DE102005061247A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmitteln - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkeimen von Lebensmitteln, bei dem das Lebensmittel (2) mit mindestens einem atmosphärischen Plasmastrahl beaufschlagt wird, wobei durch die im Plasmastrahl enthaltene Energie die Entkeimung der Oberfläche des Lebensmittels (2) durchgeführt wird. Durch dieses Verfahren wird ein verbessertes Entkeimungsverfahren angegeben. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmitteln mit mindestens einer Plasmadüse (4).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmitteln.
  • Bei der Verarbeitung von Lebensmitteln werden hohe Anforderungen an die Reinheit der das Lebensmittel verarbeitenden Vorrichtungen gestellt. Die Anforderungen sollen möglichst sicherstellen, dass die Lebensmittel ohne eine Verunreinigung mit Keimen verarbeitet und verpackt werden, bevor diese in den Handel gelangen.
  • Der Begriff Lebensmittel ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung weit zu verstehen. So kann es sich bei dem Lebensmittel um Fleischwaren, Wurstwaren, Molkereiprodukte oder auch um Gemüse oder Obst handeln. Jedenfalls wird das Lebensmittel ausgehend von einer Anlieferung bzw. Herstellung hin zur Verpackung bearbeitet, insbesondere in Stücke, Scheiben oder Gruppen von einzelnen Lebensmitteln aufgeteilt und transportiert. Dabei werden die Lebensmittel der Gefahr einer Infizierung mit Keimen ausgesetzt, insbesondere beim Transport oder bei der Portionierung.
  • Bisherige Entkeimungsmethoden basieren auf der Anwendung von Flüssigkeiten wie Sterilisationsmittel oder Alkohol oder den Einsatz von Strahlung wie UV-Strahlung oder sogar radioaktiver Strahlung. Diese Methoden haben den Nachteil, dass sie zum einen nicht geschmacksneutral sind und zum anderen zu einer Beeinträchtigung der Lebensmittelqualität führen. Insbesondere die Bestrahlung hat den zusätzlichen Nachteil, dass diese Behandlung lebensmittelrechtlich angegeben werden muss und weitgehend vom Verbraucher abgelehnt wird.
  • Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmitteln anzugeben, mit der die zuvor aufgezeigten Nachteile behoben werden.
  • Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß zunächst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ebenso wird das technische Problem durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Entkeimen von Lebensmitteln wird das Lebensmittel mit mindestens einem atmosphärischen Plasmastrahl beaufschlagt, wobei durch die im Plasmastrahl enthaltene Energie die Entkeimung der Oberfläche des Lebensmittels durchgeführt wird.
  • Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, dass durch Anwendung eines atmosphärischen Plasmastrahls ein reaktives Medium mit der Lebensmitteloberfläche in Berührung gebracht wird, das einerseits eine hohe Reaktivität aufgrund hoher Elektronenanregung und andererseits eine geringe Gastemperatur aufweist. Die hohe Reaktivität wird für die Entkeimung ausgenutzt, indem die auf den Oberflächen vorhandenen Keime aufgrund der Elektronenreaktivität zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend abgetötet werden. Gleichzeitig tritt aber nur eine geringe thermische Belastung auf, so dass das Lebensmittel selbst nicht verändert wird, insbesondere keine thermische Veränderung der Eiweiße erfolgt. Somit können die Lebensmittel sorgfältig entkeimt verpackt und weiter in den Handel gebracht werden.
  • In bevorzugter Weise wird das Lebensmittel als Ganzes mit dem mindestens einen Plasmastrahl beaufschlagt. Dadurch wird das Lebensmittel, beispielsweise ein Käse oder eine Wurst, nach der Herstellung in einem Vorgang von außen entkeimt, bevor es als Ganzes verpackt oder in weiteren Verarbeitungsschritten weiter bearbeitet, insbesondere portioniert wird. Für eine Beaufschlagung des Lebensmittels als Ganzes kann auch ein sogenannter Plasmatunnel eingesetzt werden, in dem durch mindestens eine Plasmadüse ein innerhalb eines Tunnels angeordnetes Volumen mit einem atmosphärischen Plasma gefüllt wird. Das Lebensmittel wird dann durch den Tunnel hindurch transportiert und dabei mit dem Plasma innerhalb des Tunnels beaufschlagt.
  • Ebenso kann in vorteilhafter Weise mindestens eine Schnittfläche des Lebensmittels mit dem mindestens einen Plasmastrahl beaufschlagt werden. Dadurch werden nach einem Aufschneiden des Lebensmittels, das zu einer starken Vergrößerung der äußeren Oberflächen führt, auch diese Oberflächen entkeimt werden, bevor die Lebensmittelportionen für einen weiteren Vertrieb verpackt werden. Dabei werden insbesondere alle Schnittflächen des Lebensmittels mit mindestens einem Plasmastrahl beaufschlagt.
  • Ebenso kann bei dem zuvor beschriebenen Verfahren ein zum Aufteilen des Lebensmittels eingesetztes Schneidwerkzeug mit dem mindestens einen Plasmastrahl beaufschlagt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass bereits eine Übertragung von Keimen vom Scheidwerkzeug auf das Lebensmittel verhindert wird.
  • Schließlich kann auch ein Transportmittel zum Transportieren des Lebensmittels mit mindestens einem Plasmastrahl beaufschlagt werden. Auch hierbei wird effektiv verhindert, dass sich auf dem Transportmittel aufhaltende Keime vernichtet werden, bevor auf das Transportmittel erneut ein zu bearbeitendes Lebensmittel aufgebracht wird.
  • Die zuvor aufgezeigten Verfahren sowie die nachfolgend beschriebenen Vorrichtungen setzen bevorzugt die nachfolgend beschriebenen Plasmaquellen bzw. Plasmadüsen ein.
  • Die Energiezufuhr für die Plasmaentkeimung wird bevorzugt mit einer Plasmaquelle bzw. Plasmadüse erzeugt, bei der mittels einer unter Anlegen einer hochfrequenten Hochspannung in einem Düsenrohr zwischen zwei Elektroden mittels einer nicht-thermischen Entladung aus einem Arbeitsgas ein Plasmastrahl erzeugt wird. Dabei steht das Arbeitsgas vorzugsweise unter einem Druck in der Größenordnung des Atmosphärendruckes, man spricht daher auch von einem atmosphärischen Plasma.
  • Der Plasmastrahl tritt aus der Düsenöffnung aus, wobei eine der beiden Elektroden im Bereich der Düsenöffnung angeordnet ist. Der nicht-thermische Plasmastrahl weist bevorzugt außerhalb der Plasmadüse bei einer geeignet eingestellten Strömungsrate keine elektrischen Streamer auf, also Entladungskanäle der elektrischen Entladung, so dass nur der energiereiche, aber niedrig temperierte Plasmastrahl auf die Oberfläche gerichtet wird. Ein solcher atmosphärischer Plasmastrahl wird auch als potentialfreier Plasmastrahl bezeichnet. Die Spannungsdifferenz zwischen der Düsenöffnung und dem Werkstück liegt dabei bevorzugt unterhalb von 100 V.
  • Zur Charakterisierung der Gaseigenschaften des Plasmastrahls wird von einer hohen Elektronentemperatur und einer niedrigen Ionentemperatur gesprochen. Die hohe Elektronentemperatur bewirkt eine hohe Reaktivität des Plasmagases oder Plasmagasgemisches. Die niedrige Ionentemperatur dagegen bewirkt eine geringe Wärmeenergie, die beim Auftreffen des Plasmastrahls auf der Oberfläche auf diese übertragen wird.
  • Aus dem Stand der Technik der EP 0 761 415 AI und der EP 1 335 641 AI sind derartige Plasmaquellen an sich bekannt. Für einen großflächigere Anwendung des Plasmastrahls eignen sich die aus der WO 99/52333 und der WO 01/43512 bekannten Rotationsdüsen.
  • In bevorzugter Weise wird der Plasmastrahl mit Hilfe einer atmosphärischen Entladung in einem Sauerstoff enthaltenden Arbeitsgas erzeugt. Dadurch wird die Reaktivität des Plasmastrahls erhöht. In bevorzugter Weise wird Luft als Arbeitsgas verwendet. Ebenso kann ein Arbeitsgas aus einer Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff eingesetzt werden, ein sogenanntes Formiergas. Als Arbeitsgas kommt auch nur Stickstoff in Frage.
  • Die nicht-thermische Plasmaentladung erfolgt insbesondere unter Anwendung einer hochfrequenten Hochspannung, wobei eine Folge von Entladungen zwischen zwei Elektroden der Plasmadüse erzeugt wird und das Arbeitsgas zu einem aus der Plasmadüse austretenden Plasma angeregt wird. Gerade die hochfrequente Folge der Entladungen gewährleistet, dass kein thermisches Gleichgewicht im Entladungsraum entsteht. Somit kann auch im Dauerbetrieb das Ungleichgewicht zwischen Elektronentemperatur und Ionentemperatur aufrecht gehalten werden.
  • Die Effektivität der Plasmabehandlung hängt natürlich von der Wahl des Prozessgases, der Leistung, der Behandlungsdauer und des Anlagenkonzeptes ab und es können je nach Anforderung Anpassungen vorgenommen werden. Insbesondere stellen die Spannungswerte Frequenz und Amplitude geeignete Mittel dar, um die Effektivität der Plasmabehandlung zu beeinflussen.
  • Beim Stand der Technik der DE 37 33 492 erfolgt das Erzeugen des atmosphärischen Plasmastrahls mittels einer Koronaentladung durch eine Ionisation eines Arbeitsgases, bspw. Luft. Die Vorrichtung besteht aus einem Keramikrohr, das an der äußeren Wandung mit einer äußeren Elektrode umgeben ist. Mit wenigen Millimetern Abstand zur Innenwandung des Keramikrohres ist eine innere Elektrode als Stab angeordnet. Durch den Spalt zwischen der Innenwandung des Keramikrohres und der inneren Elektrode wird ein ionisierbares Gas wie Luft oder Sauerstoff geleitet. An die beiden Elektroden wird ein hochfrequente; Hochspannungsfeld angelegt, wie es bei einer Koronavorbehandlung von Folien eingesetzt wird. Durch das Wechselfeld wird das durchgeführte Gas ionisiert und tritt am Rohrende aus.
  • Letztlich kommt es aber auf die Art der Anregung des Arbeitsgases zur Plasmaerzeugung nicht an, solange eine ausreichende Intensität eines atmosphärischen Plasmastrahls erzeugt werden kann.
  • Eine weitere selbstständige Anwendung der sterilisierenden Wirkung des atmosphärischen Plasmas besteht darin, dass Saatgut unter Anwendung eines Plasmastrahls entkeimt wird.
  • Denn auch die Lagerung und der Vertrieb von verpacktem Saatgut wird durch Keime erschwert, die sich aufgrund natürlicher Umstände oder durch die Bearbeitung an den Saatkörnern befinden. Werden die Saatkörner nach einer sterilisierenden Plasmabehandlung weitgehend steril verpackt, kann die Lagerzeit von Saatgut erheblich verlängert werden. Da die Saatgutkörner sehr empfindlich auf zugeführte Feuchtigkeit reagieren, sind die oben genannten Anwendungen von sterilisierenden Flüssigkeiten problematisch. Durch den Einsatz von Plasmadüsen kann die Entkeimung jedoch ohne den Einsatz von Flüssigkeiten durchgeführt werden.
  • Für die Entkeimung von Saatgut können insbesondere die nachfolgend beschriebenen Transportbänder eingesetzt werden, auf denen die Saatgutkörner transportiert und zumindest einseitig mit einem atmosphärischen Plasmastrahl beaufschlagt werden. Werden die Körner durch eine Rüttelvorrichtung in Bewegung gehalten, so kann trotz einer nur von einer Seite des Transportbandes einwirkenden Plasmastrahlung eine im Wesentlichen vollständige Entkeimung der Körner stattfinden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wozu auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmitteln,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmitteln und
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmitteln.
  • In allen Figuren der Zeichnung werden Vorrichtungen zum Entkeimen von Lebensmitteln 2 dargestellt, wobei das Lebensmittel 2 beispielhaft als Wurst gewählt worden ist ohne dadurch die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung zu beschränken. Jedes der Ausführungsbeispiele weist eine das Lebensmittel 2 bearbeitenden Station auf, die mit mindestens einer Plasmadüse 4 zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls die Entkeimung durchführt. Die mindestens eine Plasmadüse 4 ist dabei jeweils so an der Station angebracht, dass eine zumindest teilweise Beaufschlagung des Lebensmittels 2 mit einem Plasmastrahl erfolgen kann.
    •
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Station 6, in der das Lebensmittel 2 als Ganzes mit einem Plasma beaufschlagt wird. Das Lebensmittel 2, bspw. eine Wurst, wird mit einem Transportband 8 zu einem zu beiden Förderseiten hin offenen Tunnel 10 transportiert, in dem eine Mehrzahl von Transportrollen 12 den weiteren Transport des Lebensmittels 2 bewerkstelligen. Zwischen den einzelnen Transportrollen 12 sind jeweils oben und unten Plasmadüsen 4 angeordnet, die das Lebensmittel 2 von beiden Seiten mit einem atmosphärischen Plasmastrahl beaufschlagen. Am Ausgang des Tunnels 10 ist ein weiteres Transportband 14 vorgesehen, das den weiteren Transport des Lebensmittels durchführt. Die Transportrichtung ist in 1 mit Pfeilen angedeutet.
  • Das dargestellte Ausführungsbeispiel enthält insgesamt sechs Plasmadüsen 4, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Anzahl beschränkt. Es ist auch eine Ausführung mit nur einer Plasmadüse möglich, deren Plasmastrahl beispielsweise durch Leitbleche so abgelenkt wird, dass das Plasma das Lebensmittel über den vollen Umfang beaufschlagt. Ein solcher Spalt wird in Zusammenhang mit 3 weiter unten näher erläutert.
  • Ebenso stellen die Transportrollen 12 nur eine mögliche Variante eines Transportmittels dar, so können die Transportrollen 12 auch durch kurze umlaufende Transportbänder ersetzt werden, die jeweils einen Spalt zwischen sich frei lassen, in dem die Plasmabeaufschlagung erfolgen kann.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Schneidstation 20, in der das Lebensmittel 2 in eine Mehrzahl von Stücken, die nachfolgend als Scheiben 22 bezeichnet werden, zerteilt wird. Die Station 20 weist dazu ein Schneidwerkzeug 24 zum Aufteilen des Lebensmittels 2 in Scheiben 22 auf, wobei eine Plasmadüse 4 die entstehenden Schnittflächen des Lebensmittels 2 und/oder der Lebensmittelscheiben 22 mit einem Plasmastrahl zumindest teilweise beaufschlagt.
  • Das Schneidwerkzeug kann aus einem Kreismesser oder aus einem Sichelmesser bestehen, das das Lebensmittel 2 stückweise durchtrennt. Zum Antransport zum Schneidwerkzeug 24 ist das Lebensmittel 2 auf einer schrägen Fläche 26 angeordnet und wird allein durch die Schwerkraft oder durch einen nicht dargestellten weiteren Antrieb dem Schneidwerkzeug 24 zugeführt.
  • In der 2 ist dargestellt, dass eine Plasmadüse 4 direkt oberhalb des Schneidwerkzeug 24 angeordnet ist und während des Betriebes das Schneidwerkzeug 24 zumindest im Bereich der Schneidkante mit einem Plasmastrahl beaufschlagt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Schneidwerkzeug 24 ständig entkeimt wird und keine Verbreitung von Keimen durch das Schneidwerkzeug 24 selbst erfolgt. Gleichzeitig kann die Plasmadüse 4 so ausgerichtet sein, dass diese auch die Schnittfläche des Lebensmittels 2 selbst mit dem entkeimenden Plasma beaufschlagt.
  • Wie in 2 weiterhin gezeigt wird, weist die Station 20 eine Stapelvorrichtung 26 zum Bilden von Stapeln 28 von Lebensmittelscheiben 22 auf. Im Bereich der Stapelvorrichtung 26 ist eine weitere Plasmadüse 4 angeordnet, die die Schnittflächen der Lebensmittelscheiben 22 mit einem Plasmastrahl beaufschlagt. Dieses ergibt sich daraus, dass das Plasma auf die Oberfläche der obersten Scheibe 22 gerichtet ist und dass eine neue herabfallende Scheibe 22 durch dieses Plasma hindurch fällt. Somit wird die untere Seite der Scheibe 22 entkeimt, deren Oberseite nachfolgend durch das dort einwirkenden Plasma entkeimt wird.
  • 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmitteln 2. Die dargestellte Station 30 weist eine Transportvorrichtung zum Transportieren von Lebensmittelscheiben 22 auf, die für eine Verpackung in einer Verkaufsverpackung vorportioniert sind. Die Transportvorrichtung weist zwei Transportbänder 32 und 34 auf, auf denen die Scheiben 22 in 3 von links nach rechts transportiert werden, wie mit den Pfeilen angedeutet ist.
  • In einer Ausführung ist eine Plasmadüse 4 in der 3 links oberhalb des Transportbandes 32 angeordnet. Diese Plasmadüse 4 beaufschlagt die Lebensmittelscheiben mit einem Plasmastrahl von oben, so dass die Lebensmittelscheiben 22 auf der nach oben freiliegenden Oberfläche entkeimt werden.
  • Sind dagegen keine Lebensmittelscheiben auf dem Transportband vorhanden, so kann die Plasmadüse 4 dazu eingesetzt werden, die Oberfläche des Transportbands 32 selber zu entkeimen.
  • In einer weiteren Ausführung findet die Plasmaentkeimung in dem Bereich eines Spaltes 38 zwischen den beiden Transportbändern 32 und 34 statt. Dazu ist jeweils mindestens eine Plasmadüsen 4 auf jeder Seite des Spaltes 38 bezogen auf die Transportrichtung angeordnet. Somit werden die Lebensmittelscheiben 22 sowohl von oben als auch durch den Spalt 38 von unten mit einem Plasmastrahl beaufschlagt. Die Größe des Spaltes ist an die jeweiligen Begebenheiten anzupassen. Einerseits dürfen die Lebensmittelscheiben nicht durch den Spalt 38 nach unten gelangen und andererseits muss der Spalt 38 breit genug sein, um eine ausreichend lange Beaufschlagungsdauer der Lebensmittelscheiben 22 von unten zu ermöglichen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Entkeimen von Lebensmitteln, bei dem das Lebensmittel mit mindestens einem atmosphärischen Plasmastrahl beaufschlagt wird, wobei durch die im Plasmastrahl enthaltene Energie die Entkeimung der Oberfläche des Lebensmittels durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Lebensmittel als Ganzes mit dem mindestens einen Plasmastrahl beaufschlagt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine Schnittfläche des Lebensmittels mit dem mindestens einen Plasmastrahl beaufschlagt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem alle Schnittflächen des Lebensmittels mit mindestens einem Plasmastrahl beaufschlagt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Schneidwerkzeug mit dem mindestens einen Plasmastrahl beaufschlagt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Transportmittel zum Transportieren des Lebensmittels mit mindestens einem Plasmastrahl beaufschlagt wird.
  7. Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmitteln (2), mit einem das Lebensmittel (2) bearbeitenden Station (6, 20, 30), mit mindestens einer Plasmadüse (4) zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls, wobei die mindestens eine Plasmadüse (4) so an der Station (6, 20, 30) angebracht ist, dass eine zumindest teilweise Beaufschlagung des Lebensmittels mit einem Plasmastrahl erfolgt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Station (6) eine Transportvorrichtung (8, 12, 14) zum Transportieren des Lebensmittels (2) aufweist und dass die Transportvorrichtung (8, 12, 14) das Lebensmittel (2) durch ein Raumvolumen transportiert, das zumindest teilweise durch die mindestens eine Plasmadüse (4) mit einem atmosphärischem Plasmastrahl ausgefüllt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Station (6) einen Tunnel (10) aufweist, durch den das Transportmittel (8, 12, 14) das Lebensmittel (2) hindurch transportiert, wobei im Tunnel (10) die mindestens eine Plasmadüse (4) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Plasmadüsen (4) innerhalb des Tunnels (10) angeordnet sind, die das Lebensmittel (2) von allen Seiten mit einem atmosphärischen Plasmastrahl beaufschlagen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Station (20) ein Schneidwerkzeug (24) zum Aufteilen des Lebensmittels (2) in Stücke (22) aufweist und dass die mindestens eine Plasmadüse (4) die entstehenden Schnittflächen des Lebensmittels (2) und/oder der Lebensmittelstücke (22) mit einem Plasmastrahl zumindest teilweise beaufschlagt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Plasmadüse (4) das Schneidwerkzeug (24) zumindest im Bereich der Schneidkante mit einem Plasmastrahl beaufschlagt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Station (20) eine Stapelvorrichtung (26) zum Bilden von Stapeln (28) von Lebensmittelstücken (22) aufweist und dass die mindestens eine Plasmadüse (4) die Schnittfläche des obersten Lebensmittelstücks (22) mit einem Plasmastrahl beaufschlagt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Station (30) ein Transportband (32) zum Transportieren von Lebensmittelstücke (22) aufweist und dass die mindestens eine Plasmadüse (4) die Lebensmittelscheiben (22) zumindest teilweise mit einem Plasmastrahl beaufschlagt.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Station (30) zwei einen Spalt (38) zwischen sich ausbildende Transportbänder (32, 34) aufweist und dass mindestens zwei Plasmadüsen (4) vorgesehen sind, wobei auf jeder Seite des Spaltes (38) bezogen auf die Transportrichtung jeweils mindestens eine Plasmadüse (4) angeordnet ist.
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