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Heraeus Noblelight

Heraeus Noblelight. Arbeitsgemeinschaft Getreideforschung e. V. 21. Detmolder Studientage 12. – 14. Februar 2007 in Detmold. Kontinuierliche Brotoberflächen-Entkeimung durch optimierte IR-Technologie. Irene Minguez & Klaus Lösche, Bremerhaven Rudolf Lemke, Kleinostheim.

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  1. Heraeus Noblelight Arbeitsgemeinschaft Getreideforschung e. V. 21. Detmolder Studientage 12. – 14. Februar 2007 in Detmold Kontinuierliche Brotoberflächen-Entkeimung durch optimierte IR-Technologie Irene Minguez & Klaus Lösche, Bremerhaven Rudolf Lemke, Kleinostheim

  2. Haltbarmachungsverfahren in der Bäckerei Haltbarmachungsverfahren biologisch chemisch physikalisch Sauerteig Säuren, Alkohol Enzyme Hemmstoffe • -UV-Strahlen • IR-Strahlen • γ-Strahlen • Mirkowellen • Konservierungs-stoffe • Säuren • Salze • Gase • aw-Wert-Senkung • trocknen • zuckern • anders • Hitze / Kälte • kühlen • gefrieren • pasteurisieren • sterilisieren

  3. Verschiedene Schimmelschutzmaßnahmen im Vergleich (Haltbarkeit in Tagen)

  4. Erreger und Vorkommen von Schimmelpilzen Asp= Aspergillus, Pen= Penicillius, Krei= Kreideschimmel

  5. Betriebshygiene: Die Aufgaben der Hygiene sind Unterbindung der Infektionswege und Ausschaltung der Infektionsquellen Rohware Wasser Personal Luft Außenluft Staub Kondens- wasser Fabrikations-räume Verarbeitung Geräte Anlagen Abfall Verpackungs-material Ungeziefer Fertigprodukt Abb.: Einfluss der Umgebungsbedingungen auf ein Fertigprodukt

  6. Verfahrensschema für Schnittbrot mit möglichen mikrobiellen Kontaminationsmöglichkeiten Ofen Ventilatoren Brotwagen Brotlager (zwecks Kühlung) Raumluft offene Durchgänge verschmutzte Maschinen & Bauteile Verpackungs- & Schneideraum Transportkette Kreismesser Schneide-maschine Ölabstreifer Transportband Portionieren von Hand Altbrotkörbe Raumluft Mensch Verpackungs-maschine Maschinenteile Preßluft UV-Umluft Packtisch Kisten Abb.: Herstellung von Schnittbrot (verpackt)

  7. Herstellung von pasteurisiertem Schnittbrot im Vergleich zu einer IR-Haltbarmachung Ofen Ofen Kühlstrecke Kühlstrecke < 33 °C im Kern Schneiden IR-Entkeimung < 20 Sek. (4-8 Sek) 130°C bei Toast 160°C bei Körnerbrot Verpacken Schneiden Pasteurisieren z. B. 75°C im Kern 15 – 30 Min. Verpacken Raumluft (Kondensation) Kühlen Raumluft Vertrieb Vertrieb Abb.: Verfahrensschritte zur Herstellung von pasteurisierten und IR-entkeimten Schnittbrot

  8. Mikroorganismus Produkt Verfahren, Anlage • Keimzahl • Keimflora • Physiolog. Stadium • Toxinbildung • Allergen-Genese • Resistenz • Enzymbildung • Wassergehalt • rel. Feuchte • pH-Wert • Temperatur • Säuremilieu • Alkoholgehalt • Konservierungsstoffe • Zuckergehalt • Fettverteilung • Thermisch (Pasteurisation u.a.) • Mechanisch (Filter u. a. ) • Elektromagnetisch • Konstruktion, Gestaltung • Kontinuierlich • Diskontinuierlich Einflussfaktoren auf Entkeimungseffekte

  9. Electromagnetic disinfection processes

  10. Heraeus Noblelight Versuchsaufbau und Materialien Strahler Durchmesser beheizte Länge Filamenttemperatur Wellenlänge Leistungsdichte Flächenleistung max. Besonderheit Reaktionszeit Carbon-Infrarotstrahler CRS Quarzglas 19 mm 1500 mm 1200 ° C 2 µm 40 W/cm 60 kW /m2 Goldreflektor 1 - 2 s

  11. Entkeimen von Brot vor dem Verpacken

  12. Ausgangssituation und Zielvorgaben ZIELE: • Desinfektion der Brotoberflächen durch IR-Licht (kontaminiert) • Keine Beeinträchtigung der Produkt-Qualitätsmerkmale: kein Abplatzen, kein Splittern, keine Farb- und Geruchsveränderung, usw. • Maximale Prozess-Zeit = 5 - 20 Sekunden!

  13. Versuchsaufbau und Materialien Test Brot 1 Toastbrot Test Brot 2 Mehrkornbrot

  14. Versuchsaufbau und Materialien Pyrometer Strahler Steuerung Backware

  15. Model organismus A. niger • Aspergillus niger: in Brotoberflächen vorhanden ~ 8% • Wissenschaftliche Studien zeigen, dass in der Regel die Brotoberfläche mit 102 kbE/g kontaminiert sind • Beimpfen von Brot mit einer künstlichen Kontamination von • 105 kbE/g

  16. Brotoberflächen:Aufheiz-/Abkühlkurve(Pyrometer) Abtötungseffekt:log (No/N) A. niger Temp. 150°C 100°C kbE (Kolonie bildende Einheiten) 20 time (Sec) Aufarbeitung und Keimzahlbestimmung Infrarotbestrahlung (Pilotanlage HERAEUS) Brot Kontamination Versuchsdurchführung – schematische Darstellung

  17. Versuchsaufbau und Materialien Inokulum 1000 µl = 1 ml Toast 100 µl Toast 200 µl Abb.: Experiment, um das Inokulum Volumen festzustellen.

  18. Einfluss des Abstandes zwischen Brot und IR-Lampen Abb.-Temperatur- Zeit Profil als Funktion des Abstandes zwischen der Brotoberfläche und den IR Lampen

  19. Toastbrot: Einfluss einer IR-Leistung Abstand zwischen Brot und Lampe 5 cm Abb.: Temperatur- Zeit Profil als Funktion der Leistung der IR-Strahler (2)

  20. Mehrkornbrot: Einfluss einer IR-Leistung Abstand zwischen Brot und Lampe 5 cm Abb.: Temperatur- Zeit Profil als Funktion der Leistung der IR-Strahler (2)

  21. Modellierung Ergebnisse AV:Log-kbE (Toastbrot): Log10(v5) (Keimzahlreduktion) Abb.: Einfluss der Strahlerleistung und der Temperatur auf die Abtötungvon A. niger

  22. Modellierung der Toast Entkeimung • kbE = ß0 + ß1L +ß2 t • KbE: Kolonien bildende Einheiten • L: Leistung der IR-Bestrahlung (%) • t: Zeit (s) • Leistung und Zeit: geringe Interaktion • Effekt von Leistung und Zeit so groß, dass Interaktion vernachlässigbar

  23. Optimierung der Prozessparameter Erwünschtheits Kontur: geringe Keimzahl oder bei L=80% 5 Sekunden! • 100 % optimiert • 20 % optimiert Abb.:Interaktion der Prozessparameter auf die Reduzierung von A.niger Optimierte Parameter (Toastbrot)

  24. Einfluss- Faktoren der Entkeimung • Abstand:Je geringer, desto schneller der Energietransport • Temperatur:Je höher, desto besser die Abtötung derMikroorganismen • Zeit (tR):Je länger, desto besser gelingt die EntkeimungJedoch: die Zeit ist auf <5-20 Sekunden begrenzt • Strahlerleistung:Je höher, desto schneller ist der TemperaturanstiegJedoch: Einwirkungszeit kürzer

  25. A niger A niger Brot Kontamination, 105 kbE IR IR Behandlung IR Behandlung Schneiden Schneiden Schneiden IR Verpacken Verpacken Verpacken Verpacken Verpacken Verpacken A niger: 105 kbE = = = Lagerung 30°C, 70% Lagerung 30°C, 70% Lagerung 30°C, 70% Lagerung 30°C, 70% Lagerung 30°C, 70% Lagerung 30°C, 70% IR Lagertest Abb.:Unterschiedliche Behandlung von Schnittbrote: mit und ohne IR-Behandlung

  26. A niger A niger IR IR A niger: 105 kbE IR Lagertest - Toastbrot Lager-bedingungen: T = 30°C rel. Feuchte: 70 % verpackt Abb.: Mikrobieller Befall während einer Lagerung: 1) Keine Beimpfung, keine IR-Behandlung 2) Keine Beimpfung, mit IR-Behandlung, 3) Mit Beimpfung, mit IR-Behandlung. Muster a+b) geschnitten und verpackt , c+d) nur Verpackung .

  27. A niger A niger IR IR A niger: 105 kbE IR Lagertest - Toastbrot Abb.: Toastbrot nach einer Lagerdauer von 8 Tagen, Links: keine Beimpfung, keine Behandlung, Mitte: keine Beimpfung, mit IR-Behandlung, Rechts: mit Beimpfung, mit IR-Behandlung

  28. A niger IR A niger: 105 kbE IR Lagertest - Toast Abb.: Toastbrot nach einer Lagerdauer von 8 Tagen:Oben: keine Beimpfung, keine IR-Behandlung, Unten: mit Beimpfung, mit IR-Behandlung

  29. A niger A niger IR IR A niger: 105 kbE IR Lagertest - Mehrkornbrot Abb.: Mehrkornbrot nach einer Lagerdauer von 8 Tagen:Links: keine Beimpfung, keine Behandlung, Mitte: keine Beimpfung, mit IR-Behandlung, Rechts: mit Beimpfung, mit IR-Behandlung

  30. A niger A niger IR IR Lagertest - Mehrkornbrot Abb.: Mehrkornbrot nach einer Lagerdauer von 8 Tagen:Oben: keine Beimpfung, keine Behandlung, Unten: keine Beimpfung, mit IR-Behandlung,

  31. Strahler Elektromagnetische Wellen A. Niger (Schimmel) Backware kontaminiert dekontaminiert Zeit Schimmelreduktion durch IR-Strahlung Ergebnisse: Toast: 130°CMehrkorn: 160/170°C Zeit: 5-8 Sekunden Oberflächentemperatur Problematik: Oberflächenstruktur, Farbe und Reflektion bei Brot Abb. Einfluss einer IR-Bestrahlung auf die Dekontamination von Backwaren (Schema)

  32. IR-Tunnel zur kontinuierlichen Entkeimung von Brot vor dem Schneiden (Fa. Herlitzius) Abb.: IR-Entkeimung von Stangenbrot

  33. Anlage zur kontinuierlichen IR-Entkeimung von Schnittbrot (Fa. Herlitzius) Abb.: Apparative Lösung einer kontinuierlichen IR-Entkeimung für Stangenbrot

  34. Hürdenkonzept MO= Mikroorganismen (Schimmel)  gute Haltbarkeit pasteuri-sieren backen schneiden verpacken kühlen Fall A: Problem Betriebshygiene  begrenzte Haltbarkeit IR-Bestrahlung backen schneiden kühlen verpacken Fall B: IR-Entkeimung: kein integrierter Faktor einer Betriebshygiene Abb.: Einfluss der Betriebshygiene auf die mikrobielle Haltbarkeit von Schnittbrot (Schema)

  35. Keimgehalt in Schneidölen und im Bereich der Brotschneidemaschinen (4) Die Tabelle gibt einen Überblick, wie hoch die Keimzahlen liegen können. Durch Anwendung von Kühlgas kann der Einsatz von Messeröl vermindert werden und die Ölrückführung entfallen.

  36. Hürdenkonzept IR-Entkeimung kann Pasteurisation ersetzen  sehr gute Haltbarkeit IR-Bestrahlung backen schneiden kühlen verpacken Fall C: IR-Entkeimung als integraler Bestandteil eines betrieblichen Hygiene-Konzeptes Abb.: Einfluss der Betriebshygiene bei Anwendung einer IR-Entkeimung von Brot als integraler Faktor eines „Hygiene-Management“-Konzeptes

  37. Zusammenfassung und Schlussfolgerung • Die IR-Behandlung ist ein hoch effizienter thermischer Desinfektionsprozess für Brotoberflächen, der in Bäckereien zur Hemmung von Schimmelkontamination eingesetzt werden kann, um die Lagerstabilität von Brot zu erhöhen. • Eine IR-Behandlung von Schnittbroten kann einfach und kontinuierlich im Betrieb umgesetzt werden. • Eine IR-Entkeimung kann eine nachfolgende Kontamination (Luftkeime, Schneiden, Verpacken) nicht verhindern. • Eine IR-Entkeimung ist nur so gut wie das Hygiene-Management im Betrieb selbst. • Die Überlebensrate von A.niger steht in direktem Zusammenhang mit der Temperatur, die auf der Brotoberfläche erreicht wird, sowie der Verweilzeit unter den IR-Lampen. • Eine Beimpfung von Toastbrot mit 105 Sporen, kann in weniger als 20 sec.komplett reduziert werden bei einem Abstand zwischen Brotoberfläche und Lampen von 10 cm. • Ein Körnerbrot benötigt einen geringeren Abstand (5 cm) und höhere Temperaturen (180°C) um eine komplette Entkeimung zu realisieren. • Eine IR-Entkeimung kann in sehr kurzer Zeit sehr hohe Temperaturen erzielen. Lt. Literatur können diese Temperaturen Mycotoxine eliminieren. • Die IR-Strahlung durchdringt das Material und erreicht deshalb mehrere Schichten, so dass Körnerbrot oder Brote mit unregelmäßigen Oberflächen ebenfalls desinfiziert werden können. • IR-Module können leicht installiert und in den meisten Produktionslinien eingeführt werden.

  38. Danksagung • Thomas Park (Dipl. Ing.) • Iris Auffarth (Laborantin) • Studenten: • Paul Zimmermann • Nadine Helm

  39. Heraeus Noblelight Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Für weitere Informationen, setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung: Irene Mínguez Pablos Rudolf Lembke Tel: +49-(0)-471-972 97 13 Tel: +49-(0)6181-358541 minguez@ttz-bremerhaven.de rudolf.lembke@heraeus.com

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