Antimikrobielle Photodynamik

Trotz der etablierten Hygiene- und Sicherheitsstandards in der Fleischindustrie, kommt es bei industriellen Schlachtprozessen und der weiteren Verarbeitung häufig zu Kontaminationen der Oberfläche von Fleisch und Fleischerzeugnissen durch von außen eingetragene oder verschleppte pathogene Mikroorganismen (Zoonoseerreger). Bekannte Beispiele sind Salmonella spp., Campylobacter spp. oder Listeria spp., welche ein potentielles Gesundheitsrisiko für die Mitarbeiter im Betrieb sowie den Konsumenten darstellen. Laut Robert Koch-Institut (RKI) wurden im Jahr 2017 über 14 269 behandelte Fälle an Salmonellose und 69 414 Erkrankungsfälle durch zoonotische Infektionen mit Campylobacter spp. in Deutschland gemeldet, wobei 46 % aller lebensmittelbedingten Ausbrüche auf Fleisch oder Fleischprodukte zurückgeführt werden konnten. Um die Ausbreitung pathogener Mikroorganismen über die Nahrungsmittelkette tierischen Ursprungs erfolgreich eindämmen zu können, sind wirksame Hygienemaßnahmen erforderlich.

Effiziente Keimreduktion durch das Wirkprinzip der Photodynamik

Einen vielversprechenden Ansatz zur Oberflächenentkeimung stellt die photodynamische Inaktivierung von Bakterien dar. Dabei lagern sich geringe Mengen positiv geladener Farbstoffmoleküle, sogenannte Photosensibilisatoren, selektiv an die negativ geladene Oberfläche von Mikroorganismen an und werden anschließend mit sichtbarem Licht bestrahlt. Daraufhin erzeugen die Photosensibilisatoren aus dem vorhandenen Sauerstoff reaktive Sauerstoffspezies wie zum Beispiel Singulett-Sauerstoff, welche auf oxidativem Wege Zellwandbestandeile, Proteine und DNA der Mikroorganismen zerstören. Mit diesem Wirkprinzip lassen sich sowohl pathogene Erreger als auch deren multiresistente Varianten (z. B. MRSA) sowie bakterielle Sporen schnell (< 10 s) und effizient (> 99,99 %) reduzieren.

Antimikrobielle Photodynamik zur Erhöhung der Hygiene bei der Fleischverarbeitung

Das Verbundvorhaben Photodekon hat sich zum Ziel gesetzt, die Hygiene in der Fleischverarbeitung durch den Einsatz der antimikrobiellen Photodynamik zu erhöhen. Durch die Kooperation der Forschungspartner Fraunhofer IVV und Universitätsklinikum Regensburg sowie der Firmen TriOptoTec GmbH und Hubl GmbH soll die Eignung lebensmittelgeeigneter photodynamischer Katalysatoren entlang der industriellen Verarbeitung betrachtet werden. Dabei übernimmt das Fraunhofer IVV die Charakterisierung der Wirksamkeit der antimikrobiellen Photosensibilisatoren im Labor- und Technikumsmaßstab. Die Entwicklungsarbeiten der Projektpartner werden während der gesamten Projektlaufzeit von den assoziierten Partnern (Weber Maschinenbau GmbH, Kaufland Fleischwaren GmbH, Beha Innovation GmbH) begleitet, welche als industrielle Unternehmen bzw. potentielle Endanwender mit eigenem Interesse an der Thematik auftreten. Dabei stehen insbesondere die im Prozess eingesetzten Maschinen und Gegenstände, welche mit dem Fleisch permanent in Berührung kommen, im Fokus.

Die Kernpunkte des Vorhabens sind

• die Entwicklung langfristig antimikrobiell wirksamer Beschichtungen mit hoher Beständigkeit basierend auf der Photodynamik für Förderbänder und Anlagenteile.
• die Entwicklung eines auf der Photodynamik basierenden Verfahrens zur effizienten Reinigung und Desinfektion von Förderbändern in der Fleischverarbeitung.
• die Entwicklung antimikrobiell wirksamer Zusätze für Reinigungsmittel in der Fleischverarbeitung basierend auf der Photodynamik, welche bei den täglichen Reinigungsprozessen aufgebracht werden und eine temporäre Wirkung ausbilden.
   

Breite Anwendung von Photodynamik zur hygienischen Lebensmittelproduktion

Dieser vielschichtige Ansatz ermöglicht es, die wirkungsvollsten Verfahrensvarianten zu identifizieren. Angedacht sind sowohl die Anwendung zur Desinfektion von Anlagenteilen und anderen Kontaktflächen im laufenden Verarbeitungsprozess als auch die Anwendung zur antimikrobiellen Beschichtung bei Oberflächen im betrieblichen Umfeld. Der Gewinn praxisrelevanter Kenntnisse bezüglich der antimikrobiellen Wirkungsweise und der Einsatzfähigkeit der photodynamischen Katalysatoren in der Fleischverarbeitung ermöglicht künftig eine breite Anwendung im Bereich der Lebensmittelproduktion.