Kontrolle, Überwachung und Validierung chemischer Wasch- und Desinfektionsprozesse für Früchte

Bildnachweis: Jupiterimages/Stockbyte über Getty Images

Täglich werden von Mitarbeitern in der Lebensmittelverarbeitung, vom Produktionsmitarbeiter bis zum Management, wichtige Entscheidungen zur Lebensmittelsicherheit getroffen. Das ultimative Ziel besteht darin, sichere und zuverlässige Produkte bereitzustellen, die den Verbraucheranforderungen gerecht werden. In einer zunehmend automatisierten Welt ist die Befähigung der Mitarbeiter, Entscheidungen auf der Grundlage von Echtzeitdaten zu treffen, einer der wichtigsten Faktoren für die Gewährleistung von Sicherheit und Produktivität. Kontinuierliche Verbesserung und Lernen sollten in die Prozessentwicklung integriert werden.

Ganz gleich, ob Sie neue Prozesse etablieren oder bestehende verbessern: Klare und leicht verfügbare Frameworks helfen den Mitarbeitern, die dynamische Kritikalität von Prozesskontrollpunkten zu verstehen. Über die Einrichtung dieser Systeme liegen nur begrenzte Informationen vor, da ein Großteil der Wissensbasis auf Geschäftsgeheimnissen beruht. Wenn das ultimative Ziel absolute Lebensmittelsicherheit ist, ist es von größter Bedeutung, Industriestandards festzulegen, die klar formuliert und allgemein zugänglich sind.

Nehmen wir das Beispiel des Wasserverbrauchs zur Reinigung von Produkten. Es gibt erhebliche Belege für das Waschen und Desinfizieren von Früchten, von Äpfeln über Weintrauben bis hin zu Himbeeren. Gleichzeitig überträgt Wasser äußerst effektiv Schadstoffe auf Obst und Gemüse und wird mit einer Reihe von Krankheitserregern in Verbindung gebracht. Somit kann das Waschwasser selbst eine erhebliche Gefahr darstellen. Da unterschiedliche Lebensmittel deutlich unterschiedliche Waschmethoden erfordern, müssen die Richtlinien für Systemdesign und Hygieneprozesse sorgfältig abgewogen werden. In dem Bemühen, klare, gemeinsame Industriestandards zu erreichen, beschreibt dieser Artikel Methoden für die Anwendung von Waschwasser und Desinfektionsmitteln in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben.

Bevor Sie sich mit Design und Anwendung befassen, sollten Sie sich zunächst mit den relevanten Normen und Vorschriften vertraut machen. Im Bereich der Wassernutzung in der Landwirtschaft und Verarbeitung kommen sowohl die Richtlinien der Environmental Protection Agency (EPA) als auch der Food and Drug Administration (FDA) ins Spiel. Im Rahmen des Food Safety Modernization Act (FSMA) hat die FDA Vorschriften zur Produktsicherheit erlassen. Nachfolgend finden Sie Auszüge aus den beiden relevanten Abschnitten.

Der erste Abschnitt, auch „Produktregel“ genannt, enthält Standards für den Anbau, die Ernte, die Verpackung und die Aufbewahrung von Produkten für den menschlichen Verzehr.1 Dies gilt für landwirtschaftliche Rohwaren (RACs), die für den direkten Verzehr bestimmt sind.

Der zweite Abschnitt, der als „Regel zur vorbeugenden Kontrolle“ bezeichnet wird, befasst sich mit der aktuellen guten Herstellungspraxis, der Gefahrenanalyse und den risikobasierten vorbeugenden Kontrollen für menschliche Lebensmittel.2 In diesem Abschnitt werden Richtlinien für anderweitig verarbeitete Produkte beschrieben. Die Regelung zur vorbeugenden Kontrolle gilt für Einrichtungen, nicht jedoch für landwirtschaftliche Betriebe. Vorbeugende Kontrollen müssen auf wissenschaftlichen und technischen Informationen basieren und systematisch auf ihre Wirksamkeit validiert werden.

Um die Präventivkontrollregel einzuhalten, ist es wichtig, wirksame und validierte Systeme einzurichten. Wir haben dies in meiner Organisation getan, und ich teile es hier im Sinne einer öffentlichen Diskussion zur Verbesserung der Systeme in Lebensmittelproduktionsanlagen. Die allgemeinen Schritte sind wie folgt:

Viele Vorschriften regeln die Arten und Konzentrationen von Desinfektionsmitteln. Verschiedene Regulierungsbehörden regeln die Verwendung von Desinfektionsmitteln je nach Prozessphase und den verwendeten Desinfektionsmitteln. Abbildung 1 zeigt, welche Behörden in den verschiedenen Phasen für die Regulierung der Sanitärversorgung verantwortlich sind. Aus regulatorischer Sicht ist es einfacher und einfacher, das Produkt zu waschen und aufzutragen, während es sich noch um ein RAC handelt. Solange die Desinfektionsmittelkonzentrationen in einem bestimmten Bereich gehalten werden, kann davon ausgegangen werden, dass Desinfektionsmittel nicht als Zutat gelten, wenn sie vor der vollständigen Verarbeitung des Produkts verwendet werden.

Der Hauptzweck von Desinfektionsmitteln im Waschwasser besteht darin, Kreuzkontaminationen zu verhindern. Wasser ist äußerst effektiv bei der Ausbreitung von Verunreinigungen zwischen Produkten. Frische Produkte sind in der Regel die größte Quelle lebensmittelbedingter Krankheitsausbrüche, häufig durch Krankheitserreger wie Escherichia coli, Listeria monocytogenes und Salmonellen. Es gibt jedoch einen zunehmenden Trend, dass Ausbrüche auf verarbeitete Früchte zurückzuführen sind. Aufgrund des offenen Charakters der Landwirtschaft reicht die Prävention von Krankheitserregern auf Betriebs- und Transportebene nur begrenzt aus. Bei der Entwicklung eines Multisystemplans zur Kontaminationskontrolle ist es wichtig, die Beseitigung von Gefahren am Lebensmittelverarbeitungsstandort zu berücksichtigen. Auch wenn dies möglicherweise nicht intuitiv ist, sollte das Waschen als Hochrisikopunkt für eine mögliche Kontamination angesehen werden. Es stehen zahlreiche neue Optionen zur Verfügung, die eine Desinfektion ohne Waschen ermöglichen; Da viele Betriebe jedoch immer noch Produkte waschen, konzentriert sich dieser Artikel auf die Methoden zur besten Bekämpfung von Krankheitserregern in einer Waschwasserumgebung.

Eine begrenzte Anzahl wissenschaftlicher Studien befasst sich speziell mit der Desinfektion von Waschwasser. Hier werden verfügbare verwandte Beweise aus mehreren Unterquellen zusammengestellt, um allgemeine Richtlinien zu erstellen. Vier chemische Arten stehen im Mittelpunkt der meisten Forschungen: Chlor in Form von Calcium- oder Natriumhypochlorit (Cl), Peressigsäure (PAA), Chlordioxid (ClO2) und Ozon (O3).

Aufgrund seiner geringen Kosten, breiten Verfügbarkeit und nachgewiesenen Wirksamkeit wird Chlor in der verarbeitenden Industrie häufig als Waschwasserdesinfektionsmittel verwendet. Es verursacht oxidative Schäden an den Zellwänden und zerstört wichtige Enzyme, die für das Wachstum von Krankheitserregern erforderlich sind. Nach der Anwendung bleibt keine sterilisierende Wirkung zurück. Es wurden jedoch entsprechende Bedenken hinsichtlich der schädlichen Desinfektionsnebenprodukte (DBPs) geäußert, die in Unterreaktionen entstehen, wenn Chlor mit organischem Material interagiert. Diese Teilreaktionen führen bereits nach relativ kurzer Einwirkzeit zu deutlich verringerten Konzentrationen. In einem System mit hohem Durchfluss und hoher Belastung durch organische Stoffe müsste eine große Menge Chlor dosiert werden, um das Desinfektionspotenzial aufrechtzuerhalten, und erzeugt eine erhebliche Menge an DBP. Diese Nebenprodukte weisen ein krebserzeugendes Potenzial auf, was die EPA dazu veranlasste, Grenzwertrichtlinien für mehrere DBPs festzulegen, darunter Trihalomethane (THM) und Halogenessigsäuren (HAA). Angesichts der potenziellen Gefahren von Chlor in Verbindung mit organischen Stoffen sollten auch andere Optionen geprüft werden.

Die Unterstützung für Peressigsäure (PAA) wächst aus mehreren Gründen. Erstens produziert es deutlich weniger schädliche Nebenprodukte als Chlor und zerfällt langsamer, wenn es organischem Material ausgesetzt wird. Der Wirkungsmechanismus von PAA ist Oxidation, und die desinfizierende Wirksamkeit von Peressigsäure ist weitgehend pH-unabhängig. Darüber hinaus sterilisiert PAA noch Stunden nach der Anwendung, selbst wenn es gefroren ist. Dies sind im Vergleich zur Chlorierung deutliche Vorteile in Bezug auf Effizienz und Gesundheit. Es sind weitere, neuere Technologien entstanden, die ebenfalls in Betracht gezogen werden sollten.

Nicht-chemisches Kaltplasma ist eine neue und hochwirksame Technologie, die energiereiches, reaktives Plasmagas bei relativ niedriger Temperatur verwendet, um eine Vielzahl von Krankheitserregern zu deaktivieren. Derzeit ist das Verfahren jedoch komplex und teuer und entfernt andere Arten von Verunreinigungen nicht. Auch die Auswirkungen auf den Geschmack und die Nährstoffe von Lebensmitteln wurden bisher nicht so gründlich untersucht wie bei anderen Methoden.

Andere bemerkenswerte Ansätze zur Desinfektion umfassen Ultraviolett (UV)-Sterilisation und Ozon. Auch die Kontaktzeit zwischen Produkt und Desinfektionsmittel muss berücksichtigt werden. Für Waschwasser auf chemischer Basis wird für die meisten Anwendungen eine Einwirkzeit von mindestens etwa 20 Sekunden empfohlen. Für eine effektivere Breitbandsterilisation können mehrere Methoden integriert werden (Tabelle 1).

Wenn das Waschsystem als Kontrollpunkt mit Bedarf an hoher messbarer Wirksamkeit betrachtet wird, müssen quantitative Kennzahlen festgelegt werden. Leitlinien3 wurden von Gombas et al. veröffentlicht. im Jahr 2017 im Journal of Food Protection zur Validierung der Kontrolle von Kreuzkontaminationen beim Waschen von frisch geschnittenem Blattgemüse. Angesichts der Tatsache, dass Obst eine eigene Kategorie mit separaten Themen darstellt, die durch einen Mangel an verfügbaren Forschungsergebnissen gekennzeichnet sind, ist das Waschen von frischem Obst ein guter Ausgangspunkt für die Erkundung.

Gombas et al.3 skizzieren drei Optionen zur Validierung für frisches Gemüse:

All dies sind gute Möglichkeiten zur Validierung der Wirksamkeit. Im Idealfall würden alle drei Validierungsmethoden verwendet. Hier konzentrieren wir uns auf die Methoden zwei und drei. Zur Validierung der Desinfektionsmittelkonzentration können mehrere Unterkategorien von Testmethoden eingesetzt werden:

Unabhängig von der verwendeten Desinfektionstest- und Anwendungsmethode sollten Gefahrentests regelmäßig durchgeführt werden, beispielsweise zu Beginn jeder Schicht. Die gründlichste Methode besteht darin, Tests an der Produktionslinie vor dem Waschen, im Waschwasser und nach dem Waschen durchzuführen. Dies kann und sollte in der ersten Studie durchgeführt werden, um den Desinfektionsmittelgehalt und die erforderliche Kontaktzeit mit den Früchten zu bestimmen. In der Regel reichen regelmäßige Nachwaschtests aus, um nachzuweisen, dass der Mikrobengehalt kontrolliert wird, sofern die Dosier- und Füllstandskontrollsysteme ordnungsgemäß funktionieren und konsistent sind. Allerdings muss jede Abweichung im Waschsystem gründlich dokumentiert und erneut getestet werden, um sicherzustellen, dass sich die Werte wieder normalisieren, bevor die Produktion fortgesetzt wird. In diesem Fall sollte eine Fehleranalyse durchgeführt, dokumentiert und in das Wartungsprogramm integriert werden, um weitere Probleme zu verhindern.

Wichtig ist auch die Unterscheidung zwischen Validierung und Verifizierung. Die Validierung konzentriert sich auf die Feststellung, ob implementierte Kontrollmaßnahmen wirksam sind. Bei der Verifizierung handelt es sich um den Prozess, der sicherstellt, dass die Validierung in Übereinstimmung mit dem Gefahrenkontrollplan durchgeführt wird und verwertbare Ergebnisse liefert.

Obwohl es einfach umzusetzen ist, ist die Verwendung einer einfachen Stop-or-go-Reaktionsmethode bei erhöhten Kontaminationswerten zu einfach und trägt nicht zur Schaffung einer Präventionskultur bei. Die Validierung sollte sich darauf konzentrieren, Prozess- und Kontrollverbesserungen voranzutreiben und nicht nur Rohdaten zu generieren.

Auch welche Prüfmethoden ausgewählt und umgesetzt werden, sollte sorgfältig überlegt werden. Die Testmethoden sind der einzige Weg zu einer ordnungsgemäßen Validierung. Ohne ordnungsgemäße Validierung gibt es wenig Anhaltspunkte dafür, dass ein bestimmter Plan Gefahren effektiv reduziert und kontrolliert. Testrichtlinien sollten nicht nur klar sein, sondern auch in ihrem Ansatz aussagekräftig sein, um umsetzbare und leicht verständliche Daten bereitzustellen. Um sicherzustellen, dass Gefahren erkannt und verstanden werden, ist die Schulung des Qualitätssicherungspersonals von entscheidender Bedeutung. Häufige Problembereiche können schneller und genauer identifiziert werden, wenn die Mitarbeiter wissen, worauf sie achten müssen und warum. Mit dieser verbesserten Beobachtung und Kenntnis können die Mitarbeiter konkreter mit den Vorgesetzten kommunizieren, die dann wirksamere Verfahren zur Beherrschung erkannter Gefahren entwickeln können. Es kann für Verarbeiter auch von Vorteil sein, über den Rahmen eines HACCP-Programms hinauszudenken und eine Gesamtsystemanalyse einzubeziehen. Oft reichen die Daten nicht aus, um die Wahrscheinlichkeit und die unmittelbare Gefahr einer Gefahr wirklich zu bestimmen. Häufiger gibt es eine vage Vorstellung von „schlechten“ oder „guten“ Ergebnissen. Die kontinuierliche Analyse konsistenter Systeme ist der wirksamste Weg, um sicherzustellen, dass das Waschwasser selbst nicht zur Gefahr wird. Wir wissen beispielsweise, dass die Aufrechterhaltung der Temperatur von Lebensmitteln das Wachstum von Krankheitserregern verhindern kann, und wir müssen nicht jedes einzelne Produkt testen.

Swanson und Anderson4 bieten hilfreiche Einblicke in die Bedeutung von In-Prozess-Tests. In ihrem Artikel im Journal of Food Protection aus dem Jahr 2000 erklärten sie, dass In-Prozess-Tests „mehr Informationen liefern als Endprodukttests“, weisen jedoch darauf hin, dass „attributbasierte Akzeptanztests mit Stichprobenproblemen behaftet sind.“4 Sie beschreiben weiter Einige der hohen Einsätze im Zusammenhang mit der Probenahme:

Eine Erhöhung der Probenanzahl kann die Wahrscheinlichkeit der Annahme einer fehlerhaften Charge verringern, diese jedoch nicht vollständig ausschließen. Wenn beispielsweise 10 Prozent der Probeneinheiten in einer Charge die Gefahr enthalten, wird die Charge sechs von zehn Malen akzeptiert, wenn fünf Proben auf die Gefahr getestet werden. Wenn 30 Proben getestet werden, wird es etwa fünf von 100 Mal akzeptiert, und weniger als eins von 100 Mal, wenn 60 Proben getestet werden. Salmonellen in 1 Prozent eines verzehrfertigen Produkts sind offensichtlich inakzeptabel.4

Da wir wissen, dass Wasser Verunreinigungen hervorragend übertragen kann, sehen wir es jetzt als entscheidend an, die spezifischen Gefahren in Waschsystemen im Voraus zu identifizieren und zu beseitigen (Abbildung 2).

Angesichts aller möglichen Gefahren und Schwierigkeiten bei der Prüfung müssen möglichst viele Teile des Systems gesichert werden. Konzentration und Einwirkzeit des Desinfektionsmittels sind kritische Komponenten, die kontrolliert werden können, sobald sie identifiziert sind. Die Dosierung und Aufrechterhaltung einer akzeptablen Desinfektionsmittelkonzentration und Einwirkzeit können auch die schwierigsten Aspekte bei der Waschsystematisierung sein. Bei sich dynamisch ändernden organischen Belastungen und hohem Durchsatz ist eine sorgfältige chemische Überwachung erforderlich. Eine historische Vorgehensweise bestand darin, das Wasser mit hohen Dosen zu dämpfen und anschließend nachzuspülen. Hierbei handelt es sich um eine veraltete Methode mit geringerer Konsistenz und einem höheren Potenzial für schädliche Nebenprodukte als die gemessene Dosierung und die Kontrolle der Anwendungszeit.

Es gibt viele kommerziell erhältliche Sensoren zur Überwachung der Desinfektionsmittelkonzentration, und sie sind recht erschwinglich. Es stehen auch eine Reihe von Methoden zum eigentlichen Waschen zur Verfügung, von Gerinnesystemen über Schwimmbecken bis hin zu einfachen Sprühbalken. Die effektivste Anwendungsmethode ist das vollständige Eintauchen des Produkts unter Rühren mit Wasser. Bei dieser Methode verbessern eine hohe Gesamtexposition gegenüber Desinfektionsmitteln und lange Kontaktzeiten die Chancen auf eine erfolgreiche Desinfektion. Bei dieser Methode besteht auch die größte Gefahr einer Kreuzkontamination, wenn die Desinfektionsmittelkonzentrationen nicht eingehalten werden, da das Wasser Verunreinigungen zwischen den Produkten übertragen kann.

In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf Dosiersysteme und die Aufrechterhaltung der Konzentration des Desinfektionsmittels, da diese für die Vermeidung von Gefahren von entscheidender Bedeutung sind. Es gibt drei gängige Anordnungen von Dosiersystemen (Abbildung 3):

Angesichts aller potenziellen Gefahren beim Obstwaschen und der Komplexität der verschiedenen Ansätze zur Bewältigung oder Minderung dieser Gefahren wird deutlich, dass die Einrichtung eines gefahrenkontrollierten, sicheren Waschwassersystems zeitaufwändig sein kann und Investitionen sowohl in den Betrieb als auch in die Qualität erfordert Seite der Verarbeitung. Um ein solches gefahrengesteuertes Waschwassersystem einzurichten, ist es wichtig, den Umfang der anvisierten Gefahren zu kennen. Der Prozess dazu lässt sich in vier Schritten zusammenfassen:

Ein System ist nur so stark wie sein schwächstes Glied. Nachdem das gesamte System entworfen und für die Implementierung bereit ist, erstellen Sie ein Schulungsprogramm, um die Mitarbeiter in der Erkennung und Kommunikation von Gefahren zu schulen. Jeder, der in einer Verarbeitungsanlage arbeitet, sollte sich der möglichen Gefahren bewusst sein und wissen, wie man sie vermeidet. Mit einem team- und prozessübergreifenden Ansatz können wir Vorschriften einhalten, Lebensmittelkontaminationen minimieren und die Rentabilität des Unternehmens aufrechterhalten.

Eine potenzielle Ressource für die Entwicklung von Chemikaliendosiersystemen mit hohem Durchfluss ist die American Water Works Association (AWWA). AWWA bietet ein Handbuch mit detaillierten Informationen zum Design und Betrieb von Chemikalienzufuhrsystemen für die Wasser- und Abwasseraufbereitung, einschließlich Anleitungen zur Auswahl und Dimensionierung der Ausrüstung, zur Berechnung der Zufuhrraten und zur Steuerung der Chemikaliendosierung.

Darüber hinaus können Branchenverbände und Handelsorganisationen eine nützliche Informationsquelle zum Design von Chemikaliendosiersystemen mit hohem Durchfluss sein. Beispielsweise bietet die National Association of Chemical Distributors (NACD) eine Reihe von Ressourcen und Anleitungen zur sicheren Handhabung und Verwendung von Chemikalien in industriellen Anwendungen, einschließlich Informationen zur Dosierung und Handhabung von Chemikalien.

Ren Margolis-DuBowist ein Fachmann für industrielle Instandhaltung mit einem Hintergrund in der Lebensmittelproduktion und einem großen Interesse an Systematisierung, Standardisierung und Automatisierung.

Ren Margolis-DuBow ist ein Fachmann für industrielle Instandhaltung mit einem Hintergrund in der Lebensmittelproduktion und einem großen Interesse an Systematisierung, Standardisierung und Automatisierung.