Verfahren zur Erhitzung von Stoffen. Die Erfindung bezieht. sich auf ein Ver fahren zur Erhitzung von Stoffen, vorzugs weise zur Entkeimung und Haltbarmachung @-on Nahrings- und txenussmitteln, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die zu behandelnden Stoffe über ein Temperatur- Intervall von mindestens 3011 C und mit. einer Aufheizgeschwindigkeit von mindestens 300 C/sec erhitzt.
Bevorzugte Anwendungsgebiete der Er findung sind Sterilisierung und Pasteurisie- rung, bei denen es sich bekanntlich vorzugs weise darum handelt, die vorhandenen Mikro organismen abzutöten. Als eine Folge der lohen Aufheizgeschwindigkeit kann hierbei die Maximaltemperatur, auch wenn der Stoff nur wenige Sekunden auf dieser Temperatur gehalten wird, meistens verhältnismässig niedrig liegen.
Wenn man die Stoffe auf min destens 6511 C erhitzt, so genügen in der Regel wenige Sekunden, um eine vollständige oder wenigstens praktisch ausreichende Schä digung der Mikroorganismen zu erzielen.
Es wurde festgestellt, dass die Schädigung bei Bakterien weitgehend von der Aufheiz- geschwindigkeit abhängt. Zum Sterilisieren wird am besten eine Maximaltemperatur zwi schen 65 und<B>800</B> C, vorzugsweise- in vielen Fällen zwischen 70 bis<B>750</B> C gewählt, je nach der Art der vorhandenen Keime. In gewissen Fällen kann auch eine Maximal temperatur bei 95 gute Resultate ergeben.
Dabei werden die Stoffe im allgemeinen zweckmässig höchstens zehn Sekunden auf der Maximaltemperatur gehalten. -Die gesamte Behandlungsdauer, das ist die Aufheizzeit plus die Zeit, während welcher die Stoffe auf der Maximaltemperatur belassen werden, nimmt somit nur sehr kurze Zeit in Anspruch. rin derartiges Sterilisierverfahren bietet in folge der kurzen Behandlungszeit und der verhältnismässig niedrigen Maximaltempera tur grosse Vorteile. Die bei einem Versuch mit B. coli gewonnenen Ergebnisse seien an Hand des beigegebenen Diagrammes erläutert.
In diesem Diagramm ist als Abszisse in loga rithmischem Massstab die Aufheizgesehwin- digkeit s in C/see und als Ordinate die Schädigung, das heisst das Verhältnis der Zahl der überlebenden Keime N zu der Ausgangs keimzahl Y" ebenfalls in logarithmischem Massstab aufgetragen. Die Maximaltemperatur T beträgt etwa 65 C; die Verweilzeit t, auf dieser Temperatur ist 10 Sekunden.
Man sieht aus der Darstellung, dass eine gesteigerte Aufheizgeschwindigkeit schon ab etwa<B>100</B> C/sec einen Anstieg der Schädigung bewirkt und dass bei diesen Keimen eine Aufheizgeschwindigkeit im Bereich von <B>1000</B> C/see besonders günstig ist, während bei Überschreiten dieser Aufheizgeschwindigkeit die Schädigungen wieder geringer werden.
Es hat sich gezeigt, dass man bei einigen Keimarten, zum Beispiel gewissen Streptoeoc- cenarten, die Maximaltemperatur erhöhen muss, um einen starken Anstieg der Schädi- gLingswerte zu erreichen.
Als wichtigstes Ergebnis ist festzuhalten, dass bei der Abtötung von Bakterien durch Wärmebehandlung die Schädigung bis zu einem gewissen Masse von der Aufheizgeschwindig- keit abhängt. Durch zweckmässige Wahl der Aufheizgeschwindigkeit ist es möglich, bei Temperaturen, die bei den normalen, d. h. klei nen Aufheizgesehwindigkeitenein langes Ver weilen bei der Maximaltemperatur erfordern, sehr hohe Schädigungswerte zu erreichen.
Es gibt nun eine Anzahl Stoffe, zLUn Beispiel eindeutig definierte chemische Ver bindungen, die zwar auch durch Temperatur einwirkung beschädigt werden, bei denen aber der Umfang dieser Schädigungen kaum von der Aüfheizgeschwindigkeit abhängt, sondern ausschliesslich von der Höhe und der Dauer der Einwirkung der Maximaltempera tur.
Es liegt auf der Hand, dass solche Stoffe, zu denen wahrscheinlich einige Vitamine, wie Vitamin -C, gehören, erheblich weniger oder überhaupt nicht geschädigt werden, wenn man bei der Sterilisation von sie enthaltenden Produkten auf Grund der gewonnenen Er- li:enxztnisse vorgeht.
Es ist aber gerade eine Ilauptforderung bei der Pasteurisierung oder Sterilisierung, die Wärmebehandlung so durchz.üühren, dass die Mikroorganismen möglichst vollständig abgetötet, die nützlichen Stoffe aber, wie Vitamine Lund dergleichen, erhalten bleiben. Bei Anwendung des erfin dungsgemässen Verfahrens hat man ferner Wirkungen beobachtet, die nicht mehr allein' durch die bisher geschilderten Effekte zu erklären sind.
Es ist anzunehmen, dass bei der Sterilisierung nach dem erfindungsgemässen Verfahren in gewissen Fällen ausserdem eine Neubildung bakterienhemmender oder bakte rizider Stoffe zunächst noch unbekannter Natur eintritt.
So hat sich bei Verarbeitung von Wurst masse im Durchlauf nach dem erfindungs gemässen Verfahren und Abfüllung nach dem Durchlauf in' Därme gezeigt, dass sich die Wurst in diesem Verarbeitungszustand lange Zeit unverdorben frisch hält, und zwar länger als im Hinblick auf die Tatsache, dass nach der Behandlung aus der Umgebung neue Keime hinzutreten und dass gewisse Keime die Behandlung überstehen (zum Beispiel Dauerformen), zu erwarten war. Ähnliche Erscheinungen sind auch bei Milch und andern Substanzen beobachtet. worden.
Wenn man die Produkte um kurze Zeit, zum Beispiel um wenige Sekunden, auf der Maximaltemperatur halten will, so ist natür lich eine wirksame Kühlung erforderlich.
Man kann die erfindungsgemässe Behand lung allenfalls auch mehrfach durchführen, falls eine einmalige Behandlung noch nicht zum gewünschten Effekt führt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders bei flüssigen, Brei- und pasten- förmigen Stoffen im kontinuierlichen Arbeits gang durchführbar, zum Beispiel in der Weise, dass man die zu behandelnde Substanz im Durchlauf durch einen Erhitzer und ge gebenenfalls Kühler nach einer dem ge wünschten Zweck angepassten Temperatur- Zeitkurve behandelt.
Die Dauer der Er hitzung auf die Maximaltemperatur wird da bei am besten so reguliert, dass man zwischen dem Erhitzer und dem Kühler ein Leitungs stück von solcher Länge anbringt, dass die behandelte Substanz für den Durchlauf durch dieses Leitungsstück gerade die Zeit benötigt, die man sie auf der Maximaltemperatur halten will.
Normalerweise wird das behan delte Gut in diesem Leitungsstück seine Temperatur im wesentlichen behalten, was natürlich durch geeignete Wärmeisolierung dieses Leitungsstückes, gegebenenfalls auch durch eine weitere Beheizung, zum Beispiel durch ein Wärmebad, unterstützt werden kann.
Für die Aufheizung ergeben sich je naeli der Art des Behandlungsgutes verschiedene Möglichkeiten. Bei flüssigen Substanzen, die in dünnen Schichten, zum Beispiel in Kapil laren, laufen können und bei denen durch Konvektion ein hinreichender Wärmeaus tausch erfolgt, kann man mit Zufuhr der Wärmeenergie von aussen her arbeiten, indem man zum Beispiel die Kapillare, durch die die Substanz strömt, durch Wärmeleitung, -strahlung oder elektrisch auf die notwendige Temperatur bringt.
Die Länge und auch das Material der Kapillare oder der Kapillaren (in einem Aufheizrauni können zur Er reichung einer grossen Stundenleitung eine grössere Zahl Kapillaren untergebracht wer den) können den Verhältnissen leicht ange- passt werden. Natürlich können die flüssigen ubstanzen auch auf jede andere geeignete <B>1</B> Weise schnell aufgeheizt werden, vorzugsweise auch im elektrischen, speziell hoch- bzw.
ultrahochfrequenten Wechselfeld, aber auch im Durchlauf durch eine oder mehrere Elektrodenstrecken, an die eine Wechsel spannung normaler Frequenz gelegt ist, wobei die Flüssigkeit durch diese Elektroden strecken unter Berücksichtigung der Strom stärke so schnell hindurchgeführt wird, dass einmal.
die notwendige Aufheizzeit erreicht wird und zweitens noch keine schädigenden aGinflüsse durch elektrolytische Erscheinun gen auftreten. Bei Brei- und pastenförmigen Stoffen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit wird man im allgemeinen auf die Aufheizung in einem elektrischen, speziell hoch- bzw. ultrahoehfrequenten Wechselfeld angewiesen sein, womit man auch bei diesen Stoffen eine schnelle und an allen Stellen gleichzeitige und gleichmässige Aufheizung erreichen kann.
Hierbei ergibt sich noch eine besondere Möglichkeit, nämlich dass man das Feld derart selektiv auf das Gut einwirken lässt, dass das umgebende Medium, also zum Beispiel der Behälter oder bei inliomogenen Stoffen ein Teil der Phasen, direkt praktisch nicht und indirekt nur geringfügig erwärmt wird.
Derartige Verfahren haben sich bei Milch und Säften und bei Wurstmasse gut bewährt. Ein instruktives Beispiel für das Gesagte und gleichzeitig ein wichtiges Anwendungs gebiet der Erfindung ist die Sterilisation von Vakzinen. Das Verfahren gemäss der Er findung bietet die Möglichkeit, die Vakzinen unter Erhaltung der wichtigen Wirkstoffe durch reine Temperaturbehandlung auch in solchen Fällen keimfrei zu machen, wo man bisher die Bakterien nicht abtöten konnte, weil man gleichzeitig die Wirkstoffe ge schädigt hätte.
Process for heating substances. The invention relates. on a process for heating substances, preferably for disinfection and preservation @ -on nutrients and nutritious products, which is characterized in that the substances to be treated over a temperature range of at least 3011 C and with. heated at a heating rate of at least 300 C / sec.
Preferred areas of application of the invention are sterilization and pasteurization, which, as is known, are preferably used to kill the microorganisms present. As a result of the slow heating rate, the maximum temperature can usually be relatively low, even if the material is kept at this temperature for only a few seconds.
If the substances are heated to at least 6511 C, a few seconds are usually sufficient to achieve complete or at least practically sufficient damage to the microorganisms.
It was found that the damage caused by bacteria largely depends on the heating rate. A maximum temperature between 65 and 800 C, preferably in many cases between 70 and 750 C, is best chosen for sterilization, depending on the type of germs present. In certain cases a maximum temperature of 95 can give good results.
The substances are generally expediently kept at the maximum temperature for a maximum of ten seconds. -The entire duration of the treatment, i.e. the heating-up time plus the time during which the fabrics are left at the maximum temperature, only takes a very short time. Such a sterilization process offers great advantages due to the short treatment time and the relatively low maximum temperature. The results obtained in an experiment with B. coli are explained with the aid of the attached diagram.
In this diagram, the abscissa on a logarithmic scale is the heating speed s in C / see and the ordinate is the damage, that is to say the ratio of the number of surviving germs N to the initial germ count Y "is also plotted on a logarithmic scale. The maximum temperature T is about 65 C; the residence time t, at this temperature is 10 seconds.
It can be seen from the illustration that an increased heating rate from about <B> 100 </B> C / sec causes an increase in damage and that with these germs a heating rate in the range of <B> 1000 </B> C / see is particularly favorable, while when this heating rate is exceeded, the damage is reduced again.
It has been shown that with some types of germs, for example certain types of streptoeocci, the maximum temperature has to be increased in order to achieve a sharp increase in the pest levels.
The most important result is that when bacteria are killed by heat treatment, the damage depends to a certain extent on the heating rate. By appropriate choice of the heating rate, it is possible at temperatures that are normal, i.e. H. small heating speeds require a long stay at the maximum temperature to achieve very high damage values.
There are a number of substances, e.g. clearly defined chemical compounds, which are also damaged by the effects of temperature, but where the extent of this damage hardly depends on the heating rate, but solely on the level and duration of the effect of the maximum temperature .
It is obvious that such substances, which probably include some vitamins, such as vitamin C, are significantly less or not at all damaged if one proceeds with the sterilization of products containing them on the basis of the results obtained .
In pasteurization or sterilization, however, it is an essential requirement to carry out the heat treatment in such a way that the microorganisms are killed off as completely as possible, while the useful substances, such as vitamins and the like, are retained. When using the method according to the invention, effects have also been observed which can no longer be explained solely by the effects described so far.
It is to be assumed that during sterilization according to the method according to the invention, in certain cases, a new formation of bacteria-inhibiting or bactericidal substances of a nature as yet unknown occurs.
So it has been shown when processing sausage mass in the run according to the fiction, according to the process and filling after the run in 'intestines that the sausage in this processing state stays fresh for a long time without spoilage, and longer than in view of the fact that after During the treatment, new germs would appear from the environment and that certain germs would survive the treatment (e.g. permanent forms) was to be expected. Similar phenomena have been observed with milk and other substances. been.
If you want to keep the products at the maximum temperature for a short time, for example a few seconds, effective cooling is of course required.
The treatment according to the invention can at most also be carried out several times if a single treatment does not lead to the desired effect.
The method according to the invention can be carried out continuously, especially with liquid, pulp and paste-like substances, for example in such a way that the substance to be treated is passed through a heater and optionally a cooler after a temperature adapted to the desired purpose - Treated time curve.
The duration of the heating to the maximum temperature is best regulated in such a way that a line piece of such a length is attached between the heater and the cooler that the treated substance just needs the time it takes to pass through this line piece want to keep it at the maximum temperature.
Normally, the treated good in this line piece will essentially retain its temperature, which of course can be supported by suitable thermal insulation of this line piece, possibly also by further heating, for example by a thermal bath.
There are various options for heating depending on the type of material to be treated. In the case of liquid substances that can run in thin layers, for example in capillaries, and in which sufficient heat exchange takes place through convection, you can work with the supply of heat energy from the outside, for example by opening the capillary through which the substance flows, brings it to the required temperature by conduction, radiation or electrically.
The length and also the material of the capillary or capillaries (a large number of capillaries can be accommodated in a heating room in order to achieve a large hourly line) can easily be adapted to the circumstances. Of course, the liquid substances can also be quickly heated up in any other suitable manner, preferably also in an electric, especially high or
ultra-high frequency alternating field, but also when passing through one or more electrode sections to which an alternating voltage of normal frequency is applied, whereby the liquid is passed through these electrodes, taking into account the current strength, so quickly that once.
the necessary heating-up time is achieved and, secondly, no harmful influences due to electrolytic phenomena occur. In the case of pulp and paste-like substances with poor thermal conductivity, you will generally have to rely on heating in an electrical, especially high or ultra-high frequency alternating field, which means that even with these substances you can achieve rapid and uniform heating at all points.
Here there is another special possibility, namely that the field can act selectively on the product in such a way that the surrounding medium, e.g. the container or, in the case of inliomogeneous substances, part of the phases, is practically not heated directly and only slightly indirectly.
Such methods have proven themselves well with milk and juices and with sausage mass. An instructive example of what has been said and at the same time an important area of application of the invention is the sterilization of vaccines. The method according to the invention offers the possibility of making the vaccines aseptic while maintaining the important active ingredients by pure temperature treatment, even in cases where the bacteria could not previously be killed because the active ingredients would have been damaged at the same time.