Entkeimung mithilfe von gepulstem Licht und anderen Technologien

Einleitung

Die unterschiedlichen Entkeimungssysteme hängen jeweils ab vom Industriebereich, in dem sie eingesetzt werden, sowie von den angestrebten Sterilisierungsniveaus :

• Die Nahrungsmittelindustrie verwendet beispielsweise (unter anderem) Chemikalien oder ein UV‑Strahlungskontinuum.
• Die Pharmaindustrie zieht die E‑Beam‑Sterilisation vor.
• Die Wasserentkeimung erfolgt zumeist anhand von kontinuierlicher UV‑Bestrahlung.

Der vorliegende Artikel präsentiert einen kurzen Überblick über die verschiedenen Entkeimungssysteme, die im Industriesektor üblich sind, und vergleicht sie mit der PL‑Entkeimungstechnologie.
 

Chemie

Zur Entkeimung von Oberflächen werden im Industriebereich meist Peressigsäure oder Wasserstoffperoxid verwendet. Für Reinräume oder in Lebensmittelfirmen greift man beispielsweise hauptsächlich auf diese Desinfektionsmethoden zurück.

Wasserstoffperoxid ist eine farblose Flüssigkeit, welche eine starke Oxidationskraft besitzt, was ein schnelles Abtöten der Mikroorganismuszellen ermöglicht. Diese chemische Lösung wird von den Industriebetrieben geschätzt aufgrund ihres nicht‑toxischen Charakters. Sie zerfällt nämlich in Wasser und Sauerstoff :

H2O2 ⇒ H2O + ½ O2

Um eine schnelle und gründliche Entkeimung zu gewährleisten, muss die Temperatur des Wasserstoffperoxids erhöht werden und die Substanz stark konzentriert sein. Ist dies nicht der Fall, so dauert das Desinfektionsverfahren länger.

Peressigsäure besteht aus Wasserstoffperoxid, Essigsäure und Stabilisatoren. Peressigsäure ist stabiler als Wasserstoffperoxid, auch nach monatelanger Lagerung. Diese Chemikalie verliert ihr Entkeimungspotenzial auch bei niedriger Temperatur nicht. Allerdings treten beim Gebrauch dieser Chemikalie gewisse Risiken auf : leichtentzündliche Dämpfe, bei nicht‑fachgerechter Lagerung Explosionen, Haut- und Augenreizungen. In der Fachliteratur wird oft erwähnt, dass dieses Produkt sich in Wasser und Essigsäure zersetzt. Da Letztere eine schwache und wenig gefährliche Säure darstellt, erweist sich diese Lösung als relativ umweltschonend.
 

E‑beam

E‑Beam ist eine nicht‑chemische Entkeimungslösung, die auf einem physikalischen Prozess beruht.
Ursprünglich vor allem von der Pharmaindustrie verwendet, wurde die Methode kürzlich für den Lebensmittelsektor entwickelt, und zwar insbesonders für die Flaschendesinfektion. 2007 war von der ANSES eine Studie durchgeführt worden bezüglich der Wirkung, welche diese Behandlung auf die Nahrungsmittel ausübt. Eine Höchstdosis von 10kGy konnte ohne toxikologische Auswirkungen die angestrebte mikrobielle Reduktion erzielen.

Die Vorteile des E‑Beam sind vielfältig : Es handelt sich um ein sicheres System, das keine Rückstände hinterlässt, und weder Chemikalien, noch eine Temperaturveränderung erfordert. Der Gebrauch der Maschine ist relativ einfach, und es müssen nur wenige Parameter einer Kontrolle unterzogen werden : Spannung, Strom, Bestrahlungsdauer.

Das Prinzip : Indem das Elektronenbündel durch das Material dringt, realisiert es eine komplette Sterilisation, ohne die Materialstruktur zu verändern und dabei eventuell toxische Substanzen zu bilden. Die Bestrahlungsdosis darf jedoch nicht überschritten werden.

Allerdings nimmt der jährliche Wartungsprozess dieser Geräte viel Zeit in Anspruch. Bisweilen sind es mehrere Tage, während der die Anlage außer Betrieb gesetzt werden muss. Während das Entkeimungsverfahren selbst ein physikalischer Prozess ist, erfolgt die Sterilisation der Geräte leider mit Hilfe von Wasserstoffperoxid.

Gewicht und Volumen der Maschine schließlich sind bedeutend größer als bei anderen nicht‑chemischen Entkeimungssystemen.

UV‑Strahlenkontinuum

Die kontinuierlichen UV‑Strahlen haben eine Knollenform, deren Lichtquelle eine maximale Wellenlänge von 254 nm (Merkurgas) aufweist. Das Absorptionsmaximum der Mikroorganismen‑DNA liegt zwischen 250 und 280 nm. Die kontinuierlichen UV‑Strahlenbündel üben folglich dank ihrer Wellenlänge eine höchsteffiziente keimtötende Wirkung aus.

Sie werden für die Wasseraufbereitung wie auch für die Entkeimung von Oberflächen im Nahrungsmittelsektor eingesetzt. Allerdings erweist sich die UV‑Stärke dieser Lampen als für die Sterilisation von Oberflächen nicht ausreichend. Außerdem reagieren nicht alle Mikroorganismen unbedingt auf die Wellenlänge von 254 nm und können somit nicht vollständig desaktiviert werden.
Um die Entkeimung zu maximieren, ist eine Bestrahlungsdauer von mehreren Sekunden notwendig. Dies jedoch verursacht eine Temperaturerhöhung des zu behandelnden Objekts, sowie eine Erhöhung der UV‑Modulen‑Anzahl. Manche Konfigurationen sind im Industriebereich nur schwer zu realisieren, aufgrund von Tempo und Volumenstrom. Für niedrige Entkeimungsniveaus reicht die Technologie  aus. Allerdings beruht sie auf dem Einsatz von Merkurgas, welches seit des Minamata‑Abkommens starker Kritik ausgesetzt ist.
 

Gepulstes Licht

Die PL‑Technologie basiert auf einer Lichtquelle mit breitem Spektrum (180 nm – 1100 nm). Die Kombination von intensivem Blitzlicht und UV‑Strahlen ermöglicht die unmittelbare Realisierung eines hohen Entkeimungsgrades, und zwar bei allen Keimarten. Das Verfahren hinterlässt keine Rückstände und ist überaus schnell : Das Blitzlicht  dauert wenige Hundertstel Mikrosekunden.

Die Desaktivierung der Mikroorganismen durch gepulstes Licht bewirkt die Zerstörung der doppelsträngigen DNA, was die Möglichkeit einer Replikation ausschließt.

Je nach zu entkeimendem Objekt können die Parameter des PL‑Systems verändert werden : Spannung, Lampenanzahl und Blitzlichtmenge. Maximal drei Impulsionen sind notwendig, um die Entkeimungsanforderungen im Industriesektor zu erfüllen. Muss eine höhere Anzahl an Impulsionen vorgenommen werden, bedeutet dies eine Temperaturerhöhung des zu behandelnden Objekts. Außerdem wirkt sich dies auf die Produktionskosten aus.

Die Technologie hat den Vorteil, kompakt und flexibel zu sein. Die Lampe kann dank der problemlosen Integration in bestehende Anlagen dem jeweiligen Anwendungsbereich angepasst werden.

Materien, die gegenüber den UV‑Strahlen durchsichtig sind, wie etwa manche ungefärbte  Plastikobjekte, werden vom gepulsten Licht durchdrungen, wodurch alle Keime innerhalb wie außerhalb des behandelten Objekts abgetötet werden. Das gepulste Licht gilt allgemein als Oberflächen‑Entkeimungstechnologie mit weniger aggressiver Wirkung als beispielsweise E‑Beam.

Die PL‑Entkeimungstechnologie ist ein Verfahren, das statt auf Merkurgas auf Xenon beruht, einem Gas, das chemisch inert ist und keine Rückstände hinterlässt.
Zusammenfassend können wir sagen, dass das PL‑System sich als einfach und effizient erweist. Infolgedessen stellt es eine Investition dar, deren Rentabilität außer Zweifel steht.

Schlussworte

Referenzlist

https://www.dir.ca.gov/dosh/DoshReg/5155-Meetings/Peracetic-Acid-9-5-2017-draft.pdf
https://www.allamericanchemical.com/media/wysiwyg/documentdownloads/Sanitation%Presentation.pdf

https://www.anses.fr/fr/system/files/AAAT-Ra-ionisation.pdf
http://www.mercuryconvention.org/Minamata-Convention-booklet-fr-full.pdf