Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die bisherigen Verfahren zur Keimzahlreduktion sind entweder rein physikalisch (Anwendung hoher Temperatur = Sterilisation, UV- oder Gamma-Strahlung, etc.) oder rein chemisch (Chloroform, Äthylenoxyd, Alkohol). Einige von ihnen sind aus gesundheitlichen oder anderen Gründen verboten oder zumindest nicht gerne gesehen und werden daher kaum mehr angewendet.
Es wurden auch schon kombinierte Massnahmen vorgeschlagen, um eine Keimzahlreduzierung zu erreichen. Darunter fallen hauptsächlich Behandlungen mit überspanntem Wasserdampf, Kohlensäure, etc. Diese Behandlungen haben andere Nachteile, da sie apparativ sehr aufwendig (hohe Drücke) und auch in der Keimzahlreduktion nicht sehr wirksam sind.
Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Entwesung und Keimzahlreduktion zu schaffen, dass die genannten Nachteile nicht aufweist. Dies gelingt in überraschender Weise durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 beschriebenen Massnahmen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Kennzeichen der abhängigen Ansprüche beschrieben.
Vorversuche haben gezeigt, dass die entkeimende Wirkung des erfindungsgemässen Verfahrens offensichtlich nicht in der Wirkung überspannten Wasserdampfes, also höherer Temperatur, wie bei Sterilisierungen liegt, sondern dass die entsprechenden Keime zunächst das Wasser oder die keimtötende Flüssigkeit aufnehmen und dann ausserdem durch die möglichst schlagartig nachfolgende Evakuierung geschädigt oder getötet werden.
Durch diese Massnahmen ist es nicht nötig, das zu behandelnde Material zu erwärmen, ja nicht einmal ein Rühren des Materi als ist nötig, obwohl ein langsames Rühren den Effekt verbessert.
Das Prinzip des Verfahrens beruht auf folgendem: Ein Raum, in dem sich das Material befindet, wird relativ hoch, z.B. auf 5-10 mbar, evakuiert. Nachdem das Ventil zur Vakuumpumpe geschlossen wurde, lässt man Heissluft mit etwa 120-180 DEG C einströmen. In dieser Heissluft wird vor dem Erhitzen Lösungsmittel- oder Wasserdampf eingebracht, sodass die Heissluft zwar nicht gesättigt ist, aber doch so viel Lösungsmittel oder Wasser enthält, dass bei einer Temperatur von 30-70 DEG C die Kondensation erfolgt, da bei Absinken der Lufttemperatur das Lösungsvermögen der Luft für Wasser oder Lösungsmittel drastisch absinkt.
Durch Einströmen gelangt nun diese heisse, mit Flüssigkeit beladene Luft in den evakuierten Raum; dann wird die einströmende Luft zunächst am Material und auch an den Wänden der Anlage abgekühlt. Eine Kondensation erfolgt im ersten Moment noch nicht, da durch das noch immer vorhandene Vakuum die Dampf-Phase aufrecht erhalten wird. Es wird also durch Ansteigen des Druckes im Gerät, bzw. durch Absinken des Vakuums der Wasser- oder Lösungsmitteldampf ubiquitär in der gesamten Anlage, also auch im zu behandelnden Material, in Form allerfeinsten Nebels kondensieren und das Material durchdringen. Das ist besonders deshalb wichtig, weil nur nach vorheriger Totalevakuierung und Entfernung der Luft eine Benetzung des Materials in Hohlräumen und Kavitationen möglich wird. Dazu musste man bisher überspannten Wasserdampf anwenden, da nur mit diesem eine Durchdringung möglich war.
Kombiniert man aber Vakuum mit in Luft überhitztem Wasser- oder Lösungsmitteldampf, dann erfolgt derselbe Effekt, nämlich die totale Benetzung des Materials mit dem kondensierten Dampf.
Dieses Verfahren ist äusserst schonend, wird aber in einem einzigen Schritt in vielen Fällen nicht genügend Entkeimung bringen.
Es ist also eine wichtige Weiterbildung der Erfindung, dass dieser Schritt mehrmals, eventuell bis zu 10- bis 30mal, wiederholt wird.
Durch die Wiederholung wird das ursprünglich kondensierte Lösungsmittel wiederum verdampft (die Kondensationsenthalpie ist demnach auch die Verdampfungsenthalpie) und es wird neuerlich im zweiten und dritten Schritt wiederum eine gewisse Flüssigkeitsmenge innerhalb des Materiales kondensieren. Durch dieses Mehrschritt-Verfahren ist nicht nur die mehrmalige Behandlung, sondern die absolut sichere Erfassung sämtlicher auch kleinster Räume des zu behandelnden Materiales gewährleistet.
Man kann dies sehr leicht nachweisen, indem man stets nach einigen Zyklen Proben entnimmt und den Abfall der Keimzahlen feststellt. Im allgemeinen führt eine 10- bis 15malige Wiederholung des Zyklus, was insgesamt etwa 10 Minuten dauert, zu einer Keimzahlreduktion um eine Zehnerpotenz.
Diese Behandlung, die nun zyklisch stattfindet, kann aber auch in Bezug auf das Lösungsmittel "zyklisiert" werden.
Es ist bekannt, dass vor allem organische Stoffe, wie beispielsweise chlorierte Kohlenwasserstoffe, besonders wirksam zur Entkeimung wären. Diese Stoffe sind aber giftig, und Rückstände im Material würden zur Beanstandung des Verfahrens in der Qualität führen. Zyklisiert man aber das Verfahren so, dass beispielsweise 3 Schritte mit Methylenchlorid oder mit Chloroform gemacht werden, sodann 3-5 Schritte mit Alkohol und anschliessend 10 Schritte mit Wasser, dann werden auch die allerkleinsten Spuren von chlorierten Kohlenwasserstoffen und sogar Alkohol durch die nachfolgende zyklische Spülung mit Wasser entfernt.
Eine weitere Zyklisierung kann man im Trägergas erzielen, indem man die Gase wechselt, sodass man beispielsweise die ersten Schritte mit Inert-Gas (Kohlendioxyd, Stickstoff, etc.) durchführt und die nächsten Schritte mit Luft. Dadurch kann auch die bakterizide Wirkung von Inert-Gasen ausgenützt werden.
Das Verfahren hat ausserdem den Vorteil, dass sämtliche dieser zyklisierten Schritte an ein entsprechendes Material angepasst werden können, da es nicht zu erwarten ist, dass jedes Material, dessen Keimzahl reduziert werden soll, dieselbe Empfindlichkeit gegenüber keimreduzierenden Massnahmen haben wird, und zwar wegen der Verschiedenartigkeit der physikalischen Struktur des jeweiligen Materiales.
Darüber hinaus sind auch die Inhaltsstoffe (ätherische \le, Wirkstoffe) sowie die gesetzlichen Anforderungen an das Endprodukt Faktoren, die sich mit Hilfe der oben erwähnten Varianten produktindividuell realisieren lassen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ergibt sich das Problem, dass die einströmende Luftmenge schlecht zu messen ist. Man hat aber durch das Volumen des Entkeimungsbehälters, in dem sich das Material befindet, eine sehr genaue Kenntnis der Menge Luft, die nach dem angelegten Vakuum einströmen kann.
Die einströmende Luftmenge lässt sich durch einen Kompressor und durch das Einlassventil so regeln, dass beispielsweise in 30 bis 60 Sekunden die Volumenmenge, die dem Gefäss entspricht, einströmen würde. Man braucht nun lediglich in dieser Zeit die entsprechende Lösungsmittelmenge vorlegen und kann auf diese Weise ziemlich genau festlegen, mit wieviel Lösungsmit tel oder Wasser die entsprechende Luftmenge beladen werden soll.
Ein Versuchsgerät hat beispielsweise ein Volumen von 25 l. Es ist zur Hälfte mit Material gefüllt, sodass etwa 10 bis 15 l (je nach spezifischem Gewicht des Materiales) Luft übrig bleiben. Diese Luft wird in das evakuierte Gerät bei abgesperrtem Vakuumventil, und zwar beginnend bei einem Vakuum von 5-10 mbar, einströmen gelassen. Die Einströmtemperatur wird bei 150 DEG C gehalten.
Bei 150 DEG C können 10 Liter Luft 24 g Wasser lösen. Bei 100 DEG C sind es nur mehr etwa 5,9 g und bei 20 DEG C nur mehr 0,17 g.
Beim Einströmen der heissen Luft wird also bereits beim Abkühlen auf 100 DEG C eine gewisse Menge Feuchtigkeit kondensieren, die allerdings vom Druckanstieg abhängig sein wird.
Auf alle Fälle wird aber bei Erreichen von Atmosphärendruck und Abkühlung der Luft auf Raumtemperatur eine Menge von 24 minus 0,17 g Wasser in der Masse ubiquitär als feinster Nebel kondensieren.
Diese Feuchtigkeit wird nun sowohl vom Material wie natürlicherweise auch von den Bakterien etc. aufgenommen.
Das Produkt wird sich hiebei nur unwesentlich erwärmen, da die Luft weniger Kalorien transportiert und die Kondensationsenthalpie des Wassers vernachlässigbar ist. Wesentlich ist nur, dass vor allem die Bakterien eine gewisse Wassermenge erhalten müssen.
Sofort nach Erreichen von Normaldruck wird wiederum mit einer hochvolumigen Vakuumpumpe abgesaugt. Da das Wasser bei 20 DEG C einen Dampfdruck von etwa 23 mbar hat, muss bei Erreichen des Vakuums von 20 mbar das Wasser in den Organismen sieden und die Organismen schädigen. Man wird also nach Erreichen von 10 mbar den Vorgang wiederholen, sodass mit Sicherheit alle Keime erfasst und auch mehrfach unter Vakuum gebracht werden.
Es handelt sich also bei diesem Verfahren nicht um eine Dampfsterilisation, sondern Bakterien oder Schädlinge irgendwelcher Art, die sich nach längerer Lagerung auf einen gewissen Feuchtigkeitsgehalt eingestellt haben und auch mit diesem leben, verlieren diesen Feuchtigkeitsgehalt durch hohes Evakuieren und durch Verdampfen. Wird nun zusätzlich Feuchtigkeit hinzugefügt, die vom Organismus aufgenommen wird, und diese Feuchtigkeit rhythmisch mehrmals verdampft, muss es, wie Vorversuche gezeigt haben, zu einer dramatischen Schädigung der Keime kommen.
Es wird nun an der Natur des Materiales liegen, ob man den heissen Luftstrom bei 150 DEG C mit Wasser sättigt, oder nur eine solche Menge zufügt, die einer Sättigung bei 100 DEG C entspricht, sodass die Kondensation erst im oberen Bereich des Druckanstieges stattfindet. Das wären also pro 10 Liter Luft nur mehr etwa 9 g gegenüber den 24 g bei 150 DEG C.
Hier wird sich ein Unterschied ergeben, ob man beispielsweise Sennesblätter behandelt oder Kamillenblätter.
Beispiel 1:
5 kg Sennesblätter werden in einem Vakuumgerät mit einem Volumen von 25 l bei Raumtemperatur auf 5 mbar evakuiert. Sodann wird Luft von 150 DEG C beigefügt, und zwar so, dass 10 l Luft mit 25 g Wasser beladen wurden. Das Einströmen dieser Luft dauert etwa 30 Sekunden. Nach diesen 30 Sekunden wird sofort wieder auf 10 mbar evakuiert, was etwa 60 Sekunden in Anspruch nimmt. Man belässt weitere 30 Sekunden bei einem Wert unter 10 mbar und wiederholt den Vorgang 20 mal.
Die anschliessend durchgeführte Bestimmung der Keimzahl zeigt, dass der Gehalt an Bakterien um 2 Zehnerpotenzen gefallen ist. Gleich geblieben ist aber die Menge an Pilzen.
Bei Kamille verfährt man ebenso, nur werden die 10 l Luft nur mit 9 g Wasser beladen, weil das in der Kamille befindliche Azulen wasserdampfflüchtig ist und das Absinken des Azulengehaltes in Grenzen gehalten werden muss.
Auch hier kann man eine Keimzahlreduktion um 2 Zehnerpotenzen feststellen; allerdings sinkt auch der Gehalt an Azulen um etwa 10%.
Beispiel 2:
Um in dem Material vorhandene Pilze und Sporen zu bekämpfen, verfährt man wie folgt: Ausgehend von denselben Voraussetzungen wie in Beispiel 1 wird zunächst statt Wasser die etwa doppelte Menge Chloroform beigefügt und 5 mal zur Kondensation, bzw. zur Evakuierung gebracht. Nach diesen 5 Schritten führt man weitere 5 Schritte mit Alkohol durch, wobei auch davon die etwa doppelte Menge wie ursprünglich Wasser eingebracht wird.
Nach den 5 Alkohol-Schritten führt man 10 Wasserdampf-Schritte durch, wobei ausser der Schädigung der Keime durch die "Dampfspülung" auch noch eine restlose Entfernung von Chloroform und Alkohol erfolgt.
Die Messung mit einem gaschromatischen Headspace-Gerät ergibt die völlige Absenz von Lösungsmitteln.
The invention relates to a method according to the preamble of claim 1. The previous methods for reducing the number of bacteria are either purely physical (application of high temperature = sterilization, UV or gamma radiation, etc.) or purely chemical (chloroform, ethylene oxide, alcohol). Some of them are forbidden for health or other reasons or at least not welcomed and are therefore rarely used.
Combined measures have also been proposed in order to reduce the number of bacteria. This mainly includes treatments with excess steam, carbonic acid, etc. These treatments have other disadvantages, since they are very complex in terms of equipment (high pressures) and are also not very effective in reducing the bacterial count.
The invention has now set itself the task of creating a method for disinfestation and bacterial reduction that does not have the disadvantages mentioned. This is achieved surprisingly by the measures described in the characterizing part of claim 1. Advantageous developments of the invention are described in the characteristics of the dependent claims.
Preliminary tests have shown that the sterilizing effect of the method according to the invention is obviously not in the effect of spanned water vapor, i.e. higher temperature, as in the case of sterilizations, but that the corresponding germs first absorb the water or the germicidal liquid and then furthermore by means of the evacuation that follows as suddenly as possible be harmed or killed.
With these measures, it is not necessary to heat the material to be treated, and even stirring the material is not necessary, although slow stirring improves the effect.
The principle of the process is based on the following: A room in which the material is located becomes relatively high, e.g. to 5-10 mbar, evacuated. After the valve to the vacuum pump has been closed, hot air at about 120-180 ° C. is allowed to flow in. In this hot air, solvent or water vapor is introduced before heating, so that the hot air is not saturated, but still contains so much solvent or water that the condensation takes place at a temperature of 30-70 ° C, because when the air temperature drops, that Air's solvent capacity for water or solvents drops drastically.
This hot, liquid-laden air now flows into the evacuated room as it flows in; then the incoming air is first cooled on the material and also on the walls of the system. Condensation does not take place at first, because the vapor phase is maintained by the vacuum that is still present. It will condense ubiquitously in the form of the finest mist and penetrate the material by increasing the pressure in the device or by decreasing the vacuum of the water or solvent vapor in the entire system, i.e. also in the material to be treated. This is particularly important because it is only possible to wet the material in cavities and cavities after total evacuation and removal of the air. Up to now, this had to be done with excessive steam, because only with this was it possible to penetrate.
However, if you combine vacuum with water or solvent vapor superheated in air, the same effect occurs, namely the total wetting of the material with the condensed vapor.
This process is extremely gentle, but in many cases it will not bring enough disinfection in a single step.
It is therefore an important development of the invention that this step is repeated several times, possibly up to 10 to 30 times.
Through the repetition, the originally condensed solvent is evaporated again (the enthalpy of condensation is therefore also the enthalpy of evaporation) and again in the second and third steps a certain amount of liquid will condense again within the material. This multi-step process ensures not only repeated treatment, but also the absolutely reliable detection of even the smallest spaces of the material to be treated.
This can be demonstrated very easily by always taking samples after a few cycles and determining the decrease in the number of bacteria. In general, repeating the cycle 10 to 15 times, which takes a total of about 10 minutes, leads to a reduction in the number of bacteria by a power of ten.
This treatment, which now takes place cyclically, can also be "cyclized" with respect to the solvent.
It is known that especially organic substances, such as chlorinated hydrocarbons, would be particularly effective for disinfection. However, these substances are toxic and residues in the material would lead to the quality of the process being objected to. However, if the process is cycled in such a way that, for example, 3 steps are carried out with methylene chloride or with chloroform, then 3-5 steps with alcohol and then 10 steps with water, then even the tiniest traces of chlorinated hydrocarbons and even alcohol are removed by the subsequent cyclical rinsing removed with water.
A further cyclization can be achieved in the carrier gas by changing the gases so that, for example, the first steps are carried out with inert gas (carbon dioxide, nitrogen, etc.) and the next steps with air. This also allows the bactericidal effects of inert gases to be exploited.
The method also has the advantage that all of these cyclized steps can be adapted to a corresponding material, since it is not to be expected that every material whose number of germs is to be reduced will have the same sensitivity to germ-reducing measures, because of the diversity the physical structure of the respective material.
In addition, the ingredients (ethereal \ le, active ingredients) and the legal requirements for the end product are factors that can be implemented individually with the help of the above-mentioned variants.
When carrying out the method according to the invention, the problem arises that the inflowing amount of air is difficult to measure. However, the volume of the sterilization container in which the material is located gives a very precise knowledge of the amount of air that can flow in after the vacuum is applied.
The inflowing amount of air can be regulated by a compressor and by the inlet valve so that, for example, the volume that corresponds to the vessel would flow in in 30 to 60 seconds. You only need to present the appropriate amount of solvent during this time and can determine pretty much in this way how much solvent or water the corresponding amount of air should be loaded.
A test device has a volume of 25 l, for example. Half of it is filled with material, leaving about 10 to 15 l (depending on the specific weight of the material) of air. This air is allowed to flow into the evacuated device with the vacuum valve shut off, starting with a vacuum of 5-10 mbar. The inflow temperature is kept at 150 ° C.
At 150 ° C, 10 liters of air can dissolve 24 g of water. At 100 ° C it is only about 5.9 g and at 20 ° C only 0.17 g.
When the hot air flows in, a certain amount of moisture will condense as soon as it cools down to 100 ° C, but this will depend on the pressure rise.
In any case, when atmospheric pressure is reached and the air cools to room temperature, an amount of 24 minus 0.17 g of water will condense ubiquitously in the mass as a fine mist.
This moisture is now absorbed by the material as well as naturally by the bacteria etc.
The product will only heat up slightly since the air carries fewer calories and the condensation enthalpy of the water is negligible. It is only important that the bacteria in particular have to receive a certain amount of water.
Immediately after normal pressure is reached, suction is again carried out with a high-volume vacuum pump. Since the water has a vapor pressure of about 23 mbar at 20 ° C, the water in the organisms must boil and damage the organisms when the vacuum of 20 mbar is reached. The process will therefore be repeated after reaching 10 mbar, so that all germs are detected with certainty and also brought under vacuum several times.
This method is therefore not steam sterilization, but bacteria or pests of any kind, which have adjusted to a certain moisture content after long storage and also live with it, lose this moisture content through high evacuation and evaporation. If additional moisture is added, which is absorbed by the organism, and this moisture is evaporated rhythmically several times, as preliminary tests have shown, there must be a dramatic damage to the germs.
It will now be up to the nature of the material whether you saturate the hot air flow at 150 ° C with water or only add an amount that corresponds to saturation at 100 ° C so that the condensation only takes place in the upper area of the pressure increase. So that would be only about 9 g per 10 liters of air compared to the 24 g at 150 ° C.
There will be a difference here whether you treat Senna leaves or chamomile leaves, for example.
Example 1:
5 kg of Senna leaves are evacuated to 5 mbar in a vacuum device with a volume of 25 l at room temperature. Air of 150 ° C. is then added, in such a way that 10 l of air have been loaded with 25 g of water. The inflow of this air takes about 30 seconds. After these 30 seconds, the evacuation is immediately back to 10 mbar, which takes about 60 seconds. Leave for a further 30 seconds at a value below 10 mbar and repeat the process 20 times.
The subsequent determination of the bacterial count shows that the bacterial content has dropped by two powers of ten. The amount of mushrooms has remained the same.
The same applies to chamomile, only the 10 l of air are only loaded with 9 g of water, because the azulene in the chamomile is volatile in water and the decrease in the azulene content must be kept within limits.
Here, too, one can determine a reduction in the number of bacteria by 2 powers of ten; however, the azulene content also drops by around 10%.
Example 2:
In order to combat fungi and spores present in the material, proceed as follows: Starting from the same conditions as in Example 1, about twice the amount of chloroform is first added instead of water and brought to condensation or evacuation 5 times. After these 5 steps, you carry out a further 5 steps with alcohol, whereby about twice the amount of water is introduced.
After the 5 alcohol steps, 10 water vapor steps are carried out, and besides the damage to the germs by the "steam rinsing", there is also a complete removal of chloroform and alcohol.
The measurement with a gas chromatic headspace device shows the complete absence of solvents.