Blaulicht-basierte Desinfektion von Lebensmitteln
Hintergrund
Das Ausmaß der weltweiten Lebensmittelverschwendung stellt ein zentrales Problem für die Ernährung einer wachsenden Bevölkerung dar. Einer der Gründe ist die geringe Haltbarkeit von Frischeprodukten und der daraus resultierende Abfall. Waren wie Salate oder Beerenobst müssen oftmals innerhalb weniger Tage geerntet, ausgeliefert und verzehrt werden.
Der entscheidende Faktor für die geringe Haltbarkeit ist mikrobieller Verderb, der auf der Oberfläche des Lebensmittels zum Beispiel als Schimmelpilz oder Faulstelle sichtbar wird. Die hierfür ursächlichen Bakterien, Hefen oder Schimmelpilze werden zwar durch die Aufbewahrung im Kühlschrank in ihrer Vermehrung gebremst, jedoch nicht vermindert.
Was aber, wenn von vornherein weniger dieser mikrobiellen Erreger auf der Oberfläche von Obst oder Gemüse haften würden?
Das Projekt
Genau hier setzt das Projekt „BlaubaD“ an. Ziel ist es, durch eine Bestrahlung mit Blaulicht eine längere Haltbarkeit von Frischeprodukten zu erreichen. Hierfür wird vom Laser Zentrum Hannover ein praxisfähiges Desinfektionsmodul entwickelt. Der Fokus liegt auf einer kostengünstigen, einfachen und skalierbaren Lösung, die sich in unterschiedliche Betriebsabläufe integrieren lässt.
Weitere Ziele sind das Feststellen typischer Mikrobiome vor & nach Bestrahlung, Auswirkung der Bestrahlung auf die Haltbarkeit und Inhaltsstoffe des Produktes und eine realistische Einschätzung des Verfahrens für ein breiteres Spektrum an Einsatzgebieten. Hierfür wird im Rahmen des Projektes ein weiterer Testbetrieb gesucht.
Das Konzept wird während der Projektlaufzeit vom 01.07.2024 bis 30.06.2027 zunächst in zwei direkt vermarktenden Betrieben entwickelt. Die Salate der Permakultur Kirchhorst werden sowohl im Labor, als auch anschließend in einem eigens dafür modifizierten Verkaufskühlschrank mit Blaulicht behandelt. Der „Obsthof Rieke“ stellt für dieses Projekt seine Blaubeeren sowie das Kisten-Kühllager für die Erprobung des Blaulicht-Desinfektionsmoduls zur Verfügung. Am 02. Juli 2026 werden interessierte Personen die Möglichkeit haben, diesen vor Ort zu besichtigen und an einem entsprechenden Workshop zum Thema teilzunehmen. Der genaue Termin sowie die Anmeldung werden noch per Newsletter und Social Media verbreitet.
Desinfektion durch Blaulicht bei Frischelebensmitteln
Für Lebensmittel und Verpackungen bieten LED´s mit einem Lichtspektrum zwischen 400 und 500 nm großes Potenzial. In diesem Bereich wird das Licht vom menschlichen Auge als „blau“ wahrgenommen. Blaulicht wirkt antimikrobiell, indem es endogene Photosensibilisatoren aktiviert, die reaktive Sauerstoffspezies bilden. Diese greifen essentielle Bestandteile in bakteriellen Zellen an.
Es konnten in verschiedenen Studien gängige Verderb auslösende oder für den Menschen im Übermaß schädliche Erreger nachweislich verringert werden. Dazu gehören z. B. E. coli, Salmonellen, S. aureus oder Listerien. Getestet wurde in verschiedenen Gemüsen und Beeren sowie Verpackungen aus den Plastikvarianten PE und PP. Blaulicht wirkt nachweislich gegen Hefen, Bakterien und die Entwicklung von Pilzen. Eigenschaften der Lebensmittel beeinflussen die Effizienz des Verfahrens jedoch stark. Eine Resistenzwirkung gegen Blaulicht ist bisher nicht bekannt.
Bei den im Projekt „BlaubaD“ fokussierten Nahrungsmittel Salat und Blaubeeren wurde eine desinfizierende Wirkung gegen E. coli (Salat) und das Tulavirus (Blaubeeren) nachgewiesen. In den kommenden Monaten werden weitere Erreger, die optimale Bestrahlungsdauer und der Einfluss von Verpackungen und Lagerung von den Projektmitgliedern in der Praxis getestet.
Einen aktuellen Einblick ins Blaulichtlabor des LZH erhalten Sie HIER
UV-Strahlung vs. antimikrobielles (Blau-) Licht
UV-C Strahlung wird seit den 1930er Jahren als antimikrobielle Behandlung genutzt. Große Moleküle wie DNA oder Proteine absorbieren Licht (aka die UV-C-Strahlung) und werden durch diese, bei ausreichender Dosis, irreparabel geschädigt. Die Zelle stirbt ab. Das Prinzip ist universell, d. h. unabhängig von der Spezies.
Seit den 1890er Jahren wird UV-A-Strahlung (365 nm) genutzt. Die genaue Wirkweise konnte jedoch erst in den 2000er Jahren aufgeklärt werden. Anders als bei der UV-C-Strahlung absorbieren hier Stoffwechselmoleküle das Licht und setzen eine Kettenreaktion in Gang. Es kommt zu einer wahllosen Schädigung zellulärer Komponenten. Diese Wirkung hat sich lange Zeit die Pflanzenzüchtung zu Nutze gemacht: Es wurde quasi willkürlich UV-A-Strahlung auf die Pflanze „geschossen“. Diese und ihre Nachkommen wurden auf dadurch ausgelöste Genmutationen selektiert. Man kann sich denken, wie viele Durchgänge nötig waren, bis etwas „Erwünschtes“ dabei war! Beispiele hierfür sind höhere Erträge, Krankheitsresistenzen oder auch andere Farben bei Zier- und Zimmerpflanzen. Der Vorgang ist hier, im Gegensatz zur UV-C-Strahlung, sauerstoffabhängig und je nach Spezies unterschiedlich wirksam.
Um „Blaues Licht“ zur Desinfektion ist eine rege Forschungstätigkeit entstanden. Aufgeklärt wurde die Wirkweise bereits in den 2000er Jahren. Wichtige Veröffentlichungen lassen sich ab den 2020er Jahren finden.
Der Wirkmechanismus ist sehr ähnlich zur Bestrahlung mit UV-A: Das Licht wird durch zelleigene, lichtempfindliche Moleküle absorbiert und ein sekundärer Schaden an der Zelle ausgelöst, z. B. der Zellmembran. Die Wirkung ist ebenfalls je nach Spezies unterschiedlich, weshalb im Projekt die Bestrahlungsdauer und ggf. -intervalle je Erreger getestet werden. Blaulicht ist für den Menschen grundsätzlich sicher.
Vorstellung der Projektpartner:
Das Forschungsinstitut Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist ein unabhängiges gemeinnütziges Forschungsinstitut für Photonik und Lasertechnologie. Die Arbeitsgruppe Biophotonik konzentriert sich auf Wechselwirkungen von Licht auf Gewebs-bzw. zellulärer Ebene.
Im Themenfeld Desinfektion besteht enge Zusammenarbeit mit der Gruppe Food and Farming. Als technischer Projektpartner untersucht das LZH die Wirksamkeit verschiedener Belichtungsroutinen im Hinblick auf die Entkeimung von frischem Obst, Beeren und Gemüse, erarbeitet die Routine mit der größten Gesamtwirksamkeit und entwickelt die Belichtungsmodule.
Am LZH wurden und werden bereits mehrere Projekte durchgeführt, die sich mit verschiedenen Methoden und Anwendungsgebieten der lichtbasierten Desinfektion befassen.
Der Obsthof Rieke baut seit 2011 verschiedene Obstsorten im Naturpark Steinhuder Meer an und bewirtschaftet seit 2021 auch Flächen in Lemgo (NRW). Umweltfreundliches Wirtschaften und einladende Konzepte stellen für den Betrieb wichtige Prinzipien dar. Die Spezialisierung liegt im Anbau und der Vermarktung von Heidelbeeren.
Neben Großhändlern, Handelsketten und Einzelhändlern werden die Beeren vor allem über eigene Verkaufsstände, Flächen zum Selbstpflücken und einen Hofladen vermarktet.
Es werden aus eigenen Früchten hergestellte Torten und Fruchtaufstriche angeboten. Gäste können können bei Führungen mit dem Elektrozug Einblicke in Anbau und Nutzung der Heidelbeere erhalten.
Die Permakultur Kirchhorst hat sich der nachhaltigen Transformation von Landwirtschaft verschrieben. Sie wirtschaftet nach dem Prinzip der Permakultur und beheimatet eine hohe Kulturvielfalt auf kleiner Fläche. Dadurch können eine Vielzahl an Obst- und Gemüsearten angeboten werden. Ein Schwerpunkt liegt auf dem Anbau und der Produktion von Salaten. Die frischen Produkte werden im eigenen Hofladen und in Verkaufsschränken vertrieben.
Die Aufbereitung der Böden inklusive einer gesunden Bodenflora nimmt in der landwirtschaftlichen Nutzung eine zentrale Rolle ein. Die Auswirkungen verschiedener Anbautechniken, aber auch anderer Eingriffe auf die Erzeugnisse sind für die Permakultur Kirchhorst von beständigem Interesse. Mit Veranstaltungen und Führungen machen sich die Betreiber für ein stärkeres Bewusstsein für diese alternative und äußerst nachhaltige Art der Landwirtschaft stark.
Das Projekt "BlaubaD" wurde im Rahmen der Europäischen Innovationspartnerschaft „Produktivität und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft" (EIP Agri) gefördert. Die Förderung unterstützt kooperative Innovationsprojekte, die Impulse für eine wettbewerbsfähige, nachhaltige und tiergerechte Agrar- und Ernährungswirtschaft setzen. Ziel ist die Förderung von Innovationen und die Verbesserung des Wissensaustausches zwischen Wissenschaft und landwirtschaftlicher Praxis.
