Atmosphärendruckplasmen Neue Verfahren zur ... · Jörg Ehlbeck InterLabTec 2013, Wappenhalle München Obst, Gemüse und Salat – (PPA) 20 B. atrophaeus endospores on fresh-cut

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

Was ist ein Plasma?

2

Energiezufuhr

Jörg Ehlbeck


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


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


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


Umsetzungsbeispiele – UV-Licht

6

Barrier®M Ultraviolet Drinking Water Disinfection Systems

Uvivatec – Bayer Technologies

Dr. M. Poggel, Dr. S. Schmidt,

Bioprocess Technology

Jörg Ehlbeck


Umsetzungsbeispiele - UV-Licht

7

UVATEC, Hönle AG

Xeraline, OSRAM

Heraeus Noblelight GmbH

Jörg Ehlbeck


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


Gliederung

9





2. Plasmaverfahren


1. Verpackungen

2. Obst, Gemüse und Salat


4. Fleisch


Jörg Ehlbeck


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


Plasmaverfahren - Corona discharge

11

Tesafilm

Jörg Ehlbeck


Plasmaverfahren - Dielectric barrier discharge (DBD)

12

Jörg Ehlbeck


Plasmaverfahren - DBD – disinfection of tubes

13

c)

Jörg Ehlbeck


Plasmaverfahren - Plasma Jet configurations

14

Jörg Ehlbeck


Plasmaverfahren - Microwave induced plasmas

15

Jörg Ehlbeck


Plasmaverfahren - Mikrowellenanregung

Plasmatorch: PLEXC

16

Umsetzung:Batch-Verfahren für Medizinprodukte

Umsetzung inline für kaltaseptische Abfüllung

Jörg Ehlbeck


Gliederung

17





2. Plasmaverfahren


1. Verpackungen

2. Obst , Gemüse und Salat


4. Fleisch


Jörg Ehlbeck


Verpackungen – Folien (CDBD)

18

Cascaded dielectric barrier discharge (CDBD)

Patent Fraunhofer ILT Prototyp Fraunhofer IVV

Jörg Ehlbeck


Verpackungen – PET Flasche (PPA)

19

PLexcPPA-Technik(Plasma Processed Air)

Jörg Ehlbeck


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


Obst, Gemüse und Salat – Brokkoli (PPA)

In Kooperation mit demGKZ Gülzow

unbehandelt behandelt

Jörg Ehlbeck


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


Fleisch - DBD - further applications

23

PlasmaLabel (JE Plasma Consult)

PlasmaElectrode (INP)

Jörg Ehlbeck


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


Gliederung

25





2. Plasmaverfahren


1. Verpackungen

2. Obst , Gemüse und Salat


4. Fleisch


Jörg Ehlbeck


Zukünftige Herausforderungen

Stand

26

Perspektiven

Jörg Ehlbeck


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.

Jörg Ehlbeck

InterLabTec 2013, Wappenhalle München 29

Atmosphärendruck MW-Plasma

Documents

Atmosphärendruckplasmen Neue Verfahren zur ... · Jörg Ehlbeck InterLabTec 2013, Wappenhalle München Obst, Gemüse und Salat – (PPA) 20 B. atrophaeus endospores on fresh-cut