Entwicklung einer antimikrobiellen Milchflasche sowie des Einstufen-Mehrkomponentenspritzgussverfahrens und einer kamerabasierten Bilderkennung zur Analyse der korrekten Substanzverteilung

Im Rahmen dieses Entwicklungsprojekts möchte die Firma INOTECH Kunststofftechnik in Zusammenarbeit mit der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf erstmals eine Milchverpackung mit antibakteriellen Eigenschaften entwickeln, die das Wachstum von pathogenen und apathogenen Keimen in der Milch hemmt bzw. sie sogar abtöten kann.

Problematisch sind insbesondere in Entwicklungsländern wie z. B. Indien fehlende geschlossene bzw. mangelhafte industrielle Kühlketten und unhygienische Produktionsumgebungen. Dies sorgt für ein überdurchschnittlich schnelles Verderben von Milch durch das Wachstum von pathogenen und apathogenen Keimen.
Nach Angaben des National Dairy Development Boards haben in den vergangenen Jahren steigende Einkommen und das Wachsen der Mittelschicht in Indien den Bedarf an Milchprodukten spürbar steigen lassen. Die Erzeugung zog mit Unterstützung privater Investoren und staatlicher Hilfen beziehungsweise Förderprogrammen nach, sodass im Jahr 2014 in Indien mit ca. 140 Mio. Tonnen fast ein Fünftel der weltweit erzeugten Milch hergestellt und auch fast ausschließlich im Land konsumiert wurde. (Quelle: National Dairy Development Board, Indien)

Ziel ist die Entwicklung einer Milchverpackung für den Absatz in Entwicklungsländern, die über keine durchgehenden Kühlketten verfügen und aufgrund der Produktionsbedingungen der Gefahr von Rekontaminationen ausgesetzt sind.

Konkrete FuE-Aufgaben im Projekt sind u.a.:

- die Analyse der Wirksamkeit von antimikrobiellen Substanzen
- die Entwicklung eines mikrobiologischen Modells zu Vermehrungsraten unter verschiedenen Bedingungen,
- die Entwicklung des Einstufen-Spritzblasverfahrens sowie einer kamerabasierten Analyse von korrekten Wirkstoffverteilungen in der Milchflasche.

Hintergrund

Rohmilch ist ein durch ein- oder mehrmaliges tägliches Melken gewonnenes unverändertes Eutersekret. Rohmilch wird nach dem Melken sofort auf +8 °C, bei nicht täglicher Abholung auf +6 °C, gekühlt und darf nicht über +40 °C erwärmt werden. Sie muss bestimmte Anforderungen in Bezug auf ihre Gewinnung, auf die Tiere, von denen sie gewonnen wird und ihre Beschaffenheit erfüllen. Milch ist ein ausgesprochen hochwertiges Lebensmittel, da es u.a. Milcheiweiß mit einer hohen biologischen Wertigkeit sowie hochwertiges Milchfett, Calcium und Vitamine (bes. Vitamin A) enthält und dadurch den ernährungsphysiologischen Bedürfnissen des Menschen optimal gerecht wird.

Salmonellen, Listerien, Campylobacter und Verotoxin produzierende Bakterien vom Typ Escherichia Coli sind alltägliche Risiken in Verarbeitungsbetrieben. Hinzu kommen hitzetolerante Asco- und Endosporen von Schimmelpilzen. Besonders häufige Produktverderber wie Hefen, Schimmelpilze, Milch- und Essigsäurebakterien haben eine geringe Hitzeresistenz und werden bei Pasteurisierungsbedingungen zuverlässig inaktiviert. Einige Schimmelpilze hingegen verfügen über eine erhöhte, Clostridien sogar über eine hohe Hitzetoleranz. Die Ursache dafür findet sich in der Bildung von Dauerformen, die je nach Typ eine allgemeine, allerdings unterschiedlich ausgeprägte Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Stressfaktoren zeigen. Chlamydosporen des Schimmels Paecilomycesfulvus können für ein bis zwei Minuten bis zu + 80 °C überdauern. Andere halten Temperaturen von über + 90 °C stand. Bakterielle Endosporen sind die Dauerformen mit der höchsten Resistenz gegen Umweltstress überhaupt. Um sie auszuschalten sind Temperaturen von über + 100 °C mit einem entsprechenden technischen und thermischen Aufwand erforderlich. Damit können mikrobiologische Qualitätsprobleme bei fermentierten Milchprodukten durch eine gestörte Säuerung und das parallele Wachstum von Fremdkeimen entstehen. Die Analyse der Schadensursache im Falle einer Produktkontamination mit Fremdkeimen ist ein komplexer Vorgang, da in vielen Fällen die Identifizierung der Mikroorganismen sowie die Bewertung und Deutung der Ergebnisse mikrobiologisch langwierig sein können.

Dabei hat der pH-Wert eine entscheidende Bedeutung, weil viele Bakterien, unter ihnen auch die wichtigsten Erreger von Lebensmittelinfektionen, bei pH-Werten unter 4,5 nicht mehr wachsen können. Als Produktschädlinge können dann nur Hefen und Schimmel sowie säuretolerante Bakterien auftreten. Die meisten Schadorganismen werden bei der Qualitätssicherung rasch bemerkt, weil sie Gas bilden. Das gilt für Hefen, Clostridien und heterofermentative Milchsäurebakterien, doch auch einige Schimmel, wie z. B. der Köpfchenschimmel Mucor, können Gas produzieren. Auch viele Essigsäurebakterien brauchen zum Wachsen Sauerstoff. Hinweise auf Verderb sind Abweichungen im Geruch und Geschmack, wobei hier besonders die Clostridien den charakteristisch stechenden Buttersäuregeruch verursachen.

Dagegen gehören Clostridien und einige Schimmelbildner zu den Mikroorganismen, die natürlicherweise vom Produkt leben und fähig waren, die angewandte Hitzebehandlung zu überstehen. Ein effizienter Schadenstifter ist vor allem der Bazillus cereus, der sowohl lebensmitteltechnologische als auch hygienische Relevanz hat: lnfolge ausgeprägter proteolytischer Eigenschaften zählt er zu den wichtigsten Verursachern von Qualitätsminderungen und Verderb von Lebensmitteln. Daneben spielen toxin- und damit giftbildende Stämme dieser Bazillenart eine bedeutende Rolle als Verursacher von Gesundheitsstörungen nach dem Verzehr von Milch.

Problematisch sind insbesondere in Entwicklungsländern wie z.B. Indien die fehlenden geschlossenen bzw. mangelhaften industriellen Kühlketten und unhygienischen Produktionsumgebungen. Dies sorgt für ein überdurchschnittlich schnelles Verderben der Milch durch das Wachstum von pathogenen und apathogenen Keimen.

Nach Angaben des National Diary Development Boards in Indien haben in den vergangenen Jahren steigende Einkommen und das Wachsen der Mittelschicht den Bedarf an Milchprodukten in Indien spürbar steigen lassen. Die Erzeugung zog mit Unterstützung privater Investoren und staatlicher Hilfen beziehungsweise Förderprogrammen nach, sodass im Jahr 2014 in Indien mit ca. 140 Mio. Tonnen fast ein Fünftel der weltweit erzeugten Milch hergestellt und auch fast ausschließlich im Land konsumiert wird. (Quelle: National Dairy Development Board, Indien)

Die Pasteurisierung der Milch trägt wesentlich zur hygienischen Sicherheit von Milch und Milchprodukten bei. Trotz der eingesetzten Hitzeverfahren treten immer wieder Erkrankungen durch Milchkonsum auf, die auf eine Rekontamination zurückzuführen sind.

Projektleitung

Prof. Dr. Vladimir Ilberg (Koordination)
T +49 8161 71-5030
vladimir.ilberg [at]hswt.de Mail

Projektbearbeitung


Projektmitwirkung extern

Alexander Meyer
innoscripta GmbH Link

Projektdauer

01.07.2016 - 31.03.2019

Projektpartner

Projektträger

Projektförderung

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