Rund um den Ackerbau gibt es viele innovative Ideen. Hierzu finden zahlreiche spannende Forschungsaktivitäten mit niedersächsischer Beteiligung statt. Wir wollen sie sichtbarer machen und dabei helfen, Erkenntnisse zu verbreiten. Deshalb stellen wir jeden Monat ein Projekt vor. Das Projekt im März heißt BlaubaD und wird vom Laser Zentrum Hannover e. V. geleitet sowie mit weiteren Partnern, wie dem Netzwerk Ackerbau Niedersachsen e. V. und den Praxispartnern „Obsthof Rieke“ und „Permakultur Kirchhorst“, umgesetzt.
Blaulicht-basierte Desinfektion von Lebensmitteln
Eine ressourcenschonende Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion gewinnt vor dem Hintergrund von Umwelt-, Natur- und Klimaschutz sowie der Ernährungssicherung einer wachsenden Weltbevölkerung immer mehr an Bedeutung. Dabei spielen nicht nur innovative Produktionsmethoden eine Rolle, sondern auch die Haltbarkeit frischer Lebensmittel.
Im Projekt „BlaubaD“ wird ein praxisnahes Belichtungsmodul entwickelt, das Verderbniskeime auf der Oberfläche von Lebensmitteln reduziert. Ziel ist dabei nicht, eine vollständige Desinfektion zu erreichen, sondern deren Haltbarkeit zu verlängern und so Lebensmittelverluste zu verringern. Ein weiterer Fokus des Projekts liegt auf der Skalier- und Standardisierbarkeit des Verfahrens, sodass ein vielseitiger Einsatz in Produktion, Vermarktung und Lagerung von Frischlebensmitteln möglich ist.
Das Laser Zentrum Hannover e. V. (LZH) hat im bisherigen Projektverlauf häufig vorkommende Keime auf den Salaten und Blaubeeren der Praxisbetriebe „Permakultur Kirchhorst“ und „Obsthof Rieke“ identifiziert und im Labor angepasste Belichtungsstrategien entwickelt. Für die kommende Freilandsaison wird der kürzlich fertiggestellte Blaulicht-Demonstrator auf die Betriebe überführt und dort im Praxiseinsatz getestet. Blaulicht ist prinzipiell unbedenklich für den Menschen.
Über das Projekt sprach Dr. Stefanie Schläger vom Ackerbauzentrum Niedersachsen mit Alina Rahtz, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Laser Zentrum Hannover.
Welche Rolle spielt die Blaulicht-Desinfektion von Lebensmitteln und was können sie leisten?
Die Blaulicht-Desinfektion mit sichtbarem blauem Licht (405nm) ist eine schonende, chemikalienfreie und nicht-thermische Technologie zur Reduktion von Mikroorganismen auf Lebensmitteln. Sie eignet sich besonders für empfindliche frische Produkte und kann zur Erhöhung der Lebensmittelsicherheit sowie zur Verlängerung der Haltbarkeit beitragen.
Die antimikrobielle Wirkung von blauem Licht wird erst seit einigen Jahren systematisch untersucht, weshalb die Methode bislang noch nicht breit industriell eingesetzt wird. Dennoch zeigen aktuelle Forschungsergebnisse ein großes Potenzial für zukünftige Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung und -lagerung.
Welche Ergebnisse wurden bisher im Labor erzielt? Was hat Sie bisher am meisten überrascht?
Im Labor konnten bereits deutliche Desinfektionseffekte durch blaues Licht (405nm) nachgewiesen werden. Besonders effektiv wirkt die Behandlung auf Bakterien in Flüssigkeit. Mit dem im Projekt gebauten Prototypen (siehe Bilder unten) konnte bereits nach etwa 15 Minuten Bestrahlung eine vollständige Inaktivierung von dem Bakterium Pseudomonas fluorescens erreicht werden. Dieser Mikroorganismus ist ein typischer Verderbniskeim auf Blaubeeren.
Ein besonders interessantes Ergebnis betrifft die intermittierende Bestrahlung. Dabei wird das Licht nicht kontinuierlich eingesetzt, sondern in Zyklen mit Phasen der Bestrahlung und Bestrahlungspausen, die an den Reproduktionszyklus der Mikroorganismen angepasst sind.
In Versuchen mit Pseudomonas fluorescens wurde eine intermittierende Bestrahlung von 10 Minuten blauem Licht und 30 Minuten Pause, wiederholt über vier Zyklen, mit einer 40-minütigen Dauerbestrahlung verglichen. Beide Varianten hatten die gleiche applizierte Lichtdosis.
Trotz identischer Dosis zeigte die intermittierende Bestrahlung eine deutlich höhere Keimreduktion:
- bei intermittierender Bestrahlung wird eine Keimreduktion von 99,994% erreicht (anschaulich: bei einer Ausgangsmenge von 1.000.000 Keimen, sind nach der Bestrahlung noch ca. 63 übrig)
- bei Dauerbestrahlung wird eine Keimreduktion von 99% erreicht (anschaulich: bei einer Ausgangsmenge von 1.000.000 Keimen, sind nach der Bestrahlung noch 10.000 übrig)
Dieses Ergebnis zeigt, dass nicht allein die Lichtdosis entscheidend ist, sondern auch die zeitliche Struktur der Bestrahlung einen wichtigen Einfluss auf die Desinfektionswirkung hat.
Der im Projekt gebaute Prototyp für die Bestrahlung mit blauem Licht auf zwei genormten Blaubeerkisten.
In diesem Sommer soll der Praxiseinsatz erfolgen. Welche Herausforderungen sehen Sie beim bevorstehenden Transfer vom Labor in die praktische Erprobung?
Im Labor konnten wir bereits eine gute keimreduzierende Wirkung von blauem Licht auf Pseudomonas fluorescens auch auf Blaubeeren nachweisen. Besonders vielversprechend ist dabei die intermittierende Bestrahlung, die sich aufgrund der Bestrahlungspausen gut für den Einsatz während der Lagerung im Kühlhaus eignet, da sie mit geringerer thermischer Belastung verbunden ist. Für den Praxiseinsatz erhoffen wir uns daher ähnlich gute Ergebnisse.
Eine Herausforderung beim Transfer vom Labor in die Praxis ist jedoch die Skalierung der Anwendung. Im Labor haben wir bisher mit relativ kleinen Mengen Blaubeeren gearbeitet, während in der Praxis deutlich größere Mengen gleichzeitig behandelt werden müssen.
Außerdem haben wir im Labor bereits festgestellt, dass die Keimreduktion bei Bakterien in Flüssigkeit nicht direkt mit der Wirkung auf Blaubeeren vergleichbar ist. Auf den Früchten können beispielsweise Abschattungseffekte oder Oberflächenstrukturen dazu führen, dass Mikroorganismen teilweise geschützt sind. Trotzdem konnten wir auch auf Blaubeeren mit unserem Prototyp bereits deutliche Keimreduktionen erreichen.
Zudem möchten wir im Praxiseinsatz untersuchen, welchen Einfluss die Blaulichtbehandlung auf die Lagerfähigkeit der Früchte hat und wie sich die Methode unter realen Bedingungen auf die natürliche Mikroflora sowie Qualitätsparameter wie Festigkeit, Farbe und Geschmack auswirkt.
Weitere Projektpartner:
