Die Kombination von sichtbarem Licht, speziellen Farbstoffen und Sauerstoff macht es in der antimikrobiellen Photodynamik möglich, unterschiedlichste Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze, Sporen und sogar multiresistente Keime schnell und effektiv abzutöten.
Multiresistente Mikroorganismen stellen nicht nur die Medizin vor größte Probleme – auch in der Lebensmittelindustrie werden immer aggressivere Chemikalien eingesetzt, um eine ausreichend hohe Desinfektion zu erreichen. In Getränkeabfüllanlagen beispielsweise werden Peressigsäure oder Wasserstoffperoxid verwendet, was zu einer Umweltbelastung und hohem Energie- und Trinkwasserverbrauch führt. Eine erfolgversprechende Alternative ist die photodynamische Inaktivierung von Mikroorganismen. Diese werden mit einer wässrigen Lösung besprüht, die einen geeigneten Farbstoff (Photosensibilisator) enthält. Dieser Photosensibilisator haftet direkt an den Mikroorganismen an und erzeugt unter Anregung mit sichtbarem Licht hochreaktive Sauerstoffspezies, die die Mikroorganismen oxidativ zerstören. Ziel des Projekts war es, die Inaktivierung von Mikroorganismen mit Hilfe der Photodynamik in der Getränkeabfüllung zu implementieren. Für diesen Einsatz musste der verwendete Photosensibilisator lebensmittelgeeignet sein und 99,9999 % (6 log10 Stufen) der Mikroorganismen abtöten. Zudem erforderte die industrielle Anwendung, dass das photodynamische Verfahren innerhalb von 10 Sekunden durchgeführt werden kann.
rechts: Spezielle Farbstoffe erzeugen unter Belichtung reaktive Sauerstoffspezies, die unterschiedlichste Mikroorganismen effektiv abtöten (Quelle: Universitätsklinikum Regensburg, Klinik und Poliklinik für Dermatologie)
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden Photosensibilisatoren auf Basis von Lebensmittelfarbstoffen identifiziert und für die Anwendung in der Photodynamik angepasst. Danach wurde ihre antimikrobielle Wirkung gegen die Sporen der beiden Leitkeime Aspergillus brasiliensis und Bacillus atrophaeus unter Laborbedingungen getestet. Zum einen wurden die Mikroorganismen mit dem Photosensibilisator gemischt (Suspension), zum anderen auf PET-Oberflächen aufgebracht (Punktverkeimung). Bei den vegetativen Zellen der Leitkeime und bei den erheblich widerstandsfähigeren Sporen wurden die projektierten Abtötungsraten von 6 log10 Stufen in nur 10 Sekunden Prozesszeit erreicht. Bei Prozesszeiten im Bereich von 15 bis 20 Sekunden konnte darüber hinaus die benötigte Lichtenergie abgesenkt werden. Zieht man in Betracht, dass in der Praxis 4 log10 Stufen Inaktivierung einer Sprühverkeimung mit Sporen für die Abfüllung der meisten Produkte ausreichen, könnte eine technische Umsetzung und Verwertung z. B. in Abfüllanlagen mit kleinerer Leistung im Nachgang zum Projekt möglich werden. Des Weiteren haben die Projektergebnisse gezeigt, dass die Technologie nicht auf die Entkeimung von PET-Oberflächen beschränkt ist, sondern auch auf anderen Oberflächenmedien eingesetzt werden kann.
