Manchmal beginnt Innovation mit einer alltäglichen Beobachtung. Als Andrea Johnson sich in ihrer Küche ein Glas Sprudelwasser einschenkte, hielt sie einen Moment inne und beobachtete die Bläschen. Einige stiegen sofort an die Oberfläche, während die kleineren länger in der Flüssigkeit schwebten. „Ich begann darüber nachzudenken, wie sich diese Beobachtung auf meine Arbeit übertragen lassen könnte“, erinnert sie sich heute.
Andrea Johnson ist für das Food-Safety-Geschäft von Evonik Active Oxygens in der Region Amerika verantwortlich. Sie fragte sich: Könnten besonders kleine Gasbläschen eine Rolle für die industrielle Lebensmittelsicherheit spielen? Aus dieser Frage entstand eine Idee, die inzwischen bei Kunden von Evonik in der Lebensmittelverarbeitung eingeführt wird.
Ein Größenvergleich
Kleiner als ein Haar
Oberflächen elektrisch geladen
Die Hauptrolle spielen dabei sogenannte Nanobubbles. Mit einem Durchmesser von rund 100 Nanometern sind sie etwa tausendmal kleiner als ein menschliches Haar und sogar deutlich kleiner als viele Bakterien. Anders als gewöhnliche Luftblasen steigen sie nicht einfach an die Wasseroberfläche und zerplatzen. Sie sind elektrisch geladen, bleiben ungewöhnlich stabil und können über Tage oder sogar Wochen in Flüssigkeiten verteilt vorliegen. Diese Eigenschaften machen sie für Forschende besonders interessant.
Ihr Verhalten hängt mit ihrer Größe zusammen. Weil Nanobubbles so klein sind, besitzen sie im Verhältnis zu ihrem Volumen eine enorme Oberfläche. Gleichzeitig weisen sie ein hohes sogenanntes Zeta-Potenzial auf, eine elektrische Oberflächenladung, die ihre Stabilität und Verteilung in Flüssigkeiten beeinflusst. Dadurch können sie intensiv mit Partikeln, biologischen Oberflächen und gelösten Stoffen wechselwirken.
Desinfektion von Lebensmitteln
Diese Eigenschaften machen sie beispielsweise besonders nützlich für Desinfektionsprozesse. Ein Team von Evonik untersuchte, wie sich die winzigen Gasbläschen mit Peressigsäure kombinieren lassen, einer antimikrobiellen Substanz, die seit Jahren in der Lebensmittelindustrie eingesetzt wird. Das Ziel war, die Qualität der Desinfektion zu verbessern und Mikroorganismen auf Produktoberflächen wirksamer zu reduzieren.
Die Anforderungen an die Geflügelverarbeitung sind hoch. Krankheitserreger wie Salmonellen, Campylobacter oder E. coli müssen zuverlässig kontrolliert werden, während zugleich Produktqualität und Lebensmittelsicherheit gewährleistet bleiben. Gefragt sind Verfahren, die nicht nur wirksam, sondern auch praktikabel für den Einsatz im industriellen Maßstab sind.
Peressigsäure hat sich dafür als wichtiges Werkzeug etabliert. Sie wird an verschiedenen Stellen der Verarbeitung eingesetzt und kann als Spray oder Spülung sowie in Kühl- oder Tauchsystemen verwendet werden. Die Chemikalie ist jedoch nicht nur wirksam, sondern auch biologisch abbaubar: Nach ihrem Einsatz zerfällt sie ausschließlich in Wasser, Sauerstoff und Essigsäure, eine natürliche Substanz. Das macht sie zu einer attraktiven Wahl für Geflügelproduzenten, die sich Gedanken über chemische Rückstände machen.
Die spannende Frage lautete nun: Können Nanobubbles die Wirksamkeit eines bewährten Verfahrens weiter verbessern?
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Verbesserte Wirkung der Peressigsäure
Erste Versuche legen dies nahe. Die Kombination aus Peressigsäure und Nanobubbles reduzierte auf Produktoberflächen mehr Mikroorganismen als Peressigsäure allein. Die Forschenden vermuten, dass die winzigen Gasbläschen den Kontakt zwischen der Desinfektionslösung und der Oberfläche verbessern. Dadurch könnte sich die Wirkstofflösung gleichmäßiger verteilen und Bereiche erreichen, die bislang schwerer zugänglich waren.
Frühere Untersuchungen haben bereits gezeigt, dass Peressigsäure allein eine hohe Desinfektionswirkung besitzt und Salmonellen sowie Campylobacter deutlich reduzieren kann. Die neuen Versuche mit Nanobubbles sollen dieses Potenzial weiter ausschöpfen.
Patentierte Technologie
Die von Evonik entwickelte und patentierte Nanobubble-Technologie wird bereits in Geflügelverarbeitungsbetrieben eingeführt. Der Weg von der Theorie zur praktischen Anwendung war jedoch nicht ohne Herausforderungen. Das Evonik-Team musste die Technologie auf industrielle Größenordnungen skalieren, um Nanobubbles zuverlässig und in gleichbleibender Qualität erzeugen zu können. Ziel war es, Blasen einheitlicher Größe mit einem System zu erzeugen, das sich nahtlos in bestehende Prozessanlagen integrieren lässt. Erst dadurch wurde aus einem Laborphänomen eine industriell nutzbare Technologie.
Für die Forschung reicht die Faszination des Themas weit über diese Anwendung hinaus. Nanobubbles zeigen, dass ein scheinbar vertrautes Phänomen wie eine Gasblase auf der Nanoskala völlig neue Eigenschaften entwickeln kann. Sie bleiben stabil, verhalten sich anders als gewöhnliche Bläschen und beeinflussen die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeiten und Oberflächen. Genau deshalb rücken sie zunehmend in den Fokus der Wissenschaft.
Reales Demonstrationsfeld
Die Geflügelverarbeitung dient dabei als reales Demonstrationsfeld für eine größere Forschungsfrage. Forschende diskutieren bereits mögliche Anwendungen in der Wasseraufbereitung, der Aquakultur, der Landwirtschaft, bei industriellen Reinigungsprozessen oder in Umwelttechnologien. Ob und in welchem Umfang sich dieses Potenzial erschließen lässt, bleibt abzuwarten. Die bisherigen Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass sich hinter einer winzigen Gasblase ein vielseitiges Forschungsfeld verbergen könnte.
Die vielleicht spannendste Erkenntnis lautet daher nicht, dass Nanobubbles winzig sind, sondern dass sie eine neue Frage aufwerfen: Was passiert, wenn ein Gasbläschen so klein wird, dass es den Gesetzen der Alltagsphysik nicht mehr folgt? Die Antwort darauf könnte künftig dazu beitragen, Prozesse effizienter, sicherer und ressourcenschonender zu gestalten.
