Verfahren und Gerät zum Konservieren eines Materials
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Konservieren von Materialien, ohne dass dabei die Nachteile der bekannten Konservierungsverfahren und Konservierungseinrichtungen auftreten. Bei dem Konservierungsverfahren kann es sich um eine Sterilisierungsbehandlung handeln, bei der die Zahl der pathogenen Organismen auf Null herabgesetzt wird, oder um eine Behandlung zur Desaktivierung aller Verderb verursachenden Enzyme.
Seit vielen Jahren ist die Konservierung organischer Materialien natürlichen Ursprungs, z. B. von Lebensmitteln (einschliesslich Getränken), Blut (einschliesslich Blutplasma), Tabak und dergleichen, Gegenstand zahlreicher Forschungen und Untersuchungen. Die zwei wichtigsten Massnahmen, die in diesem Zusammenhange vorgeschlagen worden sind, sind die Anwendung von Chemikalien oder die Anwendung von Hitze oder auch die kombinierte Anwendung sowohl von Chemikalien als auch von Hitze. Der Verwendung von Chemikalien zur Konservierung steht nicht nur entgegen, dass sich der Geschmack oder der Geruch oder andere Eigenschaften der Materialien hierdurch in unerwünschter Weise verändern, sondern auch, dass die Verwendung von Chemikalien bei bestimmten Materialien, wie z. B.
Milch, verboten ist. Die Anwendung von Hitze zum Sterilisieren (im Unterschied zum Pasteurisieren) hat bei vielen Materialien, wie z. B. Milch, keine wirtschaftliche Bedeutung erlangt, und zwar vor allem deswegen, weil die zur Erzeugung eines sterilen Produktes erforderlichen Temperaturen auch schädliche Veränderungen des sterilisierten Materials verursachen, so dass dieses einen unangenehmen Geschmack erhält und andere unerwünschte Veränderungen erfährt. Bekanntlich verursacht beispielsweise die einfache Erhitzung von Milch auf eine Sterilisierungstemperatur - wie z. B. Verfahren, bei denen hohe Temperaturen kurze Zeit angewendet werden, etwa durch Dampfinjektion bei Temperaturen von 1380 C und mehr - Geschmacksveränderungen.
Durch die Dampfinjektion wird das Erzeugnis verdünnt, so dass diesem zum Ausgleich hierfür zuvor Wasser entzogen werden muss, was einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt bedingt, der selbst wieder nachteilige Wirkungen auf das Erzeugnis haben kann. Die Sterilisierung von Vollblut allein durch die Anwendung von Hitze verursacht eine Hämolyse des Blutes.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Mikrowellenenergie zum Sterilisieren bestimmter Materialien zu verwenden. Dieser Vorschlag hat jedoch im wesentlichen wegen der schädlichen Veränderungen, die in dem der Mikrowellenenergie ausgesetzten Material stattfinden, keine wirtschaftliche Bedeutung erlangt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung zum Konservieren eines Materials ist dadurch gekennzeichnet, dass man das zu konservierende Material in einer Umschlie ssung, von der mindestens eine Wand für Mikrowellenenergie durchlässig ist, im Inneren einer Behandlungszone über eine unter Überdruck stehende bewegte Kühlgasatmosphäre Mikrowellenenergie aussetzt, wobei die bewegte Kühlgasatmopshäre die Wände der Umschlie ssung unmittelbar berührt, aber nicht mit dem behandelten Material in unmittelbare Berührung kommt, und wobei die Temperatur der Kühlgasatmosphäre bei ihrem Eintritt in die Behandlungszone unter etwa 15,60 C liegt, und dass man den Durchtritt von Mikrowellenenergie in das in der Umschliessung befindliche Material nach einer vorbestimmten Zeit beendet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die das zu konservierende Material enthaltende Umschliessung eine dichte Verpackung des Materials ist, wobei mindestens eine Wand dieser Verpackung für Mikrowellenenergie durchlässig ist. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung besteht die Umschliessung aus einem rohrförmigen Strömungsweg mit für Mikrowellenenergie durchlässigen Wänden, durch den ein fliessfähiges, verderbliches Material zur Behandlung hindurchgetrieben wird, woraufhin das Material unter aseptischen Bedingungen in sterile Behälter gefüllt wird, die dann dicht verschlossen werden.
Das Gerät zur Durchführung des Verfahrens weist erfindungsgemäss eine Kammer auf, ferner Einrichtungen zur Erzeugung und Einleitung der Mikrowellenenergie in diese Kammer, ausserdem Einrichtungen zur Halterung des zu konservierenden Materials in der Kammer in einer Stellung, in der es die Mikrowellenenergie aufnimmt, ferner Einrichtungen zur Kühlung eines Gases, ferner Einrichtungen zur Einleitung des gekühlten Gases unter Überdruck in die Kammer und Einrichtungen zur Abführung des Gases aus der Kammer.
Bei einer besonderen, bevorzugten Ausführungsform des Gerätes gemäss der Erfindung weist es Einrichtungen zur Einleitung und Entnahme des zu konservierenden Materials, das in diesem Falle ein fliessfähiges Material ist, ebenso wie die Einrichtungen zur Halterung des Materials in der Kammer auf, wobei die ersteren aus einem Rohr, dessen Wände für Mikrowellenenergie durchlässig sind, bestehen. Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die vor allem zur kontinuierlichen Behandlung zahlreicher versiegelter Packungen mit Material geeignet ist, weist diese Kammer eine verhältnismässig grosse Länge auf, so dass sie zahlreiche Packungen gleichzeitig aufnehmen kann, und die Einrichtung zur Halterung des verpackten Materials ist eine bewegte Fläche, etwa ein Förderband, um die Packungen in die und durch die Kammer sowie aus der Kammer zu bewegen.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun einige Ausführungsbeispiele derselben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht - teilweise im Schnitt - einer Ausführungsform eines Gerätes, welches zur Behandlung dichter, zu konservierendes Material enthaltender Packungen verwendbar ist.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht - teilweise im Schnitt - eines Gerätes, welches zur Behandlung fliessfähigen Materials verwendet werden kann.
Fig. 4 ist eine Seitenansicht - teilweise im Schnitt eines Gerätes, welches zur kontinuierlichen Behandlung zahlreicher, zu behandelndes Material enthaltender Pakkungen geeignet ist.
Mit Mikrowellenenergie ist die elektromagnetische Wellenenergie gemeint, deren Wellenlänge in den Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums fällt, das heisst zwischen etwa 400 und etwa 20000 Megahertz (MHz) mit einer Wellenlänge von etwa 33,02 cm für die niedrigeren Frequenzen und etwa 1,778 cm für die höchsten Frequenzen liegt. Zur Verwendung wird derzeit Mikrowellenenergie mit einer Wellenlänge von etwa 10,16 bis 12,7 cm und einer Frequenz im Bereich von 2400 bis 2500 MHz bevorzugt.
Die Mikrowellenenergie wird von geeigneten Hochfrequenzquellen, wie etwa einem Magnetron, erzeugt. Die Erzeugung und Verwendung einer Mikrowellenenergie als solche ist bekannt, da bereits seit vielen Jahren Mikrowellenenergie zum Kochen von Lebensmitteln verwendet wird.
Im Gerät nach Fig. 1 ist die Behandlungskammer oder Behandlungszone 1 derart konstruiert, dass sie den angewendeten Gasdruck auszuhalten vermag. Herkömmliche Magnetrone 2 und 3 mit Antennen 4 und 5 richten Mikrowellenenergie in die Kammer 1 und folglich in die Packung (Behälter) 6, in der das zu konservierende Material enthalten ist. Der eine Plattform 17 und die Magnetrone 2 und 3 enthaltende obere Teil der Kammer 1 kann vom unteren Teil abnehmbar sein, so dass man das zu konservierende Material einlegen und herausnehmen kann. Die Kammer 1 kann auch mit einer nicht dargestellten Türe versehen sein.
Die Pakkung 6, von der mindestens die Wand 120 für Mikrowellenenergie durchlässig ist, wird auf irgendeine geeignete Weise derart gehalten, dass sie die Mikrowellenenergie von den Magnetronen 2 und 3 aufnimmt und von der Kühlgasatmosphäre umströmt wird, was weiter unten noch erläutert wird; zur Halterung dient beispielsweise ein Ständer 7 mit einer Plattform 8, die vorzugsweise aus einem starren Kunststoff, wie etwa Polymethylmethacrylat, bestehen.
Die Kühlkammer oder Kühlzone 9 ist mit Kühlschlangen 10 und einem Gebläse 11 versehen. Das Kühlgas wird zu Beginn durch eine mit einem Ventil versehene Leitung 12 in das Gerät eingeführt und während der Behandlung und im Betrieb des Gerätes von der Kammer 1 durch eine Leitung 13 zur Kammer 9 geführt, woraufhin es vom Gebläse 11 an den Kühlschlangen 10 vorbeigetrieben wird, die an ein herkömmliches, schematisch bei 18 dargestelltes Kühlaggregat angeschlossen sind. Das gekühlte Gas wird über eine Leitung 14 zurück in die Kammer 1 getrieben. Die Gasströmung im System ist durch Pfeile dargestellt, und man erkennt, dass durch die Anordnung des Kühlgaseinlasses 15, der Packung 6 mit zu behandelndem Material und des Kühlgasauslasses 16 das Gas um die Pakkung 6 und an dieser vorbeiströmen muss.
Die Magnetrone 2 und 3 sind vorzugsweise auf einer Plattform 17 montiert, die so konstruiert ist, dass das Kühlgas um die Magnetrone 2 und 3 herumfliessen kann. In jedem Fall wird das Gas bei seinem Durchgang durch die Kammer 1 und an der Packung 6 vorbei erwärmt und muss, um im Kreislauf wieder verwendet werden zu können, wieder auf die gewünschte Temperatur abgekühlt werden. Zur Feststellung des Gasdruckes in der Kammer 1 kann ein Gasdruckmessgerät 19 vorgesehen sein.
Es liegt auf der Hand, dass auch andere und gleichwertige Einrichtungen zur Kühlung des Kühlgases verwendet werden können. Beispielsweise kann man statt der Verwendung eines Kühlsystems mit einem gesonderten Kühlmittel gemäss der Darstellung in Fig. 1 das Kühlgas durch Kompression und Expansion kühlen und dadurch das Kühlgas selbst als Kühlmittel verwenden.
Im Gerät gemäss den Fig. 1 und 2 wird die Pakkung 6 mit zu behandelndem Material in die Kammer 1 gebracht und das Kühlgas gemäss der Darstellung durch die Pfeile in Fig. 1 umgewälzt. Die Magnetrone 2 und 3 werden dann- für die erforderliche Behandlungszeit eingeschaltet. Dann werden die Magnetrone 2 und 3 wie der abgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt kann auch die Kühlgaszirkulation, etwa durch Abschaltung des Gebläses 11, beendet werden; man kann die Kühlgaszirkulation auch noch eine Weile fortsetzen, wenn man die Packung vor ihrer Entnahme aus der Kammer 1 kühlen will.
Fig. 3 zeigt die Behandlung eines fliessfähigen Materials in einem Gerät, das besonders hierfür gestaltet ist. In diesem Falle ist die Behandlungskammer oder Behandlungszone 31 länglich gestaltet und mit zahlreichen Magnetronen 32 versehen, wobei die Anzahl dieser Magnetrone von der Länge des umschlossenen Weges, wie etwa des Rohres 33, und der Geschwindigkeit abhängt, mit der das zu behandelnde Material 34 durch diese Umschliessung strömt. Das Rohr 33 kann aus einem für Mikrowellenenergie durchlässigen Material bestehen, wie etwa Glas, Borsilikatglas oder Quarz.
Die Magnetrone 32 und die ihnen zugeordneten Antennen 35 können beispielsweise auf einer perforierten Platte oder einem Gitter 36 aus Aluminium gelagert sein, so dass sie Mikrowellenenergie durch die Wand 37 des Rohres 33 und in das Material 34 richten. Das Kühlgas, dessen Strömung durch Pfeile dargestellt ist, wird von einer Pumpe 39 durch eine mit einem Ventil versehene Leitung 38 in die Kammer 31 getrieben. Das der Kammer 31 entnommene Kühlgas wird durch eine Leitung 40 zurück in eine schematisch bei 41 dargestellte Kühlkammer geführt, und hier zur neuerlichen Einleitung in die Behandlungskammer 31 gekühlt. Die Kammer 31 kann mit einem Ablauf, etwa einer mit einem Ventil versehenen Leitung 42, ausgerüstet sein, um Kondenswasser abzuführen, das sich in der Kammer bilden kann.
Im Betrieb werden bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 die Kühlgasströmung so lange aufrechterhalten und die Magnetrone 32 so lange ununterbrochen eingeschaltet gelassen, wie Material 34 durch das Rohr 33 gefördert wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Materials 34 kann, in Abstimmung auf die Menge der erzeugten Mikrowellenenergie, die Art, die Temperatur und den Druck des Kühlgases so eingestellt werden, dass die Verweilzeit des Materials 34 in der Kammer 1 ausreicht, um die Behandlung jedes Teilchens des Materials 34 bei seinem Durchgang durch die Behandlungszone zu erreichen. Zur Förderung eines fliessfähigen Materials 34 in und durch das Rohr 33 kann man eine Pumpe einsetzen oder, wenn das Material 34 einen höheren Anteil an Festbestandteilen hat, eine Schnecke. Das die Kammer 31 verlassende Material kann auf aseptische Weise in sterile Behälter gefüllt und versiegelt werden.
In Fig. 3 ist nur ein einziges Rohr dargestellt; selbstverständlich können jedoch auch mehrere Rohre in der Kammer 31 vorhanden sein. Desgleichen zeigen die Fig. 1 und 3 Geräte mit nur einer einzigen Kammer; es ist jedoch selbstverständlich, dass die Geräte auch mehrere Kammern aufweisen können. Zum Beispiel kann man mehrere Einheiten auf einem sich drehenden Tisch anordnen, auf dem an einer Stelle eine der Einheiten mit zu behandelndem Material gefüllt wird, woraufhin die Behandlung vor sich geht, während diese Einheit mit dem Tisch einmal umläuft, um in der letzten Station der Umdrehung des Tisches das Material aus der betreffenden Behandlungseinheit wieder zu entnehmen.
Fig. 4 zeigt die kontinuierliche Behandlung zahlreicher Packungen. Bei dieser Ausführungsform hat die Behandlungskammer oder Behandlungszone 50 längliche Gestalt, so dass zahlreiche Packungen 51 mit zu behandelndem Material in einer Reihe hintereinander durch die Kammer hindurchtreten können. Zur Erzeugung der erforderlichen Mikrowellenenergie sind zahlreiche Magnetrone 52 mit Antennen 53 vorgesehen.
Die Magnetrone 52 sind, beispielsweise auf einer perforierten Platte oder einem Gitter 54 derart gelagert, dass die Mikrowellenenergie in Richtung auf und in die Packungen 51 gelenkt wird. So wie bei Fig. 1, ist zumindest diejenige Wand der Packung für Mikrowellenenergie durchlässig, die der Mikrowellenenergiequelle gegenüberliegt; das ist in Fig. 4 die Wand 55. Die Packungen 51 liegen bei dieser Ausführungsform auf einer sich bewegenden Oberfläche, die als endloses Band 56 dargestellt ist, auf dem die Packungen in und durch die Kammer 50 sowie aus der Kammer 50 bewegt werden. Einen Austritt von Gas aus der Kammer 50 kann man durch herkömmliche Dichtungseinrichtungen, beispielsweise durch Wasserverschlüsse 57 und 58, verhüten.
Das Kühlgas wird etwa mit einem Gebläse 62 durch eine Hauptleitung 61 in die Kammer 50 getrieben, und man kann ausserdem Kühlgas durch kleinere Leitungen 63 einleiten, die an eine mit einem Ventil versehene Leitung 64 angeschlossen sind. Das Kühlgas kann von einer Kühlgasquelle her durch eine mit einem Ventil versehene Leitung 65 zugeleitet werden. Nach dem Durchtritt durch die Kammer 50 wird das Kühlgas - unterstützt durch ein Gebläse 66 - durch Leitungen 67 und 68 abgeführt und tritt durch eine schematisch bei 69 dargestellte Kühlvorrichtung hindurch, bevor es wieder in die Kammer 50 zurückkehrt.
Die Arbeitsweise des Gerätes gemäss Fig. 4 entspricht im wesentlichen derjenigen des Gerätes gemäss Fig. 3; auch hier werden die Kühlgasströmung so lange aufrechterhalten und die Magnetrone so lange eingeschaltet gelassen, wie sich Packungen mit zu behandelndem Material durch die Behandlungskammer hindurch bewegen. Die Anzahl und Grösse der Magnetrone, die Art, Temperatur und Druck des Kühlgases und die Geschwindigkeit der Bewegung der Packungen durch die Kammer werden derart aufeinander abgestimmt, dass der Inhalt jeder einzelnen Packung in der gewünschten Weise behandelt wird.
In den Zeichnungen sind die Magnetrone im Inneren der Behandlungskammer angeordnet; diese können jedoch auch ausserhalb der Behandlungskammer angeordnet werden, sofern nur die Antennen der Magnetrone in der Behandlungskammer liegen und die Mikrowellenenergie in das zu behandelnde Material richten. Beim Entwurf und Betrieb des Gerätes gemäss der Erfindung muss man auf eine für den Mikrowellen-Fachmann bekannte Weise für eine Anpassung der Lastverhältnisse sorgen.
Aus der obigen Beschreibung wird deutlich, dass ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung darin besteht, dass das zu behandelnde Material während der Behandlung in einer umschlossenen Zone gehalten wird.
Die Wände dieser Umschliessung können aus herkömmlichem, im wesentlichen gasundurchlässigem Verpakkungsmaterial, wie z. B. Glas, Methylmethacrylat, Polystyrol und Polyäthylen, beispielsweise in Gestalt von Flaschen, Gefässen, Flacons und Schläuchen, bestehen; diese Verpackungsmaterialien können auch aus Bögen oder Blättern, insbesondere aus thermoplastischen, heisssiegelfähigen Folien, wie z. B. Polyvinylidenchlorid, Polyäthylenterephthalat, Mischpolymerisaten aus Vinylidenchlorid und Vinylchlorid, Polyäthylen, sowie aus Zellglas, kunststoffbeschichtetem Papier und Karton und dergleichen bestehen. Ein Teil der Verpackung kann aus einem für Mikrowellenenergie undurchlässigen Material bestehen, wie z. B. einer Aluminiumfolie und Stahl (in Gestalt einer Blechdose), sofern diejenige Wand des Behälters, die der Mikrowellenenergiequelle gegenüberliegt, für diese durchlässig ist.
Zum Beispiel kann der Behälter für das zu behandelnde Material eine Aluminiumfolienschale sein, die als Deckel eine für Mikrowellen durchlässige Folie aufweist. Im Falle der Sterilisierung in Konservendosen kann der Behälter aus einer oben offenen Dose bestehen, die etwa mit Polymethylmethacrylat oder mit einer Glasplatte bedeckt ist, durch die die Mikrowellen hindurchtreten können. Die Umschliessung muss im wesentlichen gasdicht sein. In den Fig. 1, 2 und 4 sind die Packungen nur schematisch dargestellt; diese Packungen, Umschliessungen oder Behälter können irgendeine beliebige Form haben und beispielsweise Flaschen, Gefässe, Flacons, Dosen, Schalen, Beutel, Tüten, Schachteln und dergleichen sein.
Das verwendete Kühlgas kann irgendein im wesentlichen inertes (nichtbrennbares) Gas sein, das in dem hier angewendeten Temperaturbereich gasförmig ist; als Kühlgas sei insbesondere Stickstoff oder Kohlendioxyd erwähnt. Gase, wie z. B. Argon, Helium, Neon, Krypton, Xenon und dergleichen, sind ebensogut verwendbar, sie haben nur den Nachteil, dass sie zu teuer sind.
Die Temperatur des Kühlgases bei dessen Eintritt in die Behandlungszone oder Behandlungskammer darf nicht über etwa 15,60 C liegen; vorzugsweise liegt sie unter etwa 10 C. Obwohl die Temperatur des Gases bis hinab zu - 17,80 C gehen kann, bietet eine Temperatur unter etwa - 6,70 C keine Vorteile, und bei derarti- gen Temperaturen können Gefrierprobleme auftreten, wenn das zu behandelnde Material Wasser enthält und in der das kalte Gas enthaltenden Behandlungszone längere Zeit verbleibt, nachdem die Mikrowellenenergiequelle abgeschaltet wurde. Als besonders geeignet hat sich eine Temperatur für das eintretende Kühlgas zwischen etwa - 1,10 C und etwa + 7,20 C erwiesen.
Bei seinem Durchgang durch die Behandlungszone wird das Kühlgas insbesondere bei der Berührung mit den Wänden der das zu behandelnde Material enthaltenden Umschliessung erwärmt. Wenn das Gas zur Wiederverwendung im Kreislauf gehalten wird, muss es vor seiner neuerlichen Einleitung in die Behandlungszone auf die Solltemperatur abgekühlt werden.
Das Kühlgas wird in der Behandlungskammer, wie bereits erwähnt, unter Überdruck gehalten. Der angewendete Druck hängt von der Festigkeit der Wände der das zu behandelnde Material enthaltenden Umschlie ssung ab, da durch diesen Gasdruck vor allem ein Bruch der Wände infolge einer Erhöhung des Innengasdruckes verhütet werden soll. Da die Hauptaufgabe des Kühlgases darin besteht, die Wände der Umschliessung auf einer Temperatur zu halten, die wesentlich niedriger als die Temperatur des behandelten Materials ist, erreicht man durch die Einführung des Kühlgases unter Druck in die Behandlungskammer und an den Wänden der Umschliessung vorbei eine wirksamere Gesamtkühlung, ohne dass einige Teile der Wände ungenügend gekühlt werden.
Drücke bis hinab zu 0,035 kg/cm2 Überdruck wurden angewendet und Drücke bis hinauf zu 3,5 kg/cm2 Überdruck sind wünschenswert. Im allgemeinen haben sich Drücke von etwa 0,14 bis 2,8 kg/cm2 Überdruck als besonders geeignet erwiesen.
Die genaue Zeitdauer der Behandlung mit Mikrowellenenergie gemäss der vorliegenden Erfindung hängt von der Temperatur ab, die das zu behandelnde Material erreichen muss, ebenso wie von der Grösse und der Ausgangstemperatur der Masse des behandelten Materials und von der Temperatur des Kühlgases sowie von anderen veränderlichen Faktoren, die für die Wärmeleitung und für die Erhitzung des Materials von einer Temperatur auf eine andere Temperatur bestimmend sind. Es liegt daher auf der Hand, dass es nicht möglich ist, einen Bereich von Temperaturen und Zeitspannen anzugeben, der für alle Materialien und für alle Bauarten des Gerätes anwendbar ist. Bei einer Sterilisierungsbehandlung ist die Behandlungszeit jedenfalls mindestens so lang, dass das Material vollständig sterilisiert wird.
Mit anderen Worten, die Mindestbehandlungszeit ist jedenfalls so lang, dass zwecks Sterilisierung die pathogenen Bestandteile (Mikroorganismen, Bakterien, Pilze, Schwämme und dergleichen) vollkommen zerstört werden bzw. dass irgendwelche vorhandenen Enzyme, die ein Material zum Verderben bringen, das als solches verdirbt, unwirksam gemacht werden.
Diese Zeitdauer kann durch übliche, herkömmliche Zählversuche und Untersuchungen über die Unwirksamkeit der Enzyme, das heisst experimentell festgestellt werden. Im Falle von organischen Materialien natürlichen Ursprunges, die sich unter der Wirkung derartiger pathogener Bestandteile selbst zerstören, ist es vielleicht hinsichtlich der zahlreichen Varianten insbesondere bezüglich der Art der behandelten Materialien befriedigender, Proben des speziellen, behandelten Materials beschleunigten Brut- oder Inkubationsversuchen zu unterwerfen, um zu den für das besondere Material bevorzugten Behandlungsdaten zu kommen.
Aus der obigen Erörterung und den folgenden Beispielen ergibt sich, dass die vorliegende Erfindung zur Konservierung aller Arten von Materialien anwendbar ist, die durch mässig erhöhte Temperaturen nicht beeinträchtigt werden. Hierzu gehören verderbliche Lebensmittel, d. h. Lebensmittel, die unter der Wirkung von pathogenen Bestandteilen oder Enzymen verderben und die Feuchtigkeit enthalten. Die Lebensmittel können eine Konsistenz von dünnflüssig bis fest haben. Beispiele für derartige Lebensmittel sind Milch (Vollmilch, homogenisierte Vollmilch, Magermilch, konzentrierte Milch und dergleichen Milcherzeugnisse), Frucht- und Gemüsesäfte (einschliesslich eingedickten Säften), Bier, Wein und andere industriell hergestellte Getränke, wie beispielsweise alkoholfreie Getränke, Suppen, Getreide, wie z.
B. roher oder gerösteter Mais, und gerösteter Reis, Gemüse, Früchte, Bratfleisch, Suppen, Fleisch, einschliesslich Fisch und Geflügel, Eier, Backwerk, Brot, belegte Brote und dergleichen. Die behandelten Lebensmittel können roh, gekocht (einschliesslich gebacken) oder teilweise gekocht sein. Die Behandlung eignet sich auch für Materialien, die zwar organische Materialien natürlichen Ursprunges, wie die oben erwähnten Lebensmittel, sind, normalerweise aber nicht als essbar angesehen werden, beispielsweise Blut (Vollblut oder Blutplasma), Tabak und dergleichen, die durch die Wirkung von pathogenen Bestandteilen verderben können. Sowohl bei essbaren als auch bei nichtessbaren organischen Materialien natürlichen Ursprungs ist das grundsätzliche Ergebnis der vorbeschriebenen Behandlung die Konservierung in verpackter Form.
Zu den so behandelbaren Materialien gehören auch solche Materialien, bei denen zwar das Verderben durch die Wirkung pathogener Bestandteile kein Hauptproblem bildet, die jedoch als Träger für pathogene Bestandteile wirken und andere Materialien oder lebende Körper anstecken können und daher vorzugsweise sterilisiert werden. Aus dieser Gruppe von Materialien sind vor allem die in der ärztlichen Praxis verwendeten Gegenstände zu erwähnen, wie z. B. Instrumente, Textilien, wie etwa chirurgische Kleidungsstücke, Handtücher, Bettücher, Chirurgenhandschuhe und dergleichen.
Die folgenden Beispiele dienen nur zur Erläuterung und nicht etwa zur Abgrenzung des Rahmens der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise.
Bei den Beispielen wurde ein Gerät gemäss den Fig. 1 und 2 verwendet, das mit zwei herkömmlichen Magnetronen ausgerüstet war, welche an eine 220-Volt Wechselstromquelle angeschlossen waren. Beide Magnetrone lieferten Mikrowellenenergie in die Kammer mit etwa 2450 + 25 MHz mit einer Wellenlänge von etwa 12,2 cm. Gekühltes Stickstoffgas wurde mit der angegebenen Eintrittstemperatur und dem angegebenen Druck durch die Behandlungskammer geleitet; die Austrittstemperatur des Stickstoffgases ist desgleichen angegeben. Die in der Tabelle angegebenen verschiedenen Materialien wurden für die angegebene Zeitdauer der Mikrowellenenergie ausgesetzt.
Beispiele 1-23
Gasdruck Beispiel Behandeltes Material Gaseintritts- Gasaustritts- Zeit (kg/cm2) temperatur Behandeltes Material temperatur (o C) temperatur (o C) (Sek.) Uberdruck
1 Geleegefüllte Torteletts 4,4-7,2 23,9-26,7 20 0,21
2 Geleeschnitten 4,4-7,2 23,9-26,7 25 0,21
3 Ananasfruchtrollen 4,4-7,2 23,9-26,7 35 0,21
4 Karamelnussrollen 4,4-7,2 23,9-26,7 40 0,21
5 Fleischpastete 4,4-7,2 23,9-26,7 25 0,21
6 Zitronenpastete 4,4-7,2 23,9-26,7 40 0,21
7 Kirschpastete 4,4-7,2 23,9-26,7 40 0,21
8 Apfelstrudel 4,4-7,2 23,9-26,7 45 0,21
9 Kurze Gebäckröllchen 4,4-7,2 23,9-26,7 30 0,21
10 Pfannekuchen mit Puderzucker 4,4-7,2 23,9-26,7 35-40 0,21
11 Weissbrot -6,7--3,3 4,4-17,8 75-180 0,21
12 Rohvollmilch 4,4-7,2 23,9-26,7 45 0,21
13 Frischer
Orangensaft 4,4-7,2 23,9-26,7 25 0,49
14 Frischer Orangensaft 15,6 29,4 90 0,84
15 Gebratene Frikadellen in Teig,
Pickels und Zwiebeln 4,4-7,2 23,9-26,7 30 0,035
16 Frankfurter Würstchen in Teig 4,4-7,2 23,9-26,7 45 0,7
17 Scheibenschinken 4,4-7,2 23,9-26,7 35 1,26
18 Rohes Rindfleisch 4,4-7,2 23,9-26,7 60 0,42
19 Rohes Rindfleisch 4,4-7,2 23,9-26,7 120 0,8
20 Aufgetaute Gefrierausternsuppe 4,4-7,2 23,9-26,7 180 0,98
21 Rohe Eier -1,1 10,0-15,6 30 0,035
22 Unpasteurisiertes Flaschenbier 4,4-7,2 23,9-26,7 60 2,1
23 Unpasteurisiertes Flaschenbier 4,4-7,2 23,9-26,7 240 2,45
Das Backwerk gemäss den Beispielen 1-11 war in heissversiegelten Polyäthylenfolienbeuteln angeordnet.
Nach der Behandlung wurden die verpackten Materialien 72 Stunden lang bei 380 C bebrütet . Im Anschluss daran waren alle Erzeugnisse frei von Schimmel und hatten ihren ursprünglichen Geschmack und ihre ursprüngliche Struktur behalten. Die im Beispiel 10 erwähnten Pfannekuchen waren auf 1,670 C vorgekühlt worden, um zu verhindern, dass der Puderzucker sich im Fett auflöst.
Die Milch gemäss Beispiel 12 und der Orangensaft gemäss Beispiel 14 befanden sich während der Behandlung in mit einer Kappe verschlossenen 207-ml-Glasflaschen, und der Orangensaft gemäss Beispiel 13 war in heissversiegelten Polyäthylenterephthalat-Folienbeu- teln enthalten. Einige der behandelten Proben wurden anschliessend 72 Stunden lang bei 380 C bebrütet und andere Proben wurden drei Monate lang bei Raumtemperatur gelagert. Die Milch und der Orangensaft zeigten keine Anzeichen von Verderbnis. Die Milch roch und schmeckte wie pasteurisierte Frischmilch und hatte nicht den Geschmack einer gekochten Milch. Der Saft schmeckte wie frischer Orangensaft.
Die Nahrungsmittel gemäss den Beispielen 15 bis 20 waren in heissversiegelten Polyäthylenfolienbeuteln verpackt. Alle behandelten, verpackten Erzeugnisse wurden 72 Stunden lang bei 380 C bebrütet , ohne dass sich irgendeine Verderbnis zeigte, während unbehandelte, bebrütete Vergleichsproben Gase entwickelten und die Brotstücke stark verschimmelt waren.
Die Eier gemäss Beispiel 21 waren in heissversiegelten Polyäthylenbeuteln angeordnet. Einige der behandelten Eier wurden 72 Stunden lang bei 380 C bebrä- tet und andere wurden zwei Monate lang bei Raumtemperatur gelagert, wobei keine dieser Proben irgendwelche Verderbnis zeigte.
Das Bier gemäss Beispiel 22 war in mit einer Kappe verschlossenen 355-ml-Glasflaschen und das Bier gemäss Beispiel 23 in mit einer Kappe verschlossenen 355-ml-Einwegflaschen angeordnet. Nach einer Inkubations- oder Brutzeit von 72 Stunden bei 380 C wurden Proben von beiden Beispielen geöffnet und auf ihre Sterilität untersucht, indem sie durch ein Bakterienfilter gelassen wurden und Kulturen aus den Niederschlägen auf dem Filter präpariert wurden. Es zeigte sich, dass das Bier vollkommen steril war und wie das ursprüngliche, frische, unbehandelte Bier schmeckte.
Die obigen Beispiele betreffen die Sterilisation essbarer Materialien zum Zwecke der Konservierung. Es gibt natürlich auch andere organische Materialien natürlichen Ursprungs, die zwar nicht zum Verzehr bestimmt sind, aber dennoch als Nährboden und Nährstoff für das Wachstum von Mikroorganismen dienen und daher zur Konservierung sterilisiert werden sollen. Die folgenden Beispiele zeigen die Behandlung derartiger Materialien.
Beispiele 24-30
Gasdruck Beispiel Behandeltes Material Gaseintritts- Gasaustritts- Zeit (kg/cm2) temperatur (0 C) temperatur (o C) (Sek.) Überdruck
24 menschliches Vollblut -3,9 7,2 10 0,7
25 menschliches Blutplasma -3,9 7,2 10 0,7
26 Zigarrendeckblätter 4,4-7,2 23,9-26,7 45 1,12
27 Zigarrenumblatt 4,4-7,2 23,9-26,7 30 0,7
28 Ganze Zigarren (Kasten) 4,4-7,2 23,9-26,7 30 0,7
29 Ganze Zigarren (einzeln) 4,4-7,2 23,9-26,7 60 0,7
30 Loser Rohtabak, Grus und Abfall 4,4-7,2 23,9-26,7 60 0,7
Das Vollblut und das Blutplasma gemäss den Beispielen 24 und 25 befand sich in zugestöpselten 0,47-1 Glasflaschen. Es zeigte sich, dass alle Proben nach 28 Tagen bei Raumtemperatur vollkommen steril waren und das Vollblut keine Anzeichen von Hämolyse zeigte.
Der Tabak gemäss den Beispielen 26, 27 und 30 und die einzelnen Zigarren gemäss Beispiel 29 waren in heissversiegelten Polyäthylenfolienbeuteln verpackt. Die Zigarren in der Kiste gemäss Beispiel 28 waren einzeln in Zellglas verpackt, und die Kiste war auch in Zellglas verpackt. Keine der Tabakproben, einschliesslich der Zigarren, zeigte nach einer Brutzeit von 72 Stunden bei 380 C Anzeichen von Schimmel, während unbehandelte Vergleichsproben, die ebenso bebrütet worden waren, stark verschimmelt waren.
Die Erfindung ist auch zur Sterilisation von Materialien anwendbar, bei denen die Zerstörung der Materialien selbst durch das Wachstum von Mikroorganismen zwar kein besonderes Problem darstellt, die aber als Träger für unerwünschte Organismen in Frage kommen und zu einer Verunreinigung anderer Materialien oder zu einer Infektion lebender Körper führen können. Von besonderer Bedeutung sind in diesem Zusammenhang die Instrumente, Kleider, Handtücher, Operationstisch- und Bettücher und dergleichen Gegenstände, die in der Praxis des Arztes verwendet werden. Die folgenden Beispiele zeigen die Behandlung derartiger Materialien gemäss der vorliegenden Erfindung.
Beispiele 31-39
Gasdruck Beispiel Behandeltes Material Gaseintritts- Gasaustritts- Zeit (kg/cm2) temperatur (o C) temperatur (o C) (Sek.) Überdruck
31 Chirurg. Gummihandschuhe 4,4-7,2 23,9-26,7 30 0,63
32 Untersuchungs-Gummihandschuhe 4,4-7,2 23,9-26,7 30 0,63
33 Wegwerf-Untersuchungs
Gummihandschuhe 4,4-7,2 23,9-26,7 30 0,63
34 Subkutan-Nadeln und
Injektionsspritzen 4,4-7,2 23,9-26,7 120 0,63
35 Chirurgen-Baumwollmantel 4,4-7,2 23,9-26,7 90 0,63
36 Chirurgen-Baumwollkittel 4,4-7,2 23,9-26,7 90 0,63
37 Chirurgen-Baumwollmasken 4,4-7,2 23,9-26,7 90 0,63
38 Chirurgen-Baumwollmützen 4,4-7,2 23,9-26,7 90 0,63
39 Chirurgen-Baumwollhandtücher 4,4-7,2 23,9-26,7 90 0,63
Die Materialien gemäss den Beispielen 31 bis 39 waren in heissversiegelten Polyäthylenfolienpackungen angeordnet.
Nach der Behandlung wurden die Proben 72 Stunden lang bei 380 C bebrütet , und es zeigte sich, dass sie danach vollkommen steril waren.
Zur weiteren Erläuterung der Wirkung der Behandlung gemäss der Erfindung wurden Kulturen verschiedener Mikroorganismen unmittelbar folgendermassen behandelt:
Beispiele 4043
Gasdruck Beispiel Mikroorganismen Gaseintritts- Gasaustritts- Zeit (kg/cm2) temperatur Mikroorganismen temperatur (0 C) temperatur (o C) (Sek.) Überdruck
40 Staphylokokken 4,4-7,2 23,9-26,7 30 0,63
41 Pseudomonas (Kult.) 4,4-7,2 23,9-26,7 60 0,63
42 B. subtilis (Kult.) 4,4-7,2 23,9-26,7 30 0,63
43 B. subtilis Sporen 4,4-7,2 23,9-26,7 40 0,63
Die Mikroorganismen gemäss den Beispielen 40 bis 43 waren in Polystyrol Agar-Platten angeordnet. Nach der Behandlung wurden aus jeder Probe neue Kulturen in Agar angelegt und diese 72 Stunden lang bei 380 C bebrütet , wobei sich kein Wachstum zeigte.
Die behandelten Proben selbst wurden desgleichen 72 Stunden lang bei 380 C bebrütet ohne ein Zeichen von Wachstum.
Kohlendioxyd als Kühlgas ist dem Stickstoff gleichwertig. Um die Zahl der Beispiele nicht unnötig gross zu machen, sollen nur die folgenden Beispiele die Verwendung von Kohlendioxyd bei einigen typischen, zu sterilisierenden Materialien erläutern. Bei diesen Beispielen bestand die Quelle des kalten Kohlendioxydgases aus einem Zylinder mit flüssigem Kohlendioxyd.
Beispiele 4498
Gasdruck Beispiel Behandeltes Material Gaseintritts- Gasaustritts- Zeit (kg/cm2) temperatur (o C) temperatur (0 C) (Sek.) Überdruck
44 Französ. Rösttoast -1,1 10,0 60 0,49
45 Französ. Rösttoast -3,9 1,67 120 1,96
46 Kuchen aus geröstetem Hack- -3,9 1,67 90 1,82 rindfleisch
47 Kuchen aus geröstetem Hack- -3,9 1,67 150 2,1 rindfleisch
48 Unpasteurisiertes, ungefiltertes -3,9 1,67 30 1,4
Flaschenbier
Der französische Rösttoast und die Kuchen aus geröstetem Hackrindfleisch gemäss den Beispielen 44 bis 47 waren in Polyäthylenfolienbeuteln eingesiegelt. Die behandelten Erzeugnisse wurden 72 Stunden lang bei 380 C bebrütet , und es zeigte sich, dass sie danach vollkommen steril waren.
Das behandelte Bier gemäss Beispiel 48 wurde auf seine Sterilität untersucht, indem es durch einen Bakterienfilter filtriert und der Niederschlag auf dem Filter untersucht wurde. Es zeigte sich, dass dieser vollkommen steril war.