Lebensmittelindustrie

Elektrolysiertes Wasser (EW) wird in der Lebensmittelindustrie vieler Länder als Desinfektionsmittel immer beliebter. Die Elektrolyse spaltet eine verdünnte Natriumchloridlösung in saures elektrolysiertes Wasser (AEW, Anolyt) – pH 2–3, ein Redoxpotenzial von etwa 1100 mV und 10–90 ppm Aktivchlor – und basisches elektrolysiertes Wasser (BEW, Katholyt) mit einem pH-Wert von 10–13. Vegetative Zellen verschiedener Bakterien in Suspension wurden mit AEW in der Regel um 6,0 log KBE/ml reduziert.

Typische Desinfektionsmittel in der Lebensmittelindustrie sind Chlorverbindungen, organische Säuren, Trinatriumphosphat, Iodophore und quartäre Ammoniumverbindungen. Chlorverbindungen sind oft am wirksamsten, können aber stärker korrosiv und reizend sein. Manche Dekontaminationsverfahren wurden wegen chemischer Rückstände, hoher Kosten, begrenzter Wirksamkeit oder Verfärbung des Produkts als ungeeignet eingestuft. EW wird zunehmend eingesetzt, um Bakterien auf Lebensmitteln, Verarbeitungsflächen und Flächen ohne Lebensmittelkontakt zu reduzieren oder zu beseitigen. Das japanische Ministerium für Gesundheit, Arbeit und Soziales hat EW als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen, und die US-Umweltschutzbehörde EPA hat EW-Generatoren für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie genehmigt.

So funktioniert elektrolysiertes Wasser

EW wurde ursprünglich in Russland entwickelt, wo es zur Dekontamination, Regeneration und Desinfektion von Wasser in medizinischen Einrichtungen genutzt wird, und ist in Japan seit den 1980er-Jahren im Einsatz. Es entsteht durch Elektrolyse einer verdünnten NaCl-Lösung in einer Zelle, in der ein Diaphragma Anode und Kathode trennt. Die anodische Lösung hat einen pH-Wert von 2–3, ein ORP über 1100 mV und 10–90 ppm Aktivchlor; die kathodische Lösung hat einen pH-Wert von 10–13 und ein ORP von −800 bis −900 mV. Neutrales elektrolysiertes Wasser (pH 7–8, ORP etwa 750 mV) entsteht durch Mischen der anodischen Lösung mit OH⁻-Ionen.

AEW hat eine starke antimikrobielle Wirkung. Chlor und ein hohes ORP scheinen die Hauptfaktoren zu sein; der niedrige pH-Wert macht Bakterienzellen empfindlich für hypochlorige Säure, die aktivste der Chlorverbindungen, die Zellmembranen durchdringt und zentrale Stoffwechselsysteme oxidiert. BEW dient vor allem als Reiniger und Entfetter vor der Desinfektion – und eine Vorbehandlung mit BEW gefolgt von AEW war in manchen Anwendungen wirksamer als AEW allein.

Ergebnisse auf Oberflächen, Utensilien und im Prozesswasser

• Schneidbretter: Vibrio parahaemolyticus sank nach einer Minute AEW von 5,8 auf unter 1,0 log KBE/cm²; das Abspülen von Kunststoffbrettern mit neutralem EW reduzierte E. coli, S. aureus, P. aeruginosa und L. monocytogenes um etwa fünf Zehnerpotenzen.
• Arbeitshandschuhe: L. monocytogenes wurde nach fünf Minuten auf allen Handschuhtypen vollständig inaktiviert.
• Edelstahl und Fliesen: V. parahaemolyticus wurde innerhalb einer Minute um mehr als 5,0 log KBE/cm² reduziert.
• Biofilme: AEW reduzierte L. monocytogenes in Biofilmen auf Edelstahl innerhalb von fünf Minuten unter die Nachweisgrenze.
• Schlachthöfe: Nach der üblichen Vorreinigung war AEW in allen Bereichen des Schlachthofs wirksamer als ein gängiges Desinfektionsmittel; das Besprühen von Rinderhäuten mit BEW und danach AEW senkte die Gesamtkeimzahl um 3,5 log.
• Prozesswasser: Die Elektrolyse von Gemüsewaschwasser mit etwas zugesetztem Salz reduzierte die untersuchten Bakterien um etwa vier Zehnerpotenzen, bei höherem Strom bis zur vollständigen Inaktivierung.

Ergebnisse bei Lebensmitteln

• Obst und Gemüse: Zehn Minuten AEW senkten aerobe Bakterien, Coliforme und Pilze auf Erdbeeren unter die Nachweisgrenze; auf Tomaten sanken E. coli O157:H7, L. monocytogenes und Salmonella Enteritidis um etwa 7,5 log. Bei Blattgemüse war AEW so wirksam wie Chlor.
• Fisch und Meeresfrüchte: 15 Minuten AEW senkten die Gesamtkeimzahl auf Karpfenhaut um 2,8 log KBE/cm².
• Geflügel und Fleisch: Das Besprühen von Hähnchenschlachtkörpern mit BEW und anschließendes Eintauchen in AEW ergab Reduktionen um 1,5–2,4 log, und AEW verlängerte die Haltbarkeit von gekühltem Geflügel. Die Dekontamination von Schlachtkörpern mit AEW erwies sich als kosteneffizientester Weg, Campylobacter entlang der Geflügelkette zu reduzieren.
• Eier: Elektrostatisches Besprühen von Schaleneiern reduzierte E. coli, S. aureus und Salmonella Typhimurium um 3–6 Zehnerpotenzen.
• Als Eis: Gefrorenes AEW kühlt und kontrolliert gleichzeitig Krankheitserreger – es verlängerte die Haltbarkeit von Pazifischem Makrelenhecht und stoppte das Wachstum von Coliformen.

D. Hricova, R. Stephan und C. Zweifel — Electrolyzed Water and Its Application in the Food Industry