Elektroschocks gegen Bakterien

An der Universität für Bodenkultur forschen Wissenschaftler*innen daran, Bakterien mit elektrischen Feldern abzutöten. Auf diese Weise lassen sich Lebensmittel haltbar machen, ohne sie stark erhitzen zu müssen.

Mikroorganismen sind in unserer Umwelt allgegenwärtig. Man findet sie beispielsweise in Joghurt, im Boden und auf der Haut. Auch die meisten Lebensmittel-Rohstoffe sind von Mikroorganismen besiedelt. Viele von ihnen sind uns Menschen wohlgesonnen, können sogar nützlich sein – etwa wenn sie im Darm die Verdauung unterstützen. Es gibt jedoch auch solche Mikroorganismen, die zum Verderb von Lebensmitteln führen oder sogar Krankheiten auslösen können.

Um zu verhindern, dass Bakterien, Hefen oder Schimmelpilze in Lebensmitteln den Konsument*innen schaden, wird in der Lebensmittelindustrie in der Regel eine Pasteurisation oder Sterilisation durchgeführt. Dies geschieht häufig mittels Hitze, wodurch Mikroorganismen verlässlich abgetötet werden können. Diese Temperaturbelastung hat jedoch auch negative Konsequenzen für das Lebensmittel: Farbe, Geschmack und Vitamingehalt können negativ beeinflusst werden. Mehr noch, durch starkes Erhitzen können sogenannte prozessinduzierte Kontaminanten gebildet werden – potentiell toxische bis krebserregende Stoffe, wie beispielsweise Acrylamid oder Furan.

Um auf Hitze verzichten zu können oder die Temperaturbelastung zu senken, aber Mikroorganismen dennoch ausreichend abzutöten, braucht es neue Konzepte. Eine mögliche Lösung sind sogenannte nicht-thermische Verfahren. Deren keimtötende Wirkung beruht nicht auf Hitze, sondern auf anderen physikalischen Mechanismen.  

Der Schlüssel lautet: Elektroporation


An einem dieser Verfahren wird am Institut für Lebensmitteltechnologie der BOKU Wien geforscht: der Hochspannungsimpuls-Behandlung (engl. pulsed electric fields; PEF). Bei diesem Verfahren werden Lebensmittel und andere biologische Materialien sehr kurzen elektrischen Impulsen von einigen Mikrosekunden bis Millisekunden Dauer ausgesetzt. Durch die Anwendung von Spannungen mit mehreren tausend Volt werden irreparable Schäden an der Zellmembran von Mikroorganismen erzeugt (Phänomen der sogenannten Elektroporation), wodurch diese ihre Lebensfähigkeit verlieren. Andere Inhaltsstoffe werden durch das elektrische Feld nicht beeinflusst. Dieses Verfahren eignet sich vor allem für die Behandlung von flüssigen Lebensmitteln mit einem sauren pH-Wert, aber auch Enzym- oder Proteinlösungen lassen sich mit durch PEF haltbar machen, ohne die Bioaktivität zu verlieren. Durch den elektrischen Stromfluss entsteht zwar etwas Wärme, jedoch deutlich weniger als bei der klassischen Pasteurisation. So können zum Beispiel Fruchtsäfte hergestellt werden, welche genauso gut schmecken und so gesund sind wie ein frisch gepresster Saft, sich aber durch eine längere Haltbarkeit auszeichnen.   

Die Herausforderungen im Bereich der Forschung liegen im besseren Verständnis des Verhaltens unterschiedlicher Mikroorganismen im elektrischen Feld und der Rolle der Lebensmittelinhaltsstoffe und –eigenschaften. Darüber hinaus müssen Prozesse und die notwendige Anlagentechnik entwickelt werden, die die Anwendung für unterschiedliche Produkte ermöglichen. Dieser ganzheitliche Ansatz zeichnet die Forschung am Institut für Lebensmitteltechnologie der BOKU aus.

Auch die Industrie ist bereits auf das Verfahren aufmerksam geworden – so sind mittlerweile erste PEF-pasteurisierte Säfte in ausgewählten Supermärkten erhältlich.

Forscher Felix Schottroff
© Boku

Über den/die Forscher*In

Felix Schottroff ist Senior Scientist am Institut für Lebensmitteltechnologie der BOKU Wien und beschäftigt sich in seiner Forschung mit neuen Verfahren zur Abtötung von Mikroorganismen in Lebensmitteln und anderen biologischen Materialien. Zudem ist er Leiter der neu gegründeten Core Facility Food & Bio Processing. Über diese Einrichtung haben andere Forschungsgruppen und externe Partner Zugang zu Expertise und Infrastruktur im Bereich der Lebensmittel- und Biotechnologie, u.a. auch zu innovativen Verfahren der nicht-thermischen Haltbarmachung.