Hoferick, RatkaRatkaHoferick2026-06-122026-06-122026-05-08https://dspace.ub.uni-siegen.de/handle/ubsi/9345Kurzfassung In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiges Verfahren zur Entkeimung von Flüssigkeiten entwickelt, das als Alternative zur Pasteurisierung von Obst- und Gemüsesäften eingesetzt werden kann. Anstelle der Anwendung hoher Temperaturen wurde die Hochdruckinaktivierung mit Kohlendioxid durch zusätzliche Scherkräfte in turbulenter Strömung mit mehrphasigem Kohlendioxid verbessert, die durch Druckabfall und schnelle Entgasung verursacht wird. Es wurden die dahinterstehenden mechanischen Effekte untersucht, die für die Effizienz der Entkeimung entscheidend sind und so die wertvollen Inhaltsstoffe von Säften bewahren. Die Entwicklung effizienter, wirtschaftlicher und nachhaltiger Ansätze zur schonenden mikrobiellen Inaktivierung zuckerhaltiger Flüssigkeiten ist ein hochrelevantes Thema in der Lebensmittelwissenschaft. Dies wird durch das zunehmende Interesse der Bevölkerung an Direktsäften und frischen Säften bestimmt. Es wurde bereits berichtet, dass die mikrobielle Inaktivierung „Dense Phase Carbon Dioxide“ (DPCD) und „High-Pressure-Carbon-Dioxide“ (HPCD) praktikable Methoden sind. Die größte Herausforderung bestand jedoch darin, eine effizientere und nachhaltigere Methode zu entwickeln, die niedrigere Temperaturen, weniger Energie und Zeit erfordert. In dieser Arbeit wurde ein erweiterter DPCD- und HPCD-Ansatz untersucht, der mechanischer Kräfte nutzt, die durch plötzliche Druckentlastung von Kohlendioxid und einen damit einhergehenden Druckabfall in einem mini tube mit einem Durchmesser von weniger als einem Millimeter entstehen. Um die mikrobielle Inaktivierungseffizienz des neuen „Multi-Phase Pressure-Drop“-Verfahrens (MPPD) zu verbessern, wurden verschiedene Parameter wie z. B die Ausgangskonzentration der zu inaktivierenden Escherichia coli (E. coli), der anfängliche Inaktivierungsdruck, der Druckabfall und die Betriebstemperatur variiert. Die Wirksamkeitstests verliefen positiv, da Daten aus Bakterien-Vitalitätstest und mikroskopische Morphologie-Studien Hinweise auf Schädigung und Zerfall von Bakterien ergaben. Diese Beobachtungen legen nahe, dass tatsächlich starke mechanische Kräfte auf die Zellwände einwirkten und so die Integrität der Bakterien zerstörten. Der Nachweis einer verbesserten MPPD-vermittelten Inaktivierung von Bakterien bestätigt ihr Potenzial als vielversprechende, wirksame und energieeffiziente Methode als Alternative zur Pasteurisierung von Flüssigkeiten.Abstract This study presents a novel process for the microbial inactivation in liquids that can be used instead of pasteurization of fruit and vegetable juices. Instead of using high temperatures, high-pressure inactivation with carbon dioxide was improved by additional shear stress in turbulent flow with multiphase carbon dioxide caused by pressure drop and rapid degassing. The underlying mechanical effects, which are crucial for the efficiency of microbial inactivation and thus preserve the valuable ingredients of juices, were investigated. The development of efficient, economical and sustainable approaches for the gentle microbial inactivation of sugary liquids is a highly relevant topic in food science. This is dictated by the population's increasing interest in direct juices and fresh-like juices. Microbial inactivation with dense phase carbon dioxide (DPCD) and high-pressure carbon dioxide (HPCD) have been reported to be viable methods. However, the major challenge was to develop a more efficient and sustainable method that requires lower temperatures, less energy, and less time. In this work an enhanced DPCD and HPCD approach has been investigated that utilizes the application of mechanical forces due to the sudden release of carbon dioxide and a concomitant pressure drop in a mini tube with a diameter of less than one millimeter. In order to improve the microbial inactivation efficiency of the new „Multi-Phase-Pressure-Drop“ (MPPD) method, different parameters like the initial concentration of Escherichia coli (E. coli) to be inactivated, the initial inactivation pressure, the pressure drop, and the operating temperature have been varied. Performance tests were positive, as data from bacterial viability test and microscopic morphology studies revealed evidence of bacterial damage and disintegration. These observations suggest that strong mechanical forces were indeed acting on the cell walls, thus disrupting the integrity of the bacteria. The demonstration of improved MPPD mediated inactivation of bacteria confirms its potential as a promising, effective, and energy-efficient method as an alternative for liquid pasteurization.en500 Naturwissenschaften und MathematikMulti-phase pressure drop (MPPD)Dense phase carbon dioxide (DPCD)Microbial inactivationNon-thermal processingShear stressMultiphase flow pressure dropCO₂ processingJuice pasteurizationTurbulent flowMehrphasen-DruckabfallKohlendioxid in dichter PhaseMikrobielle InaktivierungNicht-thermische VerarbeitungSchubspannungDruckabfall bei MehrphasenströmungCO₂-VerarbeitungSaftpasteurisierungTurbulente StrömungDoctoral ThesisSchönherr, Holgerurn:nbn:de:hbz:467-93450