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.
Method and apparatus for preserving a material
The present invention relates to a method and an apparatus for preserving materials without the disadvantages of the known preservation methods and preservation devices occurring. The preservation process can be a sterilization treatment that reduces the number of pathogenic organisms to zero, or a treatment to deactivate all the spoilage-causing enzymes.
For many years the preservation of organic materials of natural origin, e.g. B. of food (including beverages), blood (including blood plasma), tobacco and the like, the subject of numerous researches and investigations. The two most important measures that have been proposed in this context are the use of chemicals or the use of heat or the combined use of both chemicals and heat. The use of chemicals for preservation not only prevents the taste or smell or other properties of the materials from changing in an undesirable way, but also that the use of chemicals in certain materials, such as e.g. B.
Milk, is forbidden. The use of heat for sterilization (as opposed to pasteurization) has had a negative impact on many materials, such as B. milk, gained no economic importance, mainly because the temperatures required to produce a sterile product also cause harmful changes in the sterilized material, so that it acquires an unpleasant taste and other undesirable changes. As is well known, for example, simply heating milk to a sterilization temperature - such as. B. Processes in which high temperatures are applied for a short time, for example by steam injection at temperatures of 1380 C and more - changes in taste.
As a result of the steam injection, the product is diluted, so that water has to be removed from it beforehand to compensate for this, which requires an additional processing step, which itself can have adverse effects on the product. Sterilizing whole blood by the application of heat alone causes hemolysis of the blood.
It has been proposed to use microwave energy to sterilize certain materials. However, this proposal has gained no economic importance, essentially because of the deleterious changes that take place in the material exposed to microwave energy.
The method according to the invention for preserving a material is characterized in that the material to be preserved is exposed to microwave energy in an enclosure, of which at least one wall is permeable to microwave energy, inside a treatment zone via a moving cooling gas atmosphere under excess pressure Moving cooling gas atmosphere touches the walls of the enclosure directly, but does not come into direct contact with the treated material, and the temperature of the cooling gas atmosphere when it enters the treatment zone is below about 15.60 C, and that the passage of microwave energy into the Material located in the enclosure ended after a predetermined time.
In a preferred embodiment of the method it is provided that the enclosure containing the material to be preserved is a tight packaging of the material, at least one wall of this packaging being permeable to microwave energy. In another embodiment of the method according to the invention, the enclosure consists of a tubular flow path with walls permeable to microwave energy, through which a flowable, perishable material is driven for treatment, whereupon the material is filled under aseptic conditions into sterile containers which are then tightly sealed will.
The device for carrying out the method according to the invention has a chamber, also devices for generating and introducing the microwave energy into this chamber, also devices for holding the material to be preserved in the chamber in a position in which it absorbs the microwave energy, and devices for cooling a gas, further means for introducing the cooled gas under excess pressure into the chamber and means for discharging the gas from the chamber.
In a special, preferred embodiment of the device according to the invention, it has devices for introducing and removing the material to be preserved, which in this case is a flowable material, as well as the devices for holding the material in the chamber, the former consisting of a Tube whose walls are permeable to microwave energy exist. In a further, preferred embodiment of the invention, which is particularly suitable for the continuous treatment of numerous sealed packs with material, this chamber has a relatively great length so that it can accommodate numerous packs at the same time and is the device for holding the packaged material a moving surface, such as a conveyor belt, to move the packages into and through the chamber and out of the chamber.
For a better understanding of the present invention, some exemplary embodiments thereof will now be explained with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 shows a side view - partly in section - of an embodiment of a device which can be used for treating tight packs containing material to be preserved.
FIG. 2 shows a section along the line 2-2 in FIG. 1.
Fig. 3 shows a side view - partially in section - of a device which can be used for treating flowable material.
Fig. 4 is a side elevational view, partially in section, of an apparatus suitable for continuously handling numerous packages containing material to be treated.
With microwave energy is meant the electromagnetic wave energy, the wavelength of which falls in the microwave range of the electromagnetic spectrum, i.e. between about 400 and about 20,000 megahertz (MHz) with a wavelength of about 33.02 cm for the lower frequencies and about 1.778 cm for the highest Frequencies. Microwave energy having a wavelength of about 10.16 to 12.7 cm and a frequency in the range of 2400 to 2500 MHz is currently preferred for use.
The microwave energy is generated by suitable high frequency sources such as a magnetron. As such, the generation and use of microwave energy is known since microwave energy has been used to cook food for many years.
In the device according to FIG. 1, the treatment chamber or treatment zone 1 is constructed in such a way that it is able to withstand the gas pressure applied. Conventional magnetrons 2 and 3 with antennas 4 and 5 direct microwave energy into the chamber 1 and consequently into the pack (container) 6 in which the material to be preserved is contained. The upper part of the chamber 1 containing a platform 17 and the magnetrons 2 and 3 can be detachable from the lower part so that the material to be preserved can be inserted and removed. The chamber 1 can also be provided with a door, not shown.
The package 6, of which at least the wall 120 is permeable to microwave energy, is held in any suitable manner such that it absorbs the microwave energy from the magnetrons 2 and 3 and is surrounded by the cooling gas atmosphere, which will be explained further below; For example, a stand 7 with a platform 8, which is preferably made of a rigid plastic such as polymethyl methacrylate, is used for holding.
The cooling chamber or cooling zone 9 is provided with cooling coils 10 and a fan 11. The cooling gas is initially introduced into the device through a line 12 provided with a valve and, during the treatment and operation of the device, is conducted from the chamber 1 through a line 13 to the chamber 9, whereupon it is driven past the cooling coils 10 by the fan 11 which are connected to a conventional refrigeration unit, shown schematically at 18. The cooled gas is forced back into the chamber 1 via a line 14. The gas flow in the system is shown by arrows, and it can be seen that the arrangement of the cooling gas inlet 15, the packing 6 with material to be treated and the cooling gas outlet 16 means that the gas must flow around the packing 6 and past it.
The magnetrons 2 and 3 are preferably mounted on a platform 17 which is constructed in such a way that the cooling gas can flow around the magnetrons 2 and 3. In any case, the gas is heated as it passes through the chamber 1 and past the packing 6 and must be cooled again to the desired temperature in order to be able to be used again in the circuit. To determine the gas pressure in the chamber 1, a gas pressure measuring device 19 can be provided.
It is obvious that other and equivalent devices can also be used to cool the cooling gas. For example, instead of using a cooling system with a separate coolant as shown in FIG. 1, the cooling gas can be cooled by compression and expansion, and the cooling gas itself can be used as the coolant.
In the device according to FIGS. 1 and 2, the package 6 with the material to be treated is brought into the chamber 1 and the cooling gas is circulated as shown by the arrows in FIG. The magnetrons 2 and 3 are then switched on for the required treatment time. Then the magnetrons 2 and 3 are turned off like that. At this point in time, the cooling gas circulation can also be ended, for example by switching off the fan 11; the cooling gas circulation can also be continued for a while if you want to cool the pack before it is removed from chamber 1.
Fig. 3 shows the treatment of a flowable material in a device that is specially designed for this. In this case, the treatment chamber or treatment zone 31 is elongated and provided with numerous magnetrons 32, the number of these magnetrons depending on the length of the enclosed path, such as the tube 33, and the speed at which the material 34 to be treated through them Enclosure flows. The tube 33 can be made of a material permeable to microwave energy, such as glass, borosilicate glass, or quartz.
The magnetrons 32 and the antennas 35 assigned to them can be mounted, for example, on a perforated plate or a grid 36 made of aluminum, so that they direct microwave energy through the wall 37 of the tube 33 and into the material 34. The cooling gas, the flow of which is shown by arrows, is driven into the chamber 31 by a pump 39 through a line 38 provided with a valve. The cooling gas withdrawn from the chamber 31 is led back through a line 40 into a cooling chamber, shown schematically at 41, and is cooled here for re-introduction into the treatment chamber 31. The chamber 31 can be equipped with a drain, for example a line 42 provided with a valve, in order to discharge condensation water which can form in the chamber.
During operation, in the embodiment according to FIG. 3, the cooling gas flow is maintained and the magnetrons 32 are left switched on without interruption as long as material 34 is conveyed through the pipe 33. The flow rate of the material 34 can be adjusted in coordination with the amount of microwave energy generated, the type, temperature and pressure of the cooling gas so that the residence time of the material 34 in the chamber 1 is sufficient to treat each particle of the material 34 to reach when passing through the treatment zone. A pump can be used to convey a flowable material 34 into and through the pipe 33 or, if the material 34 has a higher proportion of solids, a screw. The material exiting chamber 31 can be aseptically filled into sterile containers and sealed.
In Fig. 3 only a single tube is shown; of course, however, several tubes can also be present in the chamber 31. Likewise, Figures 1 and 3 show devices with only a single chamber; It goes without saying, however, that the devices can also have several chambers. For example, one can arrange several units on a rotating table, on which one of the units is filled with material to be treated at one point, after which the treatment takes place while this unit with the table revolves once in order to achieve the in the last station Rotation of the table to remove the material from the treatment unit concerned.
4 shows the continuous treatment of numerous packages. In this embodiment, the treatment chamber or treatment zone 50 has an elongated shape so that numerous packs 51 with material to be treated can pass through the chamber in a row one behind the other. Numerous magnetrons 52 with antennas 53 are provided to generate the required microwave energy.
The magnetrons 52 are mounted, for example on a perforated plate or a grid 54, in such a way that the microwave energy is directed towards and into the packs 51. As in FIG. 1, at least that wall of the pack which is opposite the microwave energy source is permeable to microwave energy; this is the wall 55 in FIG. 4. In this embodiment, the packages 51 lie on a moving surface which is shown as an endless belt 56 on which the packages are moved into and through the chamber 50 and out of the chamber 50. An escape of gas from the chamber 50 can be prevented by conventional sealing devices, for example by water seals 57 and 58.
The cooling gas is driven into the chamber 50 through a main line 61, for example with a fan 62, and cooling gas can also be introduced through smaller lines 63 which are connected to a line 64 provided with a valve. The cooling gas can be supplied from a cooling gas source through a line 65 provided with a valve. After passing through the chamber 50, the cooling gas - supported by a blower 66 - is discharged through lines 67 and 68 and passes through a cooling device shown schematically at 69 before it returns to the chamber 50.
The mode of operation of the device according to FIG. 4 corresponds essentially to that of the device according to FIG. 3; Here, too, the cooling gas flow is maintained and the magnetrons are left switched on for as long as packs of material to be treated move through the treatment chamber. The number and size of the magnetrons, the type, temperature and pressure of the cooling gas and the speed of movement of the packs through the chamber are coordinated with one another in such a way that the contents of each individual pack are treated in the desired manner.
In the drawings, the magnetrons are arranged inside the treatment chamber; However, these can also be arranged outside the treatment chamber, provided that only the antennas of the magnetrons are located in the treatment chamber and direct the microwave energy into the material to be treated. When designing and operating the device according to the invention, it is necessary to adapt the load conditions in a manner known to the microwave expert.
From the above description it is clear that an essential feature of the present invention is that the material to be treated is kept in an enclosed zone during the treatment.
The walls of this enclosure can be made of conventional, substantially gas-impermeable packaging material, such as. B. glass, methyl methacrylate, polystyrene and polyethylene, for example in the form of bottles, vessels, flacons and hoses exist; These packaging materials can also consist of sheets or sheets, in particular of thermoplastic, heat-sealable films, such as. B. polyvinylidene chloride, polyethylene terephthalate, copolymers of vinylidene chloride and vinyl chloride, polyethylene, and cellulose, plastic-coated paper and cardboard and the like. A portion of the packaging may be made of a material which is impermeable to microwave energy, such as e.g. B. aluminum foil and steel (in the form of a tin can), provided that that wall of the container that is opposite the microwave energy source is permeable to this.
For example, the container for the material to be treated can be an aluminum foil dish which has a foil that is permeable to microwaves as a lid. In the case of sterilization in cans, the container can consist of an open-topped can which is covered, for example, with polymethyl methacrylate or with a glass plate through which the microwaves can pass. The enclosure must be essentially gas-tight. 1, 2 and 4, the packs are only shown schematically; these packs, enclosures or containers can have any desired shape and be, for example, bottles, vessels, flacons, cans, bowls, bags, bags, boxes and the like.
The cooling gas used can be any substantially inert (incombustible) gas which is gaseous in the temperature range used here; nitrogen or carbon dioxide may be mentioned in particular as cooling gas. Gases such as B. argon, helium, neon, krypton, xenon and the like can be used just as well, they only have the disadvantage that they are too expensive.
The temperature of the cooling gas when it enters the treatment zone or treatment chamber must not be above about 15.60 C .; preferably it is below about 10 C. Although the temperature of the gas can go as low as -17.80 C, a temperature below about -6.70 C offers no advantages, and at such temperatures freezing problems can arise if that is too treatment material contains water and remains in the treatment zone containing the cold gas for a long time after the microwave energy source has been switched off. A temperature for the incoming cooling gas between approximately -1.10 C and approximately + 7.20 C has proven to be particularly suitable.
As it passes through the treatment zone, the cooling gas is heated, in particular when it comes into contact with the walls of the enclosure containing the material to be treated. If the gas is kept in circulation for reuse, it must be cooled to the set temperature before it can be re-introduced into the treatment zone.
As already mentioned, the cooling gas is kept under excess pressure in the treatment chamber. The pressure applied depends on the strength of the walls of the enclosure containing the material to be treated, since this gas pressure is primarily intended to prevent breakage of the walls as a result of an increase in the internal gas pressure. Since the main task of the cooling gas is to keep the walls of the enclosure at a temperature which is significantly lower than the temperature of the material being treated, a more effective effect is achieved by introducing the cooling gas under pressure into the treatment chamber and past the walls of the enclosure Total cooling without some parts of the walls being insufficiently cooled.
Pressures down to 0.035 kg / cm2 gauge have been used and pressures up to 3.5 kg / cm2 gauge are desirable. In general, pressures of about 0.14 to 2.8 kg / cm2 overpressure have proven particularly suitable.
The exact duration of the treatment with microwave energy according to the present invention depends on the temperature which the material to be treated must reach, as well as on the size and the starting temperature of the mass of the treated material and on the temperature of the cooling gas as well as on other variable factors, which are decisive for the heat conduction and for the heating of the material from one temperature to another temperature. It is therefore obvious that it is not possible to specify a range of temperatures and periods of time that is applicable to all materials and to all types of equipment. In the case of a sterilization treatment, the treatment time is at least long enough that the material is completely sterilized.
In other words, the minimum treatment time is in any case so long that the pathogenic components (microorganisms, bacteria, fungi, sponges and the like) are completely destroyed for the purpose of sterilization or that any enzymes present that cause a material to spoil, which spoils as such, be made ineffective.
This period of time can be determined by customary, conventional counting experiments and investigations into the ineffectiveness of the enzymes, that is to say experimentally. In the case of organic materials of natural origin which self-destruct under the action of such pathogenic constituents, it is perhaps more satisfactory, in view of the numerous variants, in particular with regard to the type of materials treated, to subject samples of the particular material treated to accelerated incubation tests in order to to get to the treatment dates preferred for the particular material.
From the above discussion and the following examples, it can be seen that the present invention is applicable to the preservation of all types of materials that are not affected by moderately elevated temperatures. This includes perishable foods, i. H. Food that spoils under the action of pathogenic components or enzymes and contains moisture. The food can have a consistency from thin to solid. Examples of such foods are milk (whole milk, homogenized whole milk, skimmed milk, concentrated milk and the like dairy products), fruit and vegetable juices (including concentrated juices), beer, wine and other industrially produced beverages such as non-alcoholic beverages, soups, cereals, such as z.
B. raw or roasted corn, and roasted rice, vegetables, fruits, roast meat, soups, meat, including fish and poultry, eggs, baked goods, bread, sandwiches and the like. The treated foods can be raw, cooked (including baked) or partially cooked. The treatment is also suitable for materials that are organic materials of natural origin, such as the above-mentioned foods, but are normally not regarded as edible, for example blood (whole blood or blood plasma), tobacco and the like, which are caused by the action of pathogenic components can spoil. In the case of both edible and inedible organic materials of natural origin, the basic result of the treatment described above is preservation in packaged form.
The materials that can be treated in this way also include those materials in which the spoilage caused by the action of pathogenic components is not a major problem, but which act as carriers for pathogenic components and can infect other materials or living bodies and are therefore preferably sterilized. From this group of materials, the items used in medical practice should be mentioned in particular, such as B. instruments, textiles such as surgical clothing, towels, sheets, surgical gloves and the like.
The following examples are provided for illustration only and are not intended to limit the scope of the present invention in any way.
In the examples, a device according to FIGS. 1 and 2 was used, which was equipped with two conventional magnetrons which were connected to a 220-volt alternating current source. Both magnetrons delivered microwave energy into the chamber at about 2450 + 25 MHz with a wavelength of about 12.2 cm. Cooled nitrogen gas was passed through the treatment chamber at the specified inlet temperature and pressure; the outlet temperature of the nitrogen gas is also given. The various materials indicated in the table were exposed to microwave energy for the indicated period of time.
Examples 1-23
Gas pressure Example Treated material Gas inlet Gas outlet time (kg / cm2) temperature Treated material temperature (o C) temperature (o C) (sec.) Overpressure
1 Tartlets filled with jelly 4.4-7.2 23.9-26.7 20 0.21
2 jelly slices 4.4-7.2 23.9-26.7 25 0.21
3 pineapple fruit rolls 4.4-7.2 23.9-26.7 35 0.21
4 caramel nut rolls 4.4-7.2 23.9-26.7 40 0.21
5 meat pie 4.4-7.2 23.9-26.7 25 0.21
6 lemon pie 4.4-7.2 23.9-26.7 40 0.21
7 cherry pie 4.4-7.2 23.9-26.7 40 0.21
8 apple strudel 4.4-7.2 23.9-26.7 45 0.21
9 Short rolls 4.4-7.2 23.9-26.7 30 0.21
10 pancakes with powdered sugar 4.4-7.2 23.9-26.7 35-40 0.21
11 White bread -6.7--3.3 4.4-17.8 75-180 0.21
12 Raw whole milk 4.4-7.2 23.9-26.7 45 0.21
13 Fresher
Orange juice 4.4-7.2 23.9-26.7 25 0.49
14 Fresh orange juice 15.6 29.4 90 0.84
15 fried meatballs in batter,
Pickles and onions 4.4-7.2 23.9-26.7 30 0.035
16 Frankfurter sausages in batter 4.4-7.2 23.9-26.7 45 0.7
17 Sliced ham 4.4-7.2 23.9-26.7 35 1.26
18 Raw beef 4.4-7.2 23.9-26.7 60 0.42
19 Raw beef 4.4-7.2 23.9-26.7 120 0.8
20 Thawed frozen oyster soup 4.4-7.2 23.9-26.7 180 0.98
21 raw eggs -1.1 10.0-15.6 30 0.035
22 Unpasteurized bottled beer 4.4-7.2 23.9-26.7 60 2.1
23 Unpasteurized bottled beer 4.4-7.2 23.9-26.7 240 2.45
The baked goods according to Examples 1-11 were arranged in heat-sealed polyethylene foil bags.
After the treatment, the packaged materials were incubated at 380 ° C. for 72 hours. Subsequently, all products were free from mold and had retained their original taste and structure. The pancakes mentioned in Example 10 had been pre-cooled to 1.670 ° C. in order to prevent the powdered sugar from dissolving in the fat.
During the treatment, the milk according to Example 12 and the orange juice according to Example 14 were in 207 ml glass bottles closed with a cap, and the orange juice according to Example 13 was contained in heat-sealed polyethylene terephthalate foil bags. Some of the treated samples were then incubated for 72 hours at 380 C and other samples were stored for three months at room temperature. The milk and orange juice showed no signs of spoilage. The milk smelled and tasted like pasteurized fresh milk and didn't have the taste of boiled milk. The juice tasted like fresh orange juice.
The foods according to Examples 15 to 20 were packed in heat-sealed polyethylene film bags. All treated, packaged products were incubated at 380 ° C. for 72 hours without showing any deterioration, while untreated, incubated reference samples evolved gases and the pieces of bread were badly moldy.
The eggs according to Example 21 were arranged in heat-sealed polyethylene bags. Some of the treated eggs were roasted at 380 C for 72 hours and others were stored at room temperature for two months, none of these samples showing any deterioration.
The beer according to Example 22 was arranged in 355 ml glass bottles closed with a cap and the beer according to Example 23 in 355 ml disposable bottles closed with a cap. After an incubation or incubation time of 72 hours at 380 ° C., samples from both examples were opened and examined for sterility by passing them through a bacterial filter and preparing cultures from the precipitates on the filter. It turned out that the beer was completely sterile and tasted like the original, fresh, untreated beer.
The above examples relate to the sterilization of edible materials for preservation purposes. There are of course other organic materials of natural origin that are not intended for consumption, but still serve as a breeding ground and nutrient for the growth of microorganisms and should therefore be sterilized for preservation. The following examples show the treatment of such materials.
Examples 24-30
Gas pressure Example Treated material Gas inlet Gas outlet time (kg / cm2) temperature (0 C) temperature (o C) (sec.) Overpressure
24 human whole blood -3.9 7.2 10 0.7
25 human blood plasma -3.9 7.2 10 0.7
26 cigar wrappers 4.4-7.2 23.9-26.7 45 1.12
27 Cigar wrappers 4.4-7.2 23.9-26.7 30 0.7
28 Whole cigars (box) 4.4-7.2 23.9-26.7 30 0.7
29 Whole cigars (single) 4.4-7.2 23.9-26.7 60 0.7
30 Loose raw tobacco, grit and waste 4.4-7.2 23.9-26.7 60 0.7
The whole blood and blood plasma according to Examples 24 and 25 were in stoppered 0.47-1 glass bottles. It was found that all samples were completely sterile after 28 days at room temperature and the whole blood showed no signs of hemolysis.
The tobacco according to Examples 26, 27 and 30 and the individual cigars according to Example 29 were packaged in heat-sealed polyethylene foil bags. The cigars in the box according to Example 28 were individually packed in cell glass, and the box was also packed in cell glass. None of the tobacco samples, including the cigars, showed signs of mold after an incubation time of 72 hours at 380 ° C., while untreated comparison samples that had also been incubated were severely moldy.
The invention can also be used for the sterilization of materials in which the destruction of the materials themselves by the growth of microorganisms is not a particular problem, but which can be used as carriers for undesired organisms and to contaminate other materials or to infect living bodies being able to lead. Of particular importance in this context are the instruments, clothes, towels, operating table and bed sheets and similar items that are used in the doctor's office. The following examples show the treatment of such materials in accordance with the present invention.
Examples 31-39
Gas pressure Example Treated material Gas inlet Gas outlet time (kg / cm2) temperature (o C) temperature (o C) (sec.) Overpressure
31 surgeon. Rubber gloves 4.4-7.2 23.9-26.7 30 0.63
32 Examination rubber gloves 4.4-7.2 23.9-26.7 30 0.63
33 Disposable Examination
Rubber gloves 4.4-7.2 23.9-26.7 30 0.63
34 subcutaneous needles and
Hypodermic syringes 4.4-7.2 23.9-26.7 120 0.63
35 Surgeon's Cotton Coat 4.4-7.2 23.9-26.7 90 0.63
36 Surgeon's cotton gowns 4.4-7.2 23.9-26.7 90 0.63
37 surgeon's cotton masks 4.4-7.2 23.9-26.7 90 0.63
38 Surgeon's cotton hats 4.4-7.2 23.9-26.7 90 0.63
39 Surgeon's cotton towels 4.4-7.2 23.9-26.7 90 0.63
The materials according to Examples 31 to 39 were arranged in heat-sealed polyethylene film packs.
After the treatment, the samples were incubated at 380 ° C. for 72 hours and were found to be completely sterile afterwards.
To further explain the effect of the treatment according to the invention, cultures of various microorganisms were treated immediately as follows:
Examples 4043
Gas pressure Example microorganisms Gas inlet Gas outlet time (kg / cm2) temperature Microorganisms temperature (0 C) temperature (o C) (sec.) Overpressure
40 staphylococci 4.4-7.2 23.9-26.7 30 0.63
41 Pseudomonas (cult.) 4.4-7.2 23.9-26.7 60 0.63
42 B. subtilis (cult.) 4.4-7.2 23.9-26.7 30 0.63
43 B. subtilis spores 4.4-7.2 23.9-26.7 40 0.63
The microorganisms according to Examples 40 to 43 were arranged in polystyrene agar plates. After the treatment, new cultures were set up in agar from each sample and these were incubated at 380 ° C. for 72 hours, with no growth being shown.
The treated samples themselves were also incubated at 380 ° C for 72 hours with no sign of growth.
Carbon dioxide as a cooling gas is equivalent to nitrogen. In order not to make the number of examples unnecessarily large, only the following examples are intended to illustrate the use of carbon dioxide in some typical materials to be sterilized. In these examples the source of cold carbon dioxide gas was a cylinder of liquid carbon dioxide.
Examples 4498
Gas pressure Example Treated material Gas inlet Gas outlet time (kg / cm2) temperature (o C) temperature (0 C) (sec.) Overpressure
44 French Toasted toast -1.1 10.0 60 0.49
45 French Toasted toast -3.9 1.67 120 1.96
46 Cakes made from roasted ground beef -3.9 1.67 90 1.82
47 Roasted minced meat cake -3.9 1.67 150 2.1 beef
48 Unpasteurized, unfiltered -3.9 1.67 30 1.4
Bottled beer
The French toasted toast and the cakes made from roasted minced beef according to Examples 44 to 47 were sealed in polyethylene film bags. The treated products were incubated at 380 ° C. for 72 hours and were found to be completely sterile thereafter.
The treated beer according to Example 48 was examined for its sterility by filtering it through a bacterial filter and examining the precipitate on the filter. It turned out that it was completely sterile.