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Wissen

Die Technik der UVC-Entkeimung hat eine 80 jährige Tradition und ist heute in Zeiten von Convenience Food, industrieller Lebensmittelproduktion und Antibiotika resistenten Keimen interessanter denn je. Die UVC-Technik hat sich weiterentwickelt, ist leistungsstärker, verwendet neue Materialien und wirkt dort, wo die Chemie nicht eingesetzt werden darf oder nicht mehr hilft. Das hat gerade in den letzten 10 Jahren zu einer Renaissance der Methode geführt. Wie UVC funktioniert, was UVpro kann, was wir von der orca GmbH mit UVC realisieren und warum gerade die moderne industrielle Lebensmittelproduktion, Landwirtschaft und Medizin heute auf UVC-Technik zurückgreifen, lesen Sie hier.

Natürlich können wir Ihnen hier nur einen kleinen Einstieg in das Thema geben. Detailliertere Informationen finden Sie in unseren Fachartikeln oder wenden Sie sich direkt an uns.

Auf Ihre Fragen zur Methode, den Produkten oder möglichen Anwendungen sind wir gespannt!

Wir stehen Ihnen gerne persönlich zur Verfügung!

was ist uvc?

Die UV-Strahlung wird allgemein in die Bereiche UVA, UVB, UVC und Vakuum-UVC aufgeteilt. UV-Strahlung ist kurzwelliger und energiereicher als das sichtbare Licht. Während UVA und UVB aus dem Sonnenspektrum z.T. die Erdatmosphäre durchdringen, wird das UVC (100-300nm) schon in der Stratosphäre komplett herausgefilter. Deshalb konnte sich Leben auf der Erde entwickeln, das für die Kodierung eine UVC-instabiles Molekül (DNA) verwendet. Die Strahlung unterhalb von 200 nm wird durch die spezielle Quarzglasmischung der Strahler komplett unterdrückt. Mit dem Begriff UVC-Entkeimung verbindet man deshalb nicht das gesamte Spektrum von 100-300 nm, sondern speziell den Bereich um 260 nm, wo die DNA am empfindlichsten ist.

Welche Wellenlänge ist effektiv?

Analysiert man den Entkeimungsgrad von UVC zwischen den Wellenlängen von 200 und 300 nm (gelbe Linie), sieht man den höchsten Wirkungsgrad zwischen 240 und 280 nm mit einem Maximum bei 260 nm. Vergleicht man das Absorptionsspektrum der Erbsubstanz (DNA, blaue Linie) damit, sieht man fast einen identischen Verlauf. Je mehr UVC also von der DNA aufgenommen wird, umso mehr wird sie zerstört - der Entkeimungsgrad steigt. UVC-Entkeimungsröhren geben den größten Teil ihrer Strahlung genau bei 253,7 nm ab (lila Balken), im Maximum der DNA-Zerstörung. Über 30% der elektrischen Energie werden bei Niederdruckstrahlern in dieser Wellenlänge abgegeben, deshalb ist diese Technik so effizient. Es existieren kaum Nebenspektren, die gerade bei der Materialverträglichkeit kritisch wären.

wie wirkt uvc auf die dna?

Die DNA ist ein langkettiges Molekül, das als verdrehten Doppelhelix, ähnlich einer Wendeltreppe, aufgebaut ist. Die Verbindung zwischen den beiden Seitensträngen bilden Basenpaare aus vier Grundbausteinen(Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, abgekürzt mit A, T, G und C). Mit einer bestimmten Häufigkeit liegen zwei dieser Basenpaare mit jeweils einem Thymin nebeneinander. Hier wirkt das UVC, indem die Verbindung zum Adenin des gegenüber liegenden Stranges zerstört wird und die nebeneinander liegenden Thymine miteinander verknüpft werden. Diese beiden Nachbarbasen bilden ein sehr stabiles Dimer (Thymidindimer). Wird die DNA von der Zelle zur Proteinproduktion gebraucht oder zur Zellteilung dupliziert, stoppen die ablesenden Enzyme an dieser Stelle. Je mehr defekte Stellen ein DNA-Strang aufweist, desto größer ist der Schaden für das Leben der Zelle, z.B. auch für Mikroorganismen. Dieses Prinzip erklärt das Dosis-Wirkungsprinzip: je stärker die UVC-Dosis, desto häufiger sind die Schäden und umso höher ist die Abtötungsrate, weil der Ablesevorgang unterbrochen wird. So führt der Mangel an Enzymen und die Blockade der Zellteilung zum Zelltod.

Wie viel uvc für welche Mikroorganismen?

Generell sind alle Lebensformen auf der Erde auf Basis von DNA oder der ähnlich aufgebauten RNA organisiert. Das heißt alle Organismen können durch UVC-Strahlung geschädigt werden. Je einfacher die Organisationsform und je kleiner das Zellvolumen der verschiedenen Organismen ist, desto effektiver ist die Abtötungsrate durch UVC. Die Dosis bei der 90% der Organismen einer Spezies abgetötet wird, nennt man LD90-Dosis. Für einfache Bakterien benötigt man meistens zwischen 1,5 und 6 mJ/cm2, für größere Hefen mit Zellkern zwischen 6 und 10 mJ/cm2 und bei für das Überleben in extremer Umgebung geschaffene Pilzsporen sogar 20 bis maximal 120 mJ/cm2, um 90% abzutöten. Innerhalb der Organismengruppen ergeben sich auch Unterschiede durch Farbstoffe in den Zellwänden und der Verpackungsform der DNA. Für die Kalkulation der Entkeimungsdosen stehen umfangreiche Tabellen und Literurwerte mit den LD90-Dosen verschiedener Spezies zur Verfügung. Wichtig für die Auslegung von Entkeimungsanlagen, ist zudem die Präsentation und die Dichte der Mikroorganismen, denn Beschattung, Reflexion und Streuung beeinflussen die Dosis mit der die UVC-Strahlung die DNA erreichen kann. Ein weiterer wichtiger Faktor für die benötigte LD90 Dosis und somit für den Erfolg der UVC-Entkeimung ist der Zellzyklus der Organismen. Zellen mit sehr hoher Proteinsynthese, wie während der Teilung notwendig, werden deutlich schneller geschädigt, da die DNA entpackt und somit für die UVC-Strahlung leichter erreichbar ist.

arbeitssicherheit mit uvc?

Die UV-Strahlung der Sonne durchdringt die Erdatmosphäre in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die längerwellige UVA Strahlung erreicht uns in großen Teilen und sorgt für die Bräunung der Haut. Die UVB-Strahlung erreicht den Erdboden zum Teil und dringt relativ tief in unsere Haut und Augen ein. Die UVC-Strahlung wird dagegen von der Ozonschicht in der Erdatmosphäre herausgefiltert. Diese energiereiche Strahlung würde sonst für Verbrennungen auf unserer Haut und den Augen sorgen. Da die Eindringtiefe in die menschliche Haut nur bis in die äußerste Hornhaut reicht, wird das Hautkrebsrisiko im Gegensatz zu UVB als sehr gering eingestuft.

Vor künstlichen UVC-Quellen muss man die Haut und die Augen unbedingt schützen. Das gelingt mit den Körper bedeckenden Kleidungsstücken, Handschuhen und Schutzbrillen. In der Praxis vermeidet man die Wirkung von UVC auf Menschen oder Tiere durch Schutzeinrichtungen wie Bleche, Glasscheiben und elektrische Sicherheitseinrichtungen. Die fachgerechte Montage von UVC in Produktionsbereichen ist Teil unserer Beratung ebenso wie eine Freimessung mit Messprotokoll nach größeren Installationen. Unser UVC-LOG Messgerät ermöglicht Ihnen eigene Kontrollen von Arbeitsplätzen mit einer Empfindlichkeit von 0,01 µW/cm².

haccp und ifs trotz glas?

UVC-Strahler bestehen generell aus Quarzglas. Somit wird Glas entgegen dem allgemeinen Bestreben in den Produktionsbereich gebracht. Die Positionierung von UVC-Strahlern oberhalb von Verpackungsmitteln bedarf der Sicherheit vor mechanischen Einflüssen und Glasbruch. Alle UVC-Strahler von UVpro können deshalb mit einem Teflonsplitterschutz (Abb: untere Röhre) versehen werden. Der Teflonschutz verringert die UVC-Leistung um ca. 10%.

Eine weitere Sicherheit bietet die Überwachung der Röhrenfunktion. Sobald eine UVC-Röhre beschädigt wird und ausfällt, kann mit Hilfe von Systemzubehör wie dem CU-1 Modul oder die UVCline Funktionsüberwachung eine Warnung ausgegeben werden. Durch den Splitterschutz, die Einhausung in Edelstahlgehäuse gegen mechanische Einflüsse und die elektrischen Überwachung werden IFS- und HACCP-Standards erfüllt.

welche röhre bei welcher Temperatur?

Eigentlich ist es ganz einfach und doch hoch komplex!

Für jede UVC-Anwendung braucht man Röhren und die Vorschaltelektronik, um sie zu betreiben. Alle UVpro-Röhren bestehen aus synthetischem Quarzglas, dotiert um die Ozonbildung zu unterdrücken (Ozon frei) oder bewusst als Ozon bildende Strahler für oxidative Behandlungen. Über Parameter wie den Gasinnendruck, Wendeltyp und -form können Röhren für unterschiedliche Temperaturbereiche hergestellt werden. Eine Thermohülle optimiert den Betrieb selbst bei niedrigen Temperaturen im Luftstrom oder Wasser. Die passende Vorschaltelektronik sorgt für schnelle Starts, stabilen Betrieb und eine lange Röhrenlebensdauer. Durch Anpassung der Vorschaltelektronik können über den Betriebsstrom zusätzliche Parameter eingestellt werden. Welche Technik für welche Anwendung am sinnvollsten ist, erklären wir Ihnen gern. So ergeben sich optimierte Lösungen für Ihre spezielle Anwendung, immer dem Ziel folgend, mit dem geringste möglichen Energiebedarf eine lange stabile Röhrenfunktion mit maximaler Leistung zu erreichen.

wie werden UVC-Anlagen ausgelegt?

UVC-Entkeimungskammern bieten die Möglichkeit den Keimgehalt der Frischluft oder der Umluft in Klima- und Raumlufttechnischen Anlagen effektiv zu reduzieren. Dabei müssen Temperaturen, Volumen und Luftgeschwindigkeiten berücksichtigt werden. Die gleichmäßige Positionierung der Röhren und der Reflektoren an den Kanalwänden sorgt für eine homogene Bestrahlung der vorbeiströmenden Luft, ohne Beeinflussung der Kanaleigenschaften. Im Gegensatz zu Filtern erzeugen UVC-Anlagen keinen Luftwiderstand und sind deshalb energetisch sehr sinnvoll. Die Auslegung unserer Projekte erfolgt auf Basis der Kanalgröße, Temperatur, Luftfeuchte, Volumenströme und der Keimspezies. So wird die optimale UVC-Ausstattung kalkuliert.

Die benötigte UVC-Leistung wird ermittelt, die Positionierung der Röhren im Kanal wird simuliert und die Entkeimungsrate berechnet. Sie erhalten eine dokumentierte Vorhersage und ein dazu passendes detailliertes Angebot zu den empfohlenen UVpro Modulen und Röhren.