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Heraeus Noblelight Arbeitsgemeinschaft Getreideforschung e. V. 21. Detmolder Studientage 12. – 14. Februar 2007 in Detmold Irene Minguez & Klaus Lösche,

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Präsentation zum Thema: "Heraeus Noblelight Arbeitsgemeinschaft Getreideforschung e. V. 21. Detmolder Studientage 12. – 14. Februar 2007 in Detmold Irene Minguez & Klaus Lösche,"—  Präsentation transkript:

1 Heraeus Noblelight Arbeitsgemeinschaft Getreideforschung e. V. 21. Detmolder Studientage 12. – 14. Februar 2007 in Detmold Irene Minguez & Klaus Lösche, Bremerhaven Rudolf Lemke, Kleinostheim

2 Haltbarmachungsverfahren biologischchemisch physikalisch Sauerteig Säuren, Alkohol Enzyme Hemmstoffe Konservierungs- stoffe - Säuren - Salze - Gase -UV-Strahlen -IR-Strahlen - γ-Strahlen - Mirkowellen Hitze / Kälte - kühlen - gefrieren - pasteurisieren - sterilisieren a w -Wert- Senkung - trocknen - zuckern - anders Haltbarmachungsverfahren in der Bäckerei

3 Brottyp / Maßnahme Ohne* normal PasteurisiertSorbinsäure (0,12%) SchutzgasReinraum (prak.) Toastbrot< mehrere Wochen >12 Weizen- mischbrot <415-20dto.>12 Roggen- mischbrot < dto.>15 Vollkornbrot< dto.>15 * je nach Temperatur (z. B. Sommer, Winter) Verschiedene Schimmelschutzmaßnahmen im Vergleich (Haltbarkeit in Tagen)

4 Asp= Aspergillus, Pen= Penicillius, Krei= Kreideschimmel Erreger und Vorkommen von Schimmelpilzen

5 Verarbeitung Ungeziefer Rohware Fertigprodukt Verpackungs- material Abfall Geräte Anlagen Wasser Kondens- wasser Luft Personal Außenluft Staub Fabrikation s-räume Betriebshygiene: Die Aufgaben der Hygiene sind Unterbindung der Infektionswege und Ausschaltung der Infektionsquellen Abb.: Einfluss der Umgebungsbedingungen auf ein Fertigprodukt

6 Ofen Kisten Packtisch Verpackungs- maschine Portionieren von Hand Schneide- maschine Verpackungs- & Schneideraum Brotlager (zwecks Kühlung) Raumluft offene Durchgänge verschmutzte Maschinen & Bauteile Ölabstreifer Transportband Altbrotkörbe Raumluft Maschinenteile Preßluft Ventilatoren Brotwagen Transportkette Kreismesser Verfahrensschema für Schnittbrot mit möglichen mikrobiellen Kontaminationsmöglichkeiten Mensch UV-Umluft Abb.: Herstellung von Schnittbrot (verpackt)

7 Ofen Kühlstrecke Schneiden Verpacken Pasteurisieren Vertrieb Kühlen < 33 °C im Kern z. B. 75°C im Kern 15 – 30 Min. Raumluft (Kondensation) Herstellung von pasteurisiertem Schnittbrot im Vergleich zu einer IR-Haltbarmachung Abb.: Verfahrensschritte zur Herstellung von pasteurisierten und IR- entkeimten Schnittbrot Ofen Kühlstrecke IR- Entkeimung Schneiden Verpacken Vertrieb < 20 Sek. (4-8 Sek) 130°C bei Toast 160°C bei Körnerbrot

8 Einflussfaktoren auf Entkeimungseffekte Produkt Verfahren, Anlage Mikroorganismus Keimzahl Keimflora Physiolog. Stadium Toxinbildung Allergen-Genese Resistenz Enzymbildung Wassergehalt rel. Feuchte pH-Wert Temperatur Säuremilieu Alkoholgehalt Konservierungsstoffe Zuckergehalt Fettverteilung Thermisch (Pasteurisation u.a.) Mechanisch (Filter u. a. ) Elektromagnetisch Konstruktion, Gestaltung Kontinuierlich Diskontinuierlich

9 Electromagnetic disinfection processes VerfahrenBedingungen Mikrowellenerhitzung2,45 GHz Ohm´sches Erhitzen - konduktiv; - induktiv 220 V, 50 Hz-150 kHz Gammastrahlen< 5 Mev, < 10 kGy Elektronenstrahlenmax. 10 Mev Plasmaentkeimung UV-Strahlen100 – 400 nm, UV-C-Bereich: nm IR-Strahlen kW/m 2 ( °C) Pulsierende elektrische Felder (HH-PEF) kV (cm, Impulse a 100µS Hochintensitätslicht nm, 0,5-2J/cm 2 (ca fache Sonnenintensität auf Normalhöhe Ultraschall< 2,5 MHz, W / cm 2

10 Strahler Durchmesser beheizte Länge Filamenttemperatur Wellenlänge Leistungsdichte Flächenleistung max. Besonderheit Reaktionszeit Versuchsaufbau und Materialien Quarzglas 19 mm 1500 mm 1200 ° C 2 µm 40 W/cm 60 kW /m2 Goldreflektor s Carbon-Infrarotstrahler CRS Heraeus Noblelight

11 Entkeimen von Brot vor dem Verpacken

12 ZIELE: Desinfektion der Brotoberflächen durch IR-Licht (kontaminiert) Keine Beeinträchtigung der Produkt-Qualitätsmerkmale: kein Abplatzen, kein Splittern, keine Farb- und Geruchsveränderung, usw. Maximale Prozess-Zeit = Sekunden! Ausgangssituation und Zielvorgaben

13 Test Brot 1 Toastbrot Test Brot 2 Mehrkornbrot Versuchsaufbau und Materialien

14 Pyrometer Steuerung Strahler Backware

15 Aspergillus niger: in Brotoberflächen vorhanden ~ 8% Wissenschaftliche Studien zeigen, dass in der Regel die Brotoberfläche mit 10 2 kbE/g kontaminiert sind Beimpfen von Brot mit einer künstlichen Kontamination von 10 5 kbE/g Model organismus A. niger

16 A. niger Brotoberflächen: Aufheiz-/Abkühlkurve (Pyrometer) Abtötungseffekt: log (No/N) Brot Kontamination Infrarotbestrahlung (Pilotanlage HERAEUS) Aufarbeitung und Keimzahlbestimmung kbE (Kolonie bildende Einheiten) 150°C 100°C time (Sec) 20 Temp. Versuchsdurchführung – schematische Darstellung

17 Toast 100 µl Toast 200 µl Inokulum 1000 µl = 1 ml Abb.: Experiment, um das Inokulum Volumen festzustellen. Versuchsaufbau und Materialien

18 Einfluss des Abstandes zwischen Brot und IR-Lampen Abb.-Temperatur- Zeit Profil als Funktion des Abstandes zwischen der Brotoberfläche und den IR Lampen

19 Toastbrot: Einfluss einer IR-Leistung Abb.: Temperatur- Zeit Profil als Funktion der Leistung der IR- Strahler (2) Abstand zwischen Brot und Lampe 5 cm

20 Mehrkornbrot: Einfluss einer IR-Leistung Abb.: Temperatur- Zeit Profil als Funktion der Leistung der IR- Strahler (2) Abstand zwischen Brot und Lampe 5 cm

21 Modellierung Ergebnisse AV:Log-kbE (Toastbrot): Log10(v5) (Keimzahlreduktion) Abb.: Einfluss der Strahlerleistung und der Temperatur auf die Abtötung von A. niger

22 kbE = ß0 + ß1L +ß2 t KbE: Kolonien bildende Einheiten L: Leistung der IR-Bestrahlung (%) t: Zeit (s) Leistung und Zeit: geringe Interaktion Effekt von Leistung und Zeit so groß, dass Interaktion vernachlässigbar Modellierung der Toast Entkeimung

23 Abb.: Interaktion der Prozessparameter auf die Reduzierung von A.niger Optimierte Parameter (Toastbrot) Optimierung der Prozessparameter Erwünschtheits Kontur: geringe Keimzahl oder bei L=80% 5 Sekunden! 100 % optimiert 20 % optimiert

24 Abstand: Je geringer, desto schneller der Energietransport Temperatur: Je höher, desto besser die Abtötung der Mikroorganismen Zeit ( tR) : Je länger, desto besser gelingt die Entkeimung Jedoch: die Zeit ist auf <5-20 Sekunden begrenzt Strahlerleistung: Je höher, desto schneller ist der Temperaturanstieg Jedoch: Einwirkungszeit kürzer Einfluss- Faktoren der Entkeimung

25 Lagertest Schneiden Verpacken Lagerung 30°C, 70% Verpacken Lagerung 30°C, 70% IR Behandlung Brot Kontamination, 10 5 kbE Schneiden Verpacken Lagerung 30°C, 70% Verpacken Lagerung 30°C, 70% Schneiden Verpacken Lagerung 30°C, 70% Verpacken Lagerung 30°C, 70% IR Behandlung IR A niger IR A niger: 10 5 kbE = == Abb.: Unterschiedliche Behandlung von Schnittbrote: mit und ohne IR- Behandlung

26 Tage a b c d a b c d a b c d IR A niger IR Abb.: Mikrobieller Befall während einer Lagerung: 1) Keine Beimpfung, keine IR-Behandlung 2) Keine Beimpfung, mit IR-Behandlung, 3) Mit Beimpfung, mit IR-Behandlung. Muster a+b) geschnitten und verpackt, c+d) nur Verpackung. IR A niger: 10 5 kbE Lagertest - Toastbrot Lager- bedingungen: T = 30°C rel. Feuchte: 70 % verpackt

27 Abb.: Toastbrot nach einer Lagerdauer von 8 Tagen, Links: keine Beimpfung, keine Behandlung, Mitte: keine Beimpfung, mit IR- Behandlung, Rechts: mit Beimpfung, mit IR-Behandlung IR A niger IR A niger: 10 5 kbE Lagertest - Toastbrot

28 IR A niger IR A niger: 10 5 kbE Abb.: Toastbrot nach einer Lagerdauer von 8 Tagen: Oben: keine Beimpfung, keine IR-Behandlung, Unten: mit Beimpfung, mit IR-Behandlung Lagertest - Toast

29 IR A niger IR A niger: 10 5 kbE Abb.: Mehrkornbrot nach einer Lagerdauer von 8 Tagen: Links: keine Beimpfung, keine Behandlung, Mitte: keine Beimpfung, mit IR- Behandlung, Rechts: mit Beimpfung, mit IR-Behandlung Lagertest - Mehrkornbrot

30 IR A niger IR Abb.: Mehrkornbrot nach einer Lagerdauer von 8 Tagen: Oben: keine Beimpfung, keine Behandlung, Unten: keine Beimpfung, mit IR- Behandlung, Lagertest - Mehrkornbrot

31 Elektromagnetische Wellen Backware Zeit Strahler A. Niger (Schimmel) kontaminiert dekontaminiert Schimmelreduktion durch IR-Strahlung Abb. Einfluss einer IR-Bestrahlung auf die Dekontamination von Backwaren (Schema) Ergebnisse: Toast: 130°C Mehrkorn: 160/170°C Zeit: 5-8 Sekunden Oberflächen temperatur Problematik: Oberflächenstruktur, Farbe und Reflektion bei Brot

32 IR-Tunnel zur kontinuierlichen Entkeimung von Brot vor dem Schneiden (Fa. Herlitzius) Abb.: IR-Entkeimung von Stangenbrot

33 Anlage zur kontinuierlichen IR-Entkeimung von Schnittbrot (Fa. Herlitzius) Abb.: Apparative Lösung einer kontinuierlichen IR-Entkeimung für Stangenbrot

34 Hürdenkonzept Abb.: Einfluss der Betriebshygiene auf die mikrobielle Haltbarkeit von Schnittbrot (Schema) gute Haltbarkeit verpacken pasteuri- sieren schneiden kühlen backen schneiden verpacken IR- Bestrahlung kühlen backen MO= Mikroorganismen (Schimmel) begrenzte Haltbarkeit Fall A: Problem Betriebshygiene Fall B: IR-Entkeimung: kein integrierter Faktor einer Betriebshygiene

35 Keimgehalt in Schneidölen und im Bereich der Brotschneidemaschinen (4) ProbeentnahmestelleKeimzahl (kbE) Schneidöl aus Sammel- und Vorratsbehälter Schneidöl, Filterglocke Brotabrieb, Ölsieb Brotabrieb, Messer Abstreiffilz Ölabstreifer 100 Schimmelpilzporen / ml 6000 Hefen / ml > 10 6 / ml 1,7 x 10 6 Schimmelpilzsporen / ml 1,4 x 10 4 / g 12 / cm 2 5 / cm 2 Die Tabelle gibt einen Überblick, wie hoch die Keimzahlen liegen können. Durch Anwendung von Kühlgas kann der Einsatz von Messeröl vermindert werden und die Ölrückführung entfallen.

36 Hürdenkonzept schneiden verpacken IR- Bestrahlung kühlen backen sehr gute Haltbarkeit Abb.: Einfluss der Betriebshygiene bei Anwendung einer IR-Entkeimung von Brot als integraler Faktor eines Hygiene-Management-Konzeptes Fall C: IR-Entkeimung als integraler Bestandteil eines betrieblichen Hygiene-Konzeptes IR-Entkeimung kann Pasteurisation ersetzen

37 Die IR-Behandlung ist ein hoch effizienter thermischer Desinfektionsprozess für Brotoberflächen, der in Bäckereien zur Hemmung von Schimmelkontamination eingesetzt werden kann, um die Lagerstabilität von Brot zu erhöhen. Eine IR-Behandlung von Schnittbroten kann einfach und kontinuierlich im Betrieb umgesetzt werden. Eine IR-Entkeimung kann eine nachfolgende Kontamination (Luftkeime, Schneiden, Verpacken) nicht verhindern. Eine IR-Entkeimung ist nur so gut wie das Hygiene-Management im Betrieb selbst. Die Überlebensrate von A.niger steht in direktem Zusammenhang mit der Temperatur, die auf der Brotoberfläche erreicht wird, sowie der Verweilzeit unter den IR-Lampen. Eine Beimpfung von Toastbrot mit 10 5 Sporen, kann in weniger als 20 sec. komplett reduziert werden bei einem Abstand zwischen Brotoberfläche und Lampen von 10 cm. Ein Körnerbrot benötigt einen geringeren Abstand (5 cm) und höhere Temperaturen (180°C) um eine komplette Entkeimung zu realisieren. Eine IR-Entkeimung kann in sehr kurzer Zeit sehr hohe Temperaturen erzielen. Lt. Literatur können diese Temperaturen Mycotoxine eliminieren. Die IR-Strahlung durchdringt das Material und erreicht deshalb mehrere Schichten, so dass Körnerbrot oder Brote mit unregelmäßigen Oberflächen ebenfalls desinfiziert werden können. IR-Module können leicht installiert und in den meisten Produktionslinien eingeführt werden. Zusammenfassung und Schlussfolgerung

38 -Thomas Park (Dipl. Ing.) -Iris Auffarth (Laborantin) - Studenten: -Paul Zimmermann -Nadine Helm Danksagung

39 Für weitere Informationen, setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung: Irene Mínguez PablosRudolf Lembke Irene Mínguez PablosRudolf Lembke Tel: +49-(0) Tel: +49-(0) Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Heraeus Noblelight


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