Die Fermentation von Lebensmitteln ist ein uralter, natürlicher biochemischer Prozess, der die Umwandlung von Substanzen durch Mikroorganismen ermöglicht. Die langfristige Aufbewahrung von biologischem Material bei sehr tiefen Temperaturen ermöglicht die Kryo-Konservierung. Beide Techniken bieten vielfältige Anwendungen und Vorteile, darunter die Verlängerung der Haltbarkeit und die Reduzierung von Konservierungsmitteln.
Fermentation in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie
Bei der Fermentation von Lebensmitteln bauen Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen oder Schimmelpilze organische Substanzen ab. Kohlenhydrate werden in organische Säuren, Alkohole oder andere Verbindungen umgewandelt. Diese Form der Herstellung wird in verschiedenen Bereichen angewendet, darunter bei der Herstellung von Lebensmitteln und in der Pharmaindustrie für Medikamente. Der meist niedrige pH-Wert nach Abschluss der Fermentation sorgt für eine bessere Haltbarkeit ohne Einsatz von Konservierungsmitteln. Die Fermentation von Lebensmitteln und Pharmaprodukten mit Mikroorganismen stellt eine hervorragende Alternative zu Konservierungsmitteln dar. Ein bekannter fermentativer Prozess ist die Milchsäuregärung. Dabei werden Glucose oder andere Kohlenhydrate von Mikroorganismen in Milchsäure umgewandelt. Für die Milchsäuregärung werden spezielle Milchsäurebakterien der Gattung Lactobacillus und Streptococcus verwendet. Viele Produkte der Milchsäuregärung benötigen für die Haltbarkeit keine Konservierungsmittel. Häufig läuft die Milchsäuregärung durch Mikroorganismen ohne Sauerstoff ab, was als anaerober fermentativer Prozess bezeichnet wird. Für andere Produkte aus der Milchsäuregärung ist Sauerstoff erforderlich, was als aerobe Fermentation bezeichnet wird.
Fermentation als Alternative zu Konservierungsmitteln
Fermentation von Lebensmitteln und Medikamenten kann dazu beitragen, auf Konservierungsmittel zu verzichten oder den Bedarf an Konservierungsmitteln zu reduzieren. Durch den Prozess der Mikroorganismen erhält das Produkt natürliche, konservierende Eigenschaften. Verantwortlich für die Reduktion der Konservierungsmittel sind die Säurebildung, die Bildung antimikrobieller Verbindungen oder natürlichen Konservierungsmitteln. In Deutschland müssen Konservierungsmittel gemäß den Vorgaben der Lebensmittel-Informationsverordnung (LMIV) gekennzeichnet werden. Die spezifische Kennzeichnung erfolgt in der Zutatenliste des Produkts mit Namen und E-Nummer. Wenn ein Konservierungsmittel zu allergischen Reaktionen führen kann, muss dies zusätzlich auf der Verpackung angegeben werden.
Technische Gase für die Fermentation
Bei der Fermentation von Lebensmitteln und in der Pharmaindustrie spielen technische Gase eine wichtige Rolle. Mikroorganismen sind entscheidend für den Fermentationsprozess, da sie die gewünschten biochemischen Reaktionen durchführen. Technische Gase schaffen die optimalen Bedingungen für das Wachstum und die Aktivität der Mikroorganismen. Dadurch unterstützen sie die Herstellung von fermentierten Lebensmitteln und die Vermeidung von künstlichen Konservierungsmitteln. In der Lebensmittelindustrie und im Pharmabereich werden hierfür meist Stickstoff und Luft eingesetzt. Die Zugabe von Stickstoff während eines anaeroben Prozesses hilft, den Sauerstoffgehalt zu reduzieren und das Wachstum unerwünschter Mikroorganismen zu verhindern. Dies trägt zur Produktqualität und zur Haltbarkeit bei. Bei aeroben Prozessen benötigen die Mikroorganismen für einen effizienten Prozess Sauerstoff. Dieser wird mehrheitlich in Form von Luft zur Verfügung gestellt. Wenn der Sauerstoffgehalt in Luft gering ist, kann es zu Sauerstoffmangel und zum Stillstand der Reaktion kommen.
Industrielle Fermentation im Bioreaktor
Ein wichtiger Bestandteil der Fermentation ist der Einsatz von spezialisierten Bioreaktoren. Diese bieten eine kontrollierte Umgebung für das Wachstum und die Aktivität von Mikroorganismen. Der Bioreaktor von Air Liquide wurde speziell für die Nutzung technischer Gase bei der Fermentation entwickelt. Er bietet eine präzise Kontrolle von Parametern wie Temperatur, pH-Wert, Sauerstoffversorgung und Rührgeschwindigkeit. Dadurch können optimale Bedingungen für das Wachstum und die Aktivität der Mikroorganismen gewährleistet werden. Das System ermöglicht die Nutzung von Sauerstoff oder definierten Sauerstoff/Luft-Gemischen bei der Fermentation von Lebensmitteln und pharmazeutischen Ausgangsstoffen mit aeroben Mikroorganismen. Dank moderner Anlagentechnik bietet der Bioreaktor von Air Liquide einen besonders effizienten, aber sicheren Prozess. Durch den gelösten Sauerstoff wird das Zellwachstum angeregt. In kurzer Zeit kann eine hohe Zelldichte beispielsweise in der Log-Phase erreicht werden. Unser Prinzip des Bioreaktors für die Sauerstoffversorgung bei aeroben Prozessen ist beliebig skalierbar, auch für Ihre individuelle Anwendung. Wir begleiten Sie durch das Projekt von Planung und den ersten Versuchen im Laborreaktor bis zur industriellen Fertigung. Dabei legen wir besonderen Wert auf die Anlagen- und Prozesssicherheit.
Technische Gase in der Kryo-Konservierung
Durch die Kryo-Konservierung können biologische Materialien über einen langen Zeitraum erhalten bleiben, ohne dass ihre biologischen Eigenschaften verloren gehen. Mit dieser Methode lassen sich Stammzellen für medizinische Forschung und therapeutische Maßnahmen über viele Jahre erhalten. Hierbei spielen technische Gase, insbesondere flüssiger Stickstoff, eine entscheidende Rolle. Durch seine extrem tiefe Temperatur von -196 °C eignet sich verflüssigter Stickstoff sehr gut für die Kryo-Konservierung. Das Gas wird in speziellen Kryobehältern verwendet, um eine kontrollierte Umgebung für die Lagerung der Stammkulturen zu schaffen. Die Verwendung von Stickstoff in der Kryo-Konservierung von Stammzellen bietet verschiedene Vorteile. Sie ermöglicht eine schnelle und effiziente Abkühlung der Zellen, wodurch die Zellstruktur und Vitalität während des Einfrierens erhalten bleiben. Darüber hinaus schützt sie die Stammzellen vor potenziellen Schäden durch Eiskristalle oder Sauerstoffexposition. Die Qualität des Stickstoffs ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Integrität und Überlebensfähigkeit der Stammzellen beeinflussen kann. Daher werden diese Gase gemäß den relevanten Industrienormen hergestellt und überwacht, um eine hohe Reinheit und Qualität sicherzustellen.
Unser Sortiment an technischen Gasen für Fermentation und Kryo-Konservierung
| Technisches Gas | Summenformel | Eigenschaften | Anwendungsbeispiel |
| PHARGALIS 1 | N2 | Inert | Milchsäuregärung |
| PHARGALIS 1 Flüssig | N2 (flüssig) | Inert, kalt | Kryo-Konservierung |
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PHARGALIS 2 |
CO2 (gasförmig) | Inert |
pH-Wert bei Milchsäuregärung |
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PHARGALIS 3 |
O2 (gasförmig) | Reaktiv |
Fermentation Proteasen |
Reinheit technischer Gase für Lebensmittel- und Pharmaindustrie
Die ISO 22000 beschreibt Anforderungen an ein Lebensmittelsicherheitsmanagementsystem und legt auch Richtlinien für die Handhabung von technischen Gasen in der Lebensmittelindustrie fest. Sie gewährleistet, dass die Gase sicher und hygienisch verwendet werden und keine Verunreinigungen bei der Herstellung von Lebensmitteln verursachen. Für den Pharmabereich legt die DIN EN ISO 7396-1 die Anforderungen für medizinische Gasversorgungssysteme fest, einschließlich technischer Gase. Sie regelt Aspekte wie Gasqualität, Lieferung, Lagerung und Kennzeichnung von technischen Gasen. Unsere Gase aus der Reihe PHARGALIS werden in Reinheiten über 99,5 % hergestellt und die Spezifikationen erfüllen die Anforderungen der Europäischen Pharmakopöe für den Einsatz im Pharmabereich.
Lieferformen von PHARGALIS
Für unsere gasförmigen Produkte der Serie PHARGALIS werden in klassischen Gasflaschen geliefert. Sie haben die Auswahl zwischen 10 L und 50 L Flaschen. Für große Abnahmemengen greifen Sie auf Gasflaschenbündel mit 12 mal 50 L zurück. Bei dieser Gebindeform sind alle Flaschen miteinander verbunden. Dadurch entfällt der Wechsel nach jeder einzelnen Flasche.
Transport und Kryo-Konservierung mit Cryopal
Für verflüssigte Gase zur Probenlagerung, zum Trockenversenden oder als Vorratsbehälter bietet Ihnen die Firma Cryopal das jeweils passende Gebinde für Ihre Applikation. Das Angebot umfasst Gefäße zur Lagerung Ihrer biologischen Proben. Sie erhalten die Gebinde in vielen verschiedenen Größen auch für Ihre individuelle Anwendung. Für die Langzeitlagerung biologischer Proben werden extra große Kryobehälter. Für die Lagerung und die Handhabung von flüssigem Stickstoff im Labor bietet Cryopal Flüssigstickstoff-Dewargefäße von 0,5 bis 100 Litern an.
Unser Service für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie
Sie verwenden Konservierungsmittel und wollen dies durch fermentative Prozesse bei der Herstellung reduzieren? Oder Sie haben Fragen zur Kryo-Konservierung? Wir beraten Sie zu diesen Produktgruppen und der Umsetzung Ihrer individuellen Anforderungen. Für die Auslegung Ihrer Bioreaktoren stehen wir Ihnen mit unserem Wissen beratend zur Verfügung. Sprechen Sie uns gern über unser nebenstehendes Kontaktformular an.