Upload
vandien
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
VON DER IDEE ZUM PROTOTYP
Atmosphärendruckplasmen Neue Verfahren zur
Oberflächendekontamination von Lebensmitteln und Verpackungen
Jörg Ehlbeck
Leibniz Institute for Plasma Science and Technology e.V. (INP)Felix-Hausdorff-Straße 2, 17489 Greifswald, GermanyTelefon: +49 - 3834 - 554 458, Fax: +49 - 3834 - 554 301E-Mail: [email protected]: www.inp-greifswald.de
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Gliederung
3
1. Übersicht, Stand der Technik
1. Anwendungsfelder in der Lebensmittelverarbeitung
2. Umsetzungsbeispiele
3. Sicherheitsüberlegungen und rechtliche Aspekte
2. Plasmaverfahren
3. Beispiele aus der Forschung
1. Verpackungen
2. Obst, Gemüse und Salat
3. Gewürze und Saatgut
4. Fleisch
4. Zukünftige Herausforderungen
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Anwendungsfelder in der Lebensmittelverarbeitung
4
Welche Probleme sollen mittels Plasma gelöst werden ?
• Dekontamination (Feinstreinigung, Desinfektion, Sterilisation)• Beschichtung (Barriere-, Design-, Verschleissschutzschichten)• Oberflächenaktivierung (Bedruckbarkeit, Verklebbarkeit)
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Barriereschicht aus wasserstoff-haltigem amorphen Kohlenstoff
Barriereschicht aus Glas (SiO x)
ActisTM
Sidel / Tetra Laval GruppeHiCotecSchott & Sig Corpoplast
Umsetzungsbeispiele - Barriereschichten
5
Plasmax 12 D
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Umsetzungsbeispiele – UV-Licht
6
Barrier®M Ultraviolet Drinking Water Disinfection Systems
Uvivatec – Bayer Technologies
Dr. M. Poggel, Dr. S. Schmidt,
Bioprocess Technology
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Umsetzungsbeispiele - UV-Licht
7
UVATEC, Hönle AG
Xeraline, OSRAM
Heraeus Noblelight GmbH
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Sicherheitsüberlegungen / Rechtliche Aspekte
….Da bei letzterer Methode die Gasflamme direkt auf die Crème gerichtet ist und Brennprodukte des Gases und v. a. seiner Verunreinigungen sich auch teilweise auf der Crème wiederfinden […], ist sie unter Puristen umstritten. Da es die günstigste und einfachste Methode ist, erfreut sie sich jedoch steigender Beliebtheit. (aus Wikipedia)
8
Plasmajetbild
Beispiel: Crème brûlée
Betrieb mit Edelgas, Energiezufuhr elektrisch, keine thermischen oder sichtbaren Veränderungen,
� Novel Food / Nachweis der substantiellen Äquivalenz� UV-Bestrahlungsverbot?
• Stellungnahme der SKLM (DFG) zum Thema Plasma• Opinion on the use of plasma processes for treatment of foods,
accepted for publication in Molecular Nutrition & Food Research
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Gliederung
9
1. Übersicht, Stand der Technik
1. Anwendungsfelder in der Lebensmittelverarbeitung
2. Umsetzungsbeispiele
3. Sicherheitsüberlegungen und rechtliche Aspekte
2. Plasmaverfahren
3. Beispiele aus der Forschung
1. Verpackungen
2. Obst, Gemüse und Salat
3. Gewürze und Saatgut
4. Fleisch
4. Zukünftige Herausforderungen
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Plasmaverfahren - Einteilung
10
Classification of antimicrobial plasma treatmentsclass subclass description Antimicrobial
effectexamples
direct - Plasma is in direct contact, interaction is based on radiation, charged particles, radicals and toxic substances
Combination of all Jet- plasmasDBD
semidirect - Distance between plasma and substrate is much larger than the mean free path length.No interaction with charged particles. Effect is caused by radiation, long living radicals, metastables or stable toxic substances
No charged particlesNo short living radicalsNo excited molecules or atoms
• SDBD with some distance
• Sterrad process, hydrogen peroxide activation by plasma
indirect
Radiative Typical irradiation with UV or VUV-light. No interaction with plasma particles
Radiation induces damages of DNA strains
UV-lamps
Chemical Effect is caused by long living radicals, metastables or stable toxic substances
Toxic interaction, oxidation
• Ozone generator for e.g. drinking water purification
• Plexc processed air (PPA)
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Plasmaverfahren - Dielectric barrier discharge (DBD)
12
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Plasmaverfahren - DBD – disinfection of tubes
13
c)
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Plasmaverfahren - Mikrowellenanregung
Plasmatorch: PLEXC
16
Umsetzung:Batch-Verfahren für Medizinprodukte
Umsetzung inline für kaltaseptische Abfüllung
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Gliederung
17
1. Übersicht, Stand der Technik
1. Anwendungsfelder in der Lebensmittelverarbeitung
2. Umsetzungsbeispiele
3. Sicherheitsüberlegungen und rechtliche Aspekte
2. Plasmaverfahren
3. Beispiele aus der Forschung
1. Verpackungen
2. Obst , Gemüse und Salat
3. Gewürze und Saatgut
4. Fleisch
4. Zukünftige Herausforderungen
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Verpackungen – Folien (CDBD)
18
Cascaded dielectric barrier discharge (CDBD)
Patent Fraunhofer ILT Prototyp Fraunhofer IVV
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Verpackungen – PET Flasche (PPA)
19
PLexcPPA-Technik(Plasma Processed Air)
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Obst, Gemüse und Salat – (PPA)
20
B. atrophaeus endospores on fresh-cut food treated with microwave plasma excited air for 15 minutes
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Kontolle (Apfelaußen)
Apfel außen Kontolle (Apfelinnen)
Apfel innen Kontolle (Salat) Salat
log
aver
age
of s
urvi
vors
[c
fu/ m
l/ sp
ecim
en]
E. coli on fresh-cut food treated with microwave plasma ex cited air for 15 minutes
0
1
2
3
4
5
6
7
Kontolle (Apfelaußen)
Apfel außen Kontolle (Apfelinnen)
Apfel innen Kontolle (Salat) Salat
log
ave
rage
of s
urvi
vors
[c
fu/ m
l/ sp
ecim
en]
Reduktion von 1,93 bis 5,07 log10
Reduktion von 0 bis 5,48 log10
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Obst, Gemüse und Salat – Brokkoli (PPA)
In Kooperation mit demGKZ Gülzow
unbehandelt behandelt
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Gewürze und Saatgut – (PPA)
Anwendung von Plasmaverfahren zur schonenden Haltbarmachung am Beispiel
verderblicher Lebensmittelprodukte in der Nachernte (FriPlas)
22
� mit dem Plasma angeregtem Gas wurde das Saatgut behandelt
� Plasma-Parameter: 7 Sekunden Plasma (16 slm Luft)
� Inkubationszeiten: 5‘, 10‘, 15‘
Reduktionsfaktoren:
Raps – 5,41 log10
Radieschen – 4,95 log10
Möhre – 5,63 log10
Petersilie – 5,23 log10
Dill – 5,3 log10
Weizen – 6,02 log10
Pfeffer – 1,77 log10
times series of contaminated seeds (B. atrophaeus s pores) treated with plasma gas
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15
time (min)
log
aver
age
of s
urvi
vors
[c
fu/ s
peci
men
]
Brassica napus
Raphanus sativus
Daucus carota
Petroselinum crispum
Anethum graveolens
Triticum L.
Piper nigrum
detection limit
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Fleisch - DBD - further applications
23
PlasmaLabel (JE Plasma Consult)
PlasmaElectrode (INP)
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Fleisch – Indirekte Plasmabehandlung (PPA)
24
Schweinefleisch
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Zeit [Tage p.m.]
Ges
amtk
eim
zahl
[KbE
/ml]
Lose verpackt
5 min Plasma
10 min Plasma
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Gliederung
25
1. Übersicht, Stand der Technik
1. Anwendungsfelder in der Lebensmittelverarbeitung
2. Umsetzungsbeispiele
3. Sicherheitsüberlegungen und rechtliche Aspekte
2. Plasmaverfahren
3. Beispiele aus der Forschung
1. Verpackungen
2. Obst , Gemüse und Salat
3. Gewürze und Saatgut
4. Fleisch
4. Zukünftige Herausforderungen
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Zukünftige Herausforderungen
Stand
26
Perspektiven
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München
Fazit
• Plasmatechnik wird bereits seit über 120 Jahren für die Trinkwasseraufbereitung genutzt
• z. B. Ozon-Generator seit 1857
• Die Behandlung von thermolabilen Produkten ist nicht beschränkt auf ‘kalte’ Plasmen
• Blitzlampen• Plasma processed air (PPA)• Plasma processed water (PPW)
• Dekontaminierende Wirkung des Plasmas auf vielen Produktoberflächen nachgewiesen
• Brokkoli, Spargel, Möhre• Apfel, Kirsche• Pfeffer, Raps, Getreide• ……
• Herausforderungen• Industriellen Umsetzung• Nachweis der Unbedenklichkeit
27
Jörg Ehlbeck
InterLabTec 2013, Wappenhalle München 28
Kontakt
Co-workers:M. Andrasch (INP)M. Baier (ATB)R. Brandenburg (INP)A. Fröhling (ATB)M. Geyer (ATB)F. Grzegorzewski (ATB)U. Krohmann (INP)T. Neumann (INP)M. Polak (INP)L. Kantz (INP)K. -U. Katroschan (GKZ)K. Oehmigen (INP)O. Schlüter (ATB)U. Schnabel (INP)M. Stieber (INP)T. von Woedtke (INP)K.-D. Weltmann (INP)J. Winter (INP)....
Teile der dargestellten Arbeiten wurden in den Projekten FriPlas (BMELV) und Endoplas (BMBF) erarbeitet.