Identifizierung geeigneter Surrogate für Aspergillus-Spezies zur mikrobiologischen Validierung UV-basierter Entkeimung

FORSCHUNGSPROJEKT »Surrogat«

UV-Anlage mit Niederdruckstrahler zur Sterilisation von Oberflächen
Logo des BMWi als Hinweis auf die Förderung

Oberflächenentkeimung schützt Verbraucher und Produkte

Die Entkeimung oder Sterilisation von Oberflächen ist eine zentrale Aufgabe in vielen Bereichen des öffentlichen Lebens und der Industrie um Gesundheit, hygienische und sichere Produktion zu gewährleisten. Insbesondere für die Brachen Lebensmittel, Medizin, Pharma aber auch öffentliche Bereiche wie Verkehrsmittel oder öffentliche Toiletten, um nur einige Bereiche zu nennen, sind hygienische Oberflächen absolut essentiell und für die Gesunderhaltung der gesamten Menschheit notwendig. Unterschiedlichste Oberflächen wie Verpackungsmaterialien, Rohrleitungen, aseptische Verpackungsmaschinen, Förderbänder, Lebensmittel, Operationsutensilien, Wände, Türklinken, Haltegriffe, Touchpads -die Liste ließe sich fast beliebig fortsetzen-, werden in z.T. extrem großem Stil mit unterschiedlichsten Methoden entkeimt. So werden jährlich allein weit über hunderttausend Quadratkilometer an Verpackungsmaterialen entkeimt um das Füllgut vor Verderb und den Verbraucher vor gesundheitlichen Risiken zu schützen. Dies zeigt wie wichtig und weit verbreitet die Oberflächenentkeimung tatsächlich ist.

UV-strahlungsbasierte Entkeimungsmethoden sind effektiv und kostengünstig

So vielfältig die Anwendungen der Oberflächenentkeimung, so unterschiedlich sind auch die dazu eingesetzten Verfahren. Grundsätzlich lassen sich thermische, chemische und physikalische Methoden unterscheiden. UV-strahlungsbasierte Methoden stellen dabei eine wichtige und weit verbreitete Möglichkeit dar, mit relativ einfachen zum Teil günstigen Geräten, ohne nasschemische Substanzen zu arbeiten. In diesem Segment der physikalischen Oberflächenentkeimung gibt es diverse etablierte Verfahren wie Niederdruck- oder Mitteldruckstrahler aber auch Neuentwicklungen wie Blitz-Technologien, UV-LEDs und viele andere mehr.

Quantifizierung und Validierung durch Challenge-Tests

Um die antimikrobielle Wirkung unterschiedlichster Entkeimungsverfahren zu quantifizieren, bedient man sich sog. Challenge-Tests. Hierbei werden Testmikroorganismen eingesetzt um die Effizienz der Verfahren zu untersuchen. Dieses relativ aufwändige Prozedere ist aus diversen Gründen notwendig. Zum einen lässt sich UV-Strahlung im industriellen Umfeld nur schwer quantitativ bestimmen, weiterhin lassen sich äußere Randparameter wie Reflektion, Streuung, Abschattung, Luftfeuchte etc. und deren Einfluss auf die Entkeimungsleistung nicht abschätzen und nicht zuletzt haben die Geometrien der zu entkeimenden/bestrahlenden Objekte oder deren Materialien großen Einfluss auf die mikrobiologische Wirkung der Strahlung.

Diese Challenge-Tests werden beispielsweise auch vom VDMA für die mikrobiologische Überprüfung von hygienischen Abfüllanlagen für Lebensmittel empfohlen (z. B. VDMA FS NuV Nr. 10; 2016).

Nun ist das Ergebnis solcher Validierungen naturgemäß abhängig von der Resistenz der verwendeten Testorganismen, weshalb diese genau definiert sein müssen. Insbesondere für UV-basierte Verfahren sind Sporen der Schimmelpilzstämme von Aspergillus niger (DSM 1957) insbesondere aber Aspergillus brasiliensis (DSM 1988) allgemein in Europa anerkannte und langjährig verwendete Testorganismen.

Forschung – Neue geeignete Testkeime für industrielle Anlagen

Im Jahre 2016 wurden beide, vom VDMA empfohlenen Mikroorganismen jedoch in den „Technischen Regeln für Biologische Arbeitsstoffe; TRBA 460“ von der Risikostufe 1 hochgestuft in Risikostufe 2. Damit ist es nicht mehr erlaubt mit diesen Organismen außerhalb von zugelassenen Laboren zu arbeiten und somit ist es unmöglich diese Keime vor Ort, auf industriellen Anlagen als Testkeime zu verwenden.

Der Suche nach einem adäquaten Surrogat-Keim für die o.g. Aspergillus Stämme widmet sich dieses Projekt.

Identifizierung von Surrogaten für Aspergillus-Spezies

Insbesondere die hohe Resistenz von Aspergillus brasiliensis stellt die Herausforderung dar. Ein neu zu definierender Testkeim sollte eine zumindest ähnlich hohe Resistenz zeigen. Variationen der Anzuchtbedingungen zur Nivellierung der Resistenzen werden untersucht.

Das Vorhaben wird dann Resistenzkorrelationen des neuen zu den etablierten Testkeimen herstellen. Hierzu werden unterschiedliche Strahlertypen (Niederdruck-, Mitteldruckstrahler) eingesetzt. Auch die, nicht rein physikalischen Gesetzen gehorchende, Dosis-Wirkungsbeziehung wird untersucht werden und so optimale Bestrahlungsparameter definiert werden. Letztlich sollen, für die praktische Verwendung als Testkeime, wichtige Parameter wie

  • Lagerfähigkeit,
  • Veränderung der Resistenz über der Zeit,
  • optimale Verkeimungsmethoden der zu untersuchenden Oberflächen

wissenschaftlich beleuchtet und für neue Validierungs-Empfehlungen definiert werden.

Projektlaufzeit 2020 bis 2022
Projektträger/
Zuwendungsgeber
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschung AiF (über Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e. V. - IVLV) / Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi