Improvement of dense phase carbon dioxide microbial inactivation through mechanical effects: from elucidation of mechanisms to feasibility

Kurzfassung In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiges Verfahren zur Entkeimung von Flüssigkeiten entwickelt, das als Alternative zur Pasteurisierung von Obst- und Gemüsesäften eingesetzt werden kann. Anstelle der Anwendung hoher Temperaturen wurde die Hochdruckinaktivierung mit Kohlendioxid durch zusätzliche Scherkräfte in turbulenter Strömung mit mehrphasigem Kohlendioxid verbessert, die durch Druckabfall und schnelle Entgasung verursacht wird. Es wurden die dahinterstehenden mechanischen Effekte untersucht, die für die Effizienz der Entkeimung entscheidend sind und so die wertvollen Inhaltsstoffe von Säften bewahren. Die Entwicklung effizienter, wirtschaftlicher und nachhaltiger Ansätze zur schonenden mikrobiellen Inaktivierung zuckerhaltiger Flüssigkeiten ist ein hochrelevantes Thema in der Lebensmittelwissenschaft. Dies wird durch das zunehmende Interesse der Bevölkerung an Direktsäften und frischen Säften bestimmt. Es wurde bereits berichtet, dass die mikrobielle Inaktivierung „Dense Phase Carbon Dioxide“ (DPCD) und „High-Pressure-Carbon-Dioxide“ (HPCD) praktikable Methoden sind. Die größte Herausforderung bestand jedoch darin, eine effizientere und nachhaltigere Methode zu entwickeln, die niedrigere Temperaturen, weniger Energie und Zeit erfordert. In dieser Arbeit wurde ein erweiterter DPCD- und HPCD-Ansatz untersucht, der mechanischer Kräfte nutzt, die durch plötzliche Druckentlastung von Kohlendioxid und einen damit einhergehenden Druckabfall in einem mini tube mit einem Durchmesser von weniger als einem Millimeter entstehen. Um die mikrobielle Inaktivierungseffizienz des neuen „Multi-Phase Pressure-Drop“-Verfahrens (MPPD) zu verbessern, wurden verschiedene Parameter wie z. B die Ausgangskonzentration der zu inaktivierenden Escherichia coli (E. coli), der anfängliche Inaktivierungsdruck, der Druckabfall und die Betriebstemperatur variiert. Die Wirksamkeitstests verliefen positiv, da Daten aus Bakterien-Vitalitätstest und mikroskopische Morphologie-Studien Hinweise auf Schädigung und Zerfall von Bakterien ergaben. Diese Beobachtungen legen nahe, dass tatsächlich starke mechanische Kräfte auf die Zellwände einwirkten und so die Integrität der Bakterien zerstörten. Der Nachweis einer verbesserten MPPD-vermittelten Inaktivierung von Bakterien bestätigt ihr Potenzial als vielversprechende, wirksame und energieeffiziente Methode als Alternative zur Pasteurisierung von Flüssigkeiten.