DE102013212347B3

DE102013212347B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Stoßwellenbehandlung von Lebensmitteln

Info

Publication number: DE102013212347B3
Application number: DE201310212347
Authority: DE
Inventors: Stefan Töpfl; Thomas Bolumar; Thomas Rohe; Werner große Kohorst; Matthias Enneking
Original assignee: DIL Deutsches Institut fuer Lebensmitteltechnik eV
Current assignee: DIL Deutsches Institut fuer Lebensmitteltechnik eV
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2033-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung von Lebensmitteln, die flüssigkeitsdicht verpackt sind, mit zumindest einer Stoßwelle, die ein Paar von Elektroden aufweist, deren Enden um einen Zwischenraum beabstandet sind und die mittels Leitungen, von denen zumindest eine einen Schalter aufweist, der zu schließen ist, mit einer Spannungsquelle verbunden sind. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden ist innerhalb eines Behälters angeordnet, der mit einer nicht kompressiblen Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, gefüllt ist. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden, der bevorzugt nur von der Flüssigkeit ausgefüllt ist, dient bei schlagartiger Beaufschlagung mit elektrischer Spannung zur Erzeugung der Stoßwelle. Die Öffnung des Reflektors ist einer Fördereinrichtung zugewandt und wirft die Stoßwelle in Richtung auf seine Öffnung und daher auf die Fördereinrichtung. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Reflektor und die Elektroden an einem Träger befestigt sind, der mittels einer Positioniereinrichtung gegen die Fördereinrichtung verfahrbar ist, insbesondere senkrecht zur Oberfläche der Fördereinrichtung verfahrbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein unter Verwendung der Vorrichtung durchführbares Verfahren zur Behandlung von Lebensmitteln mit Stoßwellen bei der Lebensmittelherstellung, insbesondere zur Herstellung von zartgemachtem Fleisch, das bevorzugt rohes Fleisch ist, weiter bevorzugt rohes Fleisch ohne Zusätze. Das Verfahren kann eine gegenüber der herkömmlichen Reifung durch Lagerung unter Kühlung verkürzte Reifung umfassen, vor oder nach der Stoßwellenbebandlung, z. B. auf 70 bis 30%, bevorzugt auf 50% der herkömmlichen Reifungszeit.
Stand der Technik
Die WO 00/28830 A1 beschreibt einen flüssigkeitsgefüllten Behälter mit beabstandeten Elektroden, die mit elektrischer Spannung beaufschlagt werden, zur Stoßwellenbehandlung von Lebensmitteln. Die Elektroden können einen Innenkanal aufweisen, durch den ein Gas in die Flüssigkeit im Behälter geleitet werden kann. Eine oder beide Elektroden können plattenförmig sein und einen am Behälter festgelegten Reflektor für Stoßwellen bilden.
Die EP 1352565 A2 beschreibt die Stoßwellenbehandlung von Lebensmitteln, bei der ein flüssigkeitsgefüllter Behälter, der vorzugsweise einbetoniert ist, eine Fördereinrichtung für Lebensmittel mit beweglichen Tellern aufweist, die in dem Behälter unterhalb zweier beabstandeter Elektroden platziert werden können. Oberhalb der Flüssigkeit und oberhalb der Elektroden kann ein glockenförmiger Spritzschutz angeordnet sein.
Die US 6168814 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung einer pumpfähigen Lebensmittelzusammensetzung mittels Stoßwellen, die zwischen beabstandeten Elektroden erzeugt und mittels eines parabolischen Reflektors auf ein Rohr gerichtet werden, in dem die Lebensmittelzusammensetzung strömt. Der parabolische Reflektor kann Teil eines insgesamt ellipsenförmigen Behälters sein, in dessen einen Brennpunkt die Elektrodenenden mit einem Zwischenraum angeordnet sind in dessen anderen Brennpunkt die Lebensmittelzusammensetzung in einem Rohr geführt wird.
Die US 6669546 B2 beschreibt einen Behälter zur Behandlung von Fleisch mittels Stoßwellen, der zur Aufnahme des Fleischs eine ebene elastische, stoßwellendurchlässige Wand aufweist, an deren anderer Seite ein flüssigkeitsgefüllter, parabolischer Behälter anschließt, in dessen Brennpunkt zwei beabstandete Elektroden angeordnet sind.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine alternative Vorrichtung und ein damit durchführbares alternatives Verfahren zur Herstellung von Lebensmitteln, insbesondere von zartgemachtem rohem Fleisch mittels Stoßwellenbehandlung bereitzustellen, insbesondere eine Vorrichtung, die ein energieeffizientes und kontinuierliches Verfahren erlaubt.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche, insbesondere mit einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung von Lebensmitteln, die bevorzugt flüssigkeitsdicht und/oder stoßwellenfest verpackt sind, mit zumindest einer Stoßwelle, die ein Paar von Elektroden aufweist, deren Enden um einen Zwischenraum beabstandet sind und die mittels Leitungen, von denen zumindest eine einen Schalter aufweist, der zu schließen ist, mit einer Spannungsquelle verbunden sind. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden ist innerhalb eines Behälters angeordnet, der mit einer nicht kompressiblen Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, gefüllt ist. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden, der bevorzugt nur von der Flüssigkeit ausgefüllt ist, dient bei schlagartiger Beaufschlagung mit elektrischer Spannung zur Erzeugung der Stoßwelle. Alternativ kann in dem Zwischenraum ein Stück Metall sein, das bei Beaufschlagung mit dem elektrischen Spannungsstoß explosionsartig verdampft, beispielsweise aus Aluminium und/oder Magnesium, wobei das Metallstück, z. B. ein Draht, bevorzugt mit den beiden Elektroden in Kontakt steht. In einem Abstand zu dem Zwischenraum der Elektroden, insbesondere unterhalb der Elektroden, ist eine Fördereinrichtung in dem Behälter angeordnet und gegenüberliegend der Fördereinrichtung ein Reflektor, der über den Zwischenraum zwischen den Elektrodenenden gewölbt ist. Entsprechend ist der Zwischenraum zwischen den Elektrodenenden auf einer Seite, insbesondere der Oberseite, vom Reflektor umfasst bzw. zwischen dem Reflektor und der davon beabstandeten Fördereinrichtung angeordnet. Bevorzugt ist der Reflektor um diese Symmetrieachse rotationssymmetrisch ausgebildet, beispielsweise parabolisch. Besonders bevorzugt steht die Symmetrieachse des Reflektors etwa senkrecht auf der Oberfläche der Fördereinrichtung. Die Öffnung des Reflektors ist der Fördereinrichtung zugewandt und ist bevorzugt nach unten gerichtet. Besonders bevorzugt wölbt sich der Reflektor mit konkavem Querschnitt, insbesondere parabolisch über den Zwischenraum zwischen den Elektrodenenden, wobei der Zwischenraum bevorzugt im Brennpunkt des Reflektors angeordnet ist. Der Reflektor wirft die Stoßwelle in Richtung auf seine Öffnung und daher auf den Abschnitt der Fördereinrichtung, dem der Reflektor zugewandt ist, insbesondere auf den unterhalb des Reflektors angeordneten Abschnitt der Fördereinrichtung. Der Reflektor besteht vorzugsweise aus Metall, z. B. aus hochfestem Stahl oder Edelstahl und/oder Titan. Während des Verfahrens ist der Reflektor mit der Flüssigkeit gefüllt, insbesondere innerhalb des Behälters angeordnet. Dabei wird als Behälter auch das vom Behälter umfasste flüssigkeitsdichte Volumen bezeichnet, das während des Verfahrens mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die bevorzugte Flüssigkeit ist Wasser, insbesondere demineralisiertes oder entionisiertes Wasser. Der Abschnitt, in dem der Reflektor in einem Abstand zur Fördereinrichtung angeordnet und mit seiner Öffnung der Fördereinrichtung zugewandt ist, wird auch als Behandlungsabschnitt bezeichnet. Optional sind in dem Behandlungsabschnitt beidseitig der Fördereinrichtung Wände angeordnet, deren der Fördereinrichtung zugewandte Oberfläche insbesondere senkrecht zur Fördereinrichtung, bevorzugt senkrecht zu deren Platten und/oder etwa parallel zur Symmetrieachse des Reflektors angeordnet ist. Solche Wände können z. B. am Rahmen festgelegt sein. Derartige Wände können zur Minderung der Belastung des Behälters durch Stoßwellen dienen. Die der Fördereinrichtung zugewandte Oberfläche solcher Wände kann eben sein oder konkav zur Symmetrieachse des Reflektors gekrümmt sein.
Die Fördereinrichtung ist abschnittsweise durch den Behälter geführt, insbesondere in einem Abschnitt etwa horizontal unterhalb des Reflektors, wobei an diesen Abschnitt ein Zuführabschnitt angrenzt und gegenüberliegend ein Abfuhrabschnitt. Zuführabschnitt und Abfuhrabschnitt der Fördereinrichtung können sich von Ebenen oberhalb des Behälters bis in den Behälter in den unterhalb des Reflektors angeordneten Behandlungsabschnitt erstrecken, um im Verfahren Lebensmittel von oberhalb des Behälters in diesen zu führen und die Lebensmittel nach Durchtritt unterhalb des Reflektors mit Stoßwellenbehandlung aus dem Behälter abzuführen.
Eine bevorzugte Fördereinrichtung ist ein umlaufend angetriebenes Förderband, insbesondere eines, das aneinander angelenkte Platten, die oberflächlich geschlossen sind, aus Kunststoff, bevorzugt aus Stahl, insbesondere Edelstahl aufweist, insbesondere mit senkrecht zur Förderrichtung angebrachten Trennwänden, die sich über die Ebene der Platten erheben. Eine Fördereinrichtung mit aneinander angelenkten Platten, deren Oberflächen geschlossen sind, aus Stahl, bevorzugt Edelstahl, hat den Vorteil, dass Stoßwellen daran besser reflektiert werden, als z. B. an Kunststoff oder einer Durchbrechungen aufweisenden Fördereinrichtung. Diese Reflektion der Stoßwelle kann z. B. die Zartmachung des Lebensmittels verstärken. Die Oberfläche der Fördereinrichtung bzw. von deren Platten, die dem Reflektor zugewandt ist, ist vorzugsweise eben. Bevorzugt sind Trennwände an zumindest einem Ende einer Platte angeordnet.
Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Reflektor und die Elektroden an einem Träger befestigt sind, der mittels einer Positioniereinrichtung gegen die Fördereinrichtung verfahrbar ist, insbesondere senkrecht zur Oberfläche der Fördereinrichtung verfahrbar ist.
Der Reflektor und die daran angeordneten Elektroden sind an einem Träger befestigt, der mittels einer Positioniereinrichtung gegen die Fördereinrichtung verfahrbar ist. Bevorzugt ist der Träger senkrecht zu dem Abschnitt der Fördereinrichtung verfahrbar, dem die Öffnung des Reflektors zugewandt ist, wobei der Abschnitt der Fördereinrichtung insbesondere etwa horizontal angeordnet ist. Die Positioniereinrichtung ist einerseits mit dem Träger und andererseits mit dem Rahmen verbunden. Der Träger kann einen Balken aufweisen, der bevorzugt etwa senkrecht zur Symmetrieachse des Reflektors angeordnet ist und insbesondere etwa horizontal ausgerichtet ist. Der Träger weist bevorzugt beidseitig des Reflektors, insbesondere endständig an der Positioniereinrichtung angeordnete Angriffspunkte auf, z. B. je eine endständig an einer Spindel angeordnete Spindelmutter oder ein endständig an einem Hydraulikzylinder angeordnetes Festlager. Bevorzugt hat der Träger eine H-Form oder rechteckige Form, die sich optional in einer Ebene erstreckt und die sich bevorzugt etwa senkrecht zur Symmetrieachse des Reflektors erstreckt, in deren Zentrum der Reflektor angeordnet ist, der bevorzugt über die Ebene des Trägers ragt.
Die Positioniereinrichtung weist bevorzugt eine Spindel auf, die in einer Spindelmutter und in einem Festlager geführt ist. Bevorzugt ist die Spindel zwischen dem Träger und einem Rahmen geführt, der optional mit dem Behälter verbunden ist. Generell kann der Rahmen innerhalb des Behälters oder den Behälter umfassend angeordnet sein. Bevorzugt weist die Positioniereinrichtung eine Spindel auf, die durch eine am Träger festgelegte Spindelmutter und zwei Festlager geführt ist, die zu beiden Seiten der Spindelmutter angeordnet und am Rahmen festgelegt sind. Bevorzugt weist die Vorrichtung zwei, drei oder vier symmetrisch zum Reflektor angeordnete Positioniereinrichtungen auf, insbesondere vier Spindeln, die in einem Abstand zum Reflektor am Träger geführt sind, wobei die Spindeln bevorzugt parallel zur Symmetrieachse des Reflektors angeordnet sind, weiter bevorzugt auch senkrecht zu dem Abschnitt der Fördereinrichtung, dem die Öffnung des Reflektors zugewandt ist. Zwei oder mehr Positioniereinrichtungen sind bevorzugt koordiniert angetrieben, beispielsweise mit einem Getriebe oder einer Steuerkette verbunden, die um mit der Spindel verbundene Kettenräder geführt ist. Als Antrieb für das Getriebe oder die Steuerkette kann ein Handrad oder ein Motor dienen. Es hat sich gezeigt, dass eine Spindel, bevorzugt 4 Spindeln, als Positioniereinrichtung für den Träger der mechanischen Belastung bei der Erzeugung von Stoßwellen standhält.
Alternativ oder zusätzlich zu Spindeln kann die Positioniereinrichtung einen oder mehrere Hydraulikzylinder aufweisen, die angeordnet sein können, wie mit Bezug auf Spindeln beschrieben ist. Eine Positioniereinrichtung mit oder aus einer oder mehreren in Spindelmuttern geführten Spindeln und/oder mit oder aus einem oder mehreren Hydraulikzylindern, die mit dem Träger und einem Rahmen verbunden sind, erlauben eine präzise Einstellung des Abstands des am Träger angeordneten Reflektors zur Fördereinrichtung und halten den Reflektor bei Belastung durch Stoßwellen stabil, bzw. ohne bei Stoßwellen zu federn.
Bevorzugt ist der Antrieb gesteuert, den Träger in einen Abstand zur Fördereinrichtung zu bringen, insbesondere abhängig von einem Signal für die Intensität einer Stoßwelle, die bei einer vorbestimmten Höhe der elektrischen Beaufschlagung der Elektroden erzeugt wird. Das Signal kann das Signal eines stoßwellenempfindlichen Drucksensors sein, der in dem Behälter angeordnet ist, z. B. im gleichen Abstand zum Zwischenraum wie die Fördereinrichtung, insbesondere in der Ebene, in der die Fördereinrichtung angeordnet ist. Ein bevorzugter stoßwellenempfindlicher Drucksensor weist eine Sensorfläche auf, die mit einem Piezokristall verbunden ist oder daraus besteht.
Optional ist der Träger von einer Betriebsstellung zur Erzeugung von Stoßwellen bis in eine von der Fördereinrichtung beabstandete Stellung verfahrbar, in der der Reflektor und/oder die Elektroden außerhalb des Behandlungsabschnitts sind, insbesondere oberhalb des Behandlungsabschnitts. Bevorzugt ist der Träger mittels der Positioniereinrichtung in eine von der Fördereinrichtung beabstandete Stellung verfahrbar. Eine solche beabstandete Stellung erlaubt das Justieren und/oder Austauschen der Elektroden und/oder des Reflektors. Bevorzugt ist der Reflektor mit den daran angeordneten Elektroden lösbar am Träger befestigt, z. B. mittels zumindest eines Paars aus Klemmstück und einem damit verriegelbaren Kipphebels verbindbar. Z. B ist eines von Klemmstück und Kipphebel mit dem Reflektor verbunden und das andere mit dem Träger, insbesondere ist das Klemmstück mit dem Reflektor verbunden und der Kipphebel mit dem Träger, so dass in der beabstandeten Stellung bei offener Stellung des Kipphebels das Klemmstück getrennt ist und mit dem Reflektor vom Träger entfernbar ist, während in klemmender Stellung des Kipphebels das Klemmstück geklemmt und damit festgelegt ist.
Bevorzugt sind die Elektroden mittels Leitungen mit der Spannungsquelle verbunden, die aus plattenförmigen Metallblechen gebildet sind, z. B. einschichtig oder mehrschichtig, insbesondere aus Edelstahl, Kupfer oder Aluminium. Denn es hat sich gezeigt, dass eine Stoßwelle in einer Vorrichtung mit Leitungen aus plattenförmigem Metallblech bei gleichem Spannungsstoß aus der Stromquelle eine Stoßwelle höherer Wirkung erzeugt, z. B. bestimmt als Zunahme der Zartheit von Fleisch, als in einer Vorrichtung mit Kabeln als Leitungen. Dies wird gegenwärtig darauf zurückgeführt, dass Leiter aus plattenförmigem Metallblech einen steileren Stromimpuls übertragen. Diese Leitungen können massiv sein oder aus parallelen flachen Blechen bestehen, z. B. mit einem Querschnitt im Bereich von 0,5 mm × 40 mm bis 5 mm × 200 mm, weiter bevorzugt mit einer Länge von maximal 2 m, bevorzugt maximal 1,5 m oder maximal 1 m zwischen Schalter und der einen Elektrode bzw. zwischen Spannungsquelle und der entgegengesetzt polarisierten Elektrode.
Die Spannungsquelle kann einen oder mehrere Kondensatoren aufweisen, die von einem Kondensatorladegerät aufgeladen werden. Eine Spannungsquelle kann z. B. 10 bis 60 parallel geschaltete Kondensatoren aufweisen, z. B. mit einer Kapazität von je 0,1 bis 1 μF oder von 0,4 bis 0,8 μF, insbesondere 30–40 Kondensatoren zu je 0,5 μF. Das Kondensatorladegerät kann z. B. eine Leistung von 2 bis 8 kW bei einer Ladespannung von 40 kV aufweisen. Die Spannung führende Leitung weist einen mittels Luft oder Wasser, bevorzugt Öl gekühlten Schalter auf, dessen Schließen zur Kontaktierung der Spannungsquelle mit einer der Elektroden führt und zur Beaufschlagung der Elektrode mit dem Spannungsstoß. Optional ist das Ladegerät abhängig von einem Signal eines stoßwellenempfindlichen Drucksensors gesteuert, insbesondere so, dass das Ladegerät die Spannungsquelle bis zu einem Grad auflädt, bei dem ein vorbestimmtes Signal vom Drucksensor erzeugt wird.
Leitungen aus plattenförmigem Metallblech weisen bevorzugt zumindest zwei Teilstücke auf, die lösbar miteinander verbunden sind und zumindest in gelöstem Zustand ihrer Verbindung gegeneinander verschieblich sind, um das Verfahren des Trägers durch Verschieben ihrer Teilstücke auszugleichen. Die Verbindung der zwei Teilstücke kann eine durch ein Langloch in einem der Teilstücke geführte Klemmverbindung sein, das mit dem anderen Teilstück überlappt, z. B. eine Schraubverbindung. Eines der Teilstücke kann mit einer Elektrode verbunden sein und optional am Träger befestigt sein, während das andere Teilstück mit der Spannungsquelle verbunden ist und optional an einem Rahmen befestigt ist, der zumindest abschnittsweise den Behälter umfasst.
Die Elektroden sind bevorzugt stabförmig, z. B. mit rundem Querschnitt, und unmittelbar mit den Leitungen verbunden, insbesondere an dem Ende, das dem Zwischenraum gegenüberliegt, z. B. jeweils direkt mit einer der Leitungen verklemmt oder verschraubt. Solche graden Elektroden und deren unmittelbare Verbindung mit plattenförmigen Leitungen bietet zusätzlich zur effektiven Spannungsbeaufschlagung der Elektroden eine gute mechanische Beständigkeit von Elektroden und Leitungen.
Die Elektroden können durch Ausnehmungen in dem Reflektor geführt sein, beispielsweise entlang einer Linie angeordnet sein, die senkrecht zur Symmetrieachse der Wölbung des Reflektors liegt. Die Ausnehmungen umfassen die Elektroden mit Abstand, wobei optional der Abstand mit Isoliermaterial ausgefüllt sein kann. Bevorzugt ist jede Elektrode in einer Führung gehaltert, die an einer plattenförmigen Leitung und/oder am Reflektor befestigt ist.
Die Führung kann aus Isoliermaterial bestehen und eine Bohrung aufweisen, in die eine Elektrode geführt ist, optional längsverschieblich.
Der Schalter ist bevorzugt abhängig von der Fördergeschwindigkeit der Fördereinrichtung gesteuert, so dass jeder Abschnitt der Fördereinrichtung einstellbar zumindest einfach oder mehrfach Stoßwellen ausgesetzt ist, z. B. 2 bis 5 Stoßwellen, die auf denselben Abschnitt der Fördereinrichtung gerichtet sind, wobei ein Abschnitt z. B. derjenige Anteil der Fördereinrichtung ist, der von einer vom Reflektor zurückgeworfenen bzw. aus dem Reflektor austretende Stoßwelle getroffen wird, insbesondere ein von dem Reflektor überdeckter Anteil der Fördereinrichtung. Bevorzugt ist der Schalter abhängig von der Fördergeschwindigkeit gesteuert, dass die Oberflächenabschnitte der Fördereinrichtung auf die mittels des Reflektors genau eine Stoßwelle gerichtet ist, in Förderrichtung überlappend von Stoßwellen getroffen werden.
Zur Steuerung des Schalters in Abhängigkeit von der Fördergeschwindigkeit kann die Fördereinrichtung einen von der Fördergeschwindigkeit abhängigen Impulsgeber aufweisen, dessen Impulse zur Steuerung auf den Schalter übertragen werden. Als Impulsgeber kann die Fördereinrichtung eine Inkrementscheibe und einen davon gesteuerten Signalgeber aufweisen, der z. B. induktiv ist. Auf diese Weise ist die Fördereinrichtung mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die mit der Frequenz des Schließens des Schalters gekoppelt bzw. synchronisiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung eine auf die Fördereinrichtung gerichtete optische Kamera aufweisen und eine Steuerung, die abhängig von der Detektion eines Gegenstands auf der Fördereinrichtung den Schalter steuert.
Generell wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eine Erhöhung der Zartheit, z. B. gemessen als Scherkraft, um zumindest 15% bis 30% erreicht, insbesondere bei Behandlung des Lebensmittels mit einer durch 1 Entladung der Spannungsquelle erzeugte Stoßwelle, insbesondere wenn das Lebensmittel Fleisch ist.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand von Beispielen und mit Bezug auf die Figuren beschrieben, die schematisch in
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Ansicht,
2 eine Aufsicht auf einen Abschnitt der Vorrichtung und
3 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigen.
Die 1 zeigt eine Fördereinrichtung 1 in Form eines Förderbands aus aneinander angelenkten Platten aus Kunststoff, bevorzugt aus Stahl, die in einem Zuführabschnitt 1a von einer höheren Ebene in einen tiefer gelegenen Abschnitt 1b innerhalb eines Behälters 2 unterhalb eines Reflektors führt und angrenzend einen Abfuhrabschnitt 1c aufweist, der aus dem Behälter 2 führt. In dieser Ausführungsform wird der Behälter 2 von Wänden gebildet, die zumindest im Behandlungsabschnitt unterhalb des Reflektors beidseitig der Fördereinrichtung 1 angeordnet sind. Die der Fördereinrichtung 1 zugewandten Oberflächen der Wände stehen senkrecht zu den Platten der Fördereinrichtung 1 und daher parallel zur Symmetrieachse des Reflektors. Die Fördereinrichtung 1 ist von einem Motor 3 angetrieben, der als Impulsgeber eine Inkrementscheibe 4, an der ein induktiver Signalgeber 5 angeordnet ist. Die Signale des Signalgebers 5 werden zur Steuerung des Schalters eingesetzt, um Stoßwellen abhängig von der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung 1 zu erzeugen. Ein Rahmen 10 umfasst den Behälter 2. Ein Träger 20 ist durch eine Positioniereinrichtung aus 4 Spindeln 21, die am oberen Ende jeweils ein Kettenrad 22 aufweisen, in Richtung auf die im Behälter 2 angeordnete Fördereinrichtung 1 verfahrbar. Die Kettenräder 22 sind durch eine umlaufende Kette (nicht gezeigt), die mittels eines Handrads 23 angetrieben ist, gekoppelt angetrieben. Jede Spindel 21 ist in jeweils endständigen Festlagern 24 am Rahmen 10 gelagert. Zwischen den Festlagern 24 ist eine mit dem Träger 20 verbundene Spindelmutter 25 (nicht gezeigt) auf der Spindel 21. Die Positioniereinrichtung ist mit den 4 symmetrisch angreifenden Spindeln geeignet, präzise gegen die Fördereinrichtung 1 positioniert zu werden und ausreichend stabil gegen die Belastungen durch Stoßwellen, die gegen den am Träger 20 befestigten Reflektor 26 stoßen. Hier bildet das vorlaufende bzw. obere Trum die Oberfläche der Fördereinrichtung 1, auf der das Lebensmittel angeordnet wird, das rücklaufende Trum kann unterhalb des Behälters 2 verlaufen.
Die 2 zeigt im Schnitt durch eine Ebene etwa senkrecht durch die Fördereinrichtung 1 den Rahmen 10, der den Behälter 2 umfasst, der entsprechend 1 von senkrecht beidseits der Fördereinrichtung 1 angeordneten Wänden gebildet wird. Die Festlager 24 sind endständig an den Spindeln 21 und am Rahmen angeordnet, die Spindelmutter 25 am Träger 20. Der Reflektor 26 ist parabolisch und mit seiner Symmetrieachse vertikal ausgerichtet, so dass seine Öffnung, ca. 20 bis 30 cm Durchmesser, 27 der Fördereinrichtung 1, Breite von ca. 20 bis 30 cm, zugewandt ist, die etwa senkrecht zu der Symmetrieachse des Reflektors 26 liegt. Auf diese Weise werden Stoßwellen, die im Zwischenraum zwischen den Enden der Elektroden 28 erzeugt werden, durch den Reflektor 26 auf die Fördereinrichtung 1 geworfen, bevorzugt etwa senkrecht auf die Fördereinrichtung 1. Die hier gezeigte Fördereinrichtung 1 weist senkrecht zur Förderrichtung angeordnete Mitnehmer oder Trennwände 1d auf.
Die Elektroden 28 sind mit jeweils einer Leitung 29 verbunden, die zumindest in dem Teilstück plattenförmiges Metallblech ist, der mit dem Ende der Elektrode unmittelbar verbunden ist, das dem Zwischenraum gegenüberliegt. Dieses Teilstück der Leitung 29 ist am Träger 20 befestigt, z. B. mittels Isolatoren 30 und weist ein Langloch 31 auf, durch das ein Bolzen oder eine Schraube (nicht gezeigt) zur Verbindung mit einem weiteren Teilstück der Leitung 29 geführt ist. Generell ist ein solches Langloch 31 bevorzugt parallel zur Bewegungsrichtung des Trägers, insbesondere parallel zu Spindeln 21 der Positioniereinrichtung. Die Öffnung 27 des parabolischen Reflektors 26 hat bevorzugt einen Durchmesser etwa gleich der Breite der Fördereinrichtung 1. Z. B. hat die Fördereinrichtung generell bevorzugt eine Breite von 90 bis 110% des Durchmessers des Reflektors 26.
Die Elektroden 28 sind stabförmig und durch Ausnehmungen des Reflektors 26 geführt, wobei der Abstand zwischen der Ausnehmung und der Elektrode von Isoliermaterial ausgefüllt sein kann. Solches Isoliermaterial ist als Führung für die Elektroden bevorzugt, um die Stellung von deren Enden innerhalb des Reflektors 26 zueinander festzulegen.
Der Reflektor 26 ist an zwei beabstandeten Klemmstücken 32 befestigt, die mit jeweils einem am Träger 20 gelagerten Kipphebel 33 am Träger 20 festgelegt sind. Durch die Befestigung von Elektroden 28 und der mit diesen verbundenen Teilstücken der Leitung 29 am Reflektor 26 ist der gemeinsame Austausch dieser Elemente, ggf. nach Lösen der Befestigung des Teilstücks der Leitung 29 vom Träger und Lösen der Verbindung mit dem anderen Teilstück der Leitung 29 auf einfache Weise möglich, so dass sich daraus keine langen Unterbrechungen des Verfahrens ergeben.
Ein stoßwellenempfindlicher Drucksensor 34 ist, wie generell bevorzugt, in dem Abschnitt des Behälters 2 angeordnet, über dem der Reflektor 26 angeordnet ist, so dass die aus der Öffnung 27 des Reflektors 26 austretenden Stoßwellen direkt auf den Drucksensor 34 treffen.
3 zeigt in einer Aufsicht, dass der Behälter 2 den Rahmen umfassen kann. Wie generell bevorzugt ist die aus Kondensatoren gebildete Spannungsquelle 35 in räumlicher Nähe zu den Elektroden angeordnet, so dass die Leitungen kurz sind, vorliegend maximal 1 m zwischen Spannungsquelle bzw. Schalter und Elektroden. In dieser Ausführungsform kann die in 1 und 2 gezeigte Ausführung innerhalb des Gehäuses 36 und des Behälters 2 angeordnet sein, einschließlich der Wände im Behandlungsabschnitt beidseits der Fördereinrichtung 1.
4 zeigt einen Schnitt durch eine symmetrisch aufgebaute Vorrichtung etwa in der Ebene, in der die Elektroden 28 angeordnet sind. Die Elektroden 28 sind mit Abstand zueinander angeordnet und an ihren gegenüberliegenden Enden mit einer Leitung 29 aus Metallblech kontaktiert. Die Elektroden 28 sind abschnittsweise in Isolatoren 30 geführt. Der Träger 20 ist mittels Spindelmuttern 25, die in jeweils einer von vier parallelen Spindeln 21, von denen zwei dargestellt sind, geführt sind. Entsprechend 1 sind die Spindeln 21 symmetrisch zum Abstand zwischen den Enden der Elektroden 28 angeordnet. Schematisch angedeutet ist eine Schockwelle S, die ausgehend von dem Abstand zwischen den Elektroden 21 auf das auf der Fördereinrichtung 1 angeordnete Lebensmittel L zulaufen.
Beispiel: Behandlung von Fleisch mit Stoßwellen
Als Beispiel für Fleisch wurde rohes Roastbeef vom Jungbullen (Fleckvieh) in Scheiben von ca. 2,5 cm Dicke eingesetzt, das in Kunststofffolie verpackt war. Das Fleisch wurde ohne zusätzliche konventionelle Reifung, vor oder nach konventioneller Reifung für 7 Tage oder 14 Tage mit Stoßwellen behandelt. In einer Vorrichtung, wie sie in 3 gezeigt ist, wurden Stoßwellen erzeugt, wobei die Spannungsquelle aus 36 Kondensatoren von je 0,5 μF von einem Ladegerät mit einer Ladeleistung von 8 kW geladen wurde. In einer der Leitungen, die aus Stahlblech bestehen, war als Schalter eine pneumatisch betätigte Funkenstrecke enthalten, die in der Lage war, den Kontakt für die ca. 40 kV aus der Spannungsquelle zu schalten. Der Schalter wurde durch das Signal eines Impulsgebers gesteuert, der an einer von der Fördereinrichtung angetriebenen Inkrementscheibe angeordnet war. In dem Behälter war Leitungswasser enthalten, in das der Reflektor vollständig eingetaucht war. Die Reifung erfolgte bei +2°C bis +5°C vor der Stoßwellenbehandlung. Es hat sich gezeigt, dass die Reifung alternativ auch nach der Stoßwellenbehandlung erfolgen kann.
Der Schalter war abhängig von der Geschwindigkeit des Förderbands so gesteuert, dass jedes Stück Fleisch mit der angegebenen Anzahl von Stoßwellen, die durch je einen Spannungsimpuls erzeugt waren, behandelt wurden.

Die Analyse der Fleischscheiben erfolgte durch Kraftmessungen mit einem Instron 1044 Texture Analyzer TA XT2 zur Zartheitsmessung und Reißkraftmessung. Tabelle 1: Zartheit nach Stoßwellenbehandlung von ganzen Rindfleischstücken aus der oberen äußeren Keule:

Anzahl der erzeugten Stoßwellen	Vergleich, ohne Stoßwellenbehandlung		mit Stoßwellenbehandlung		Erhöhung der Zartheit (%)
	Zartheit Durchschnitt	Zartheit SA	Zartheit Durchschnitt	Zartheit SA
2	7,0	1,3	6,7	1,6	4,8
5	8,4	2,3	6,3	1,7	24,8
Durchschnitt	7,7	2,0	6,5	1,7	15,8

Die Stoßwellen wurden jeweils durch Entladung von 36 kV der Spannungsquelle aus 36 Kondensatoren mit je 0,5 μF erzeugt. Die Vorrichtung entsprach den 1 und 2 mit einem Abstand zwischen dem Elektrodenzwischenraum und der Fördereinrichtung von 18 cm, wobei die Fördereinrichtung so betrieben wurde, dass jedes Stück Fleisch die angegebene Anzahl von Stoßwellen unterhalb des Reflektors erhielt. Die als Vergleich bezeichneten Stücke waren Abschnitte desselben größeren Stücks oder spiegelbildlich von demselben Schlachtkörper stammende Stücke. Es zeigte sich eine Verbesserung der Zartheit dieser Fleischstücke von 15,8% durch die Stoßwellenbehandlung.
In den Tabellen angeben sind Werte der Zartheitsmessung mittels Scherkraftmessung nach Warner-Bratzler in kg, SA = Standardabweichung.

In einem weiteren Versuch wurden Lendensteaks vom Rind mit Stoßwellen behandelt, wobei und ansonsten gleichen Bedingungen wie für Tabelle 1 der Abstand des Elektrodenzwischenraums zur Fördereinrichtung 24 cm betrug. Tabelle 2: Zartheit nach Stoßwellenbehandlung von Rinderlendensteaks:

Anzahl der erzeugten Stoßwellen	Vergleich, ohne Stoßwellenbehandlung		mit Stoßwellenbehandlung		Erhöhung der Zartheit (%)
	Zartheit Durchschnitt	Zartheit SA	Zartheit Durchschnitt	Zartheit SA
1	6,1	0,8	4,5	0,9	25,0
1	3,4	0,5	3,1	0,7	9,4
1	6,3	1,5	5,5	2,0	12,7
1	4,9	1,1	3,6	1,3	25,5
1	3,2	0,4	2,8	0,4	13,6
Durchschnitt	4,8	0,8	3,9	1,1	18,1

Am Beispiel von Steaks zeigt das Verfahren eine Erhöhung der Zartheit von durchschnittlich 18,1%.
Weiter hat sich gezeigt, dass generell eine Verkürzung der Dauer der Reifung um etwa 50%, z. B. von 14 d auf 7 d durch die Behandlung mit einer Stoßwelle erreicht wurde. Ohne Reifung vor oder nach der Stoßwellenbehandlung ergab sich bei diesen Versuchen keine wesentliche Verbesserung der Zartheit, so dass derzeit die Herstellung von zartgemachtem Rindfleisch bevorzugt mit einer Reifung erfolgt, die eine kürzere Dauer hat, als sie ohne Stoßwellenbehandlung für die erreichte Zartheit erforderlich wäre.
Die Ergebnisse zeigten auch große Unterschiede der Zartheit zwischen Fleisch von einzelnen Tieren derselben Rasse, jedoch bei einem einzelnen Tier eine deutliche Verringerung der Dauer der Reifung bei der erfindungsgemäßen Stoßwellenbehandlung.
Die Druckspitzen der Stoßwellen, die mittels einer Vorrichtung nach 1 und 2 erzeugt wurden, konnten mittels eines stoßwellenempfindlichen Drucksensors oder mittels einer druckempfindlichen Folie gemessen werden. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse, die mittels druckempfindlicher Folie bei verschiedenen Spannungen unmittelbar auf der Fördereinrichtung bestimmt wurden, mit denen die Elektroden beaufschlagt wurden. Tabelle 3: Druckspitzen der Stoßwellen

Spannungsstoß Abstand Elektrodenzwischenraum zur Fördereinrichtung

17 cm 27 cm

20 kV 2,1 MPa 0,2 MPa

30 kV 5,1 MPa 4,1 MPa

36 kV 9,7 MPa 8,2 MPa
Diese Ergebnisse zeigen, dass sich die Druckspitze der Stoßwellen durch Positionierung des Elektrodenzwischenraums bzw. des Reflektors von der Fördereinrichtung einstellen lässt. Dies wird erfindungsgemäß durch die Positioniereinrichtung erreicht, alternativ durch die Einstellung der Spannung, mit der die Elektroden beaufschlagt werden. Weiterhin zeigen diese Ergebnisse, dass die Positioniereinrichtung oder das Ladegerät, das die Spannungsquelle auflädt, abhängig von einem Signal eines stoßwellenempfindlichen Drucksensors gesteuert werden kann.

Claims

Vorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung von Lebensmitteln mit dem Schritt der Behandlung mit zumindest einer Stoßwelle, mit einem in einem mit Flüssigkeit füllbaren Behälter (2) angeordneten Paar Elektroden (28), deren Enden um einen Zwischenraum beabstandet sind und die mittels Leitungen (29) mit einer Spannungsquelle verbunden sind, von denen zumindest eine Leitung (29) mit einem Schalter schließbar ist, mit einem über dem Zwischenraum gewölbten Reflektor (26), dessen Öffnung (27) auf eine gegenüber dem Reflektor (26) in einem Abstand angeordnete Fördereinrichtung (1) für Lebensmittel gerichtet ist, wobei der Reflektor (26) und ein Abschnitt der Fördereinrichtung (1) in dem Behälter (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (26) und die Elektroden (29) an einem Träger (20) befestigt sind, der mittels einer Positioniereinrichtung gegen die Fördereinrichtung (1) verfahrbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung zumindest eine in einer Spindelmutter (25) und einem beabstandeten Festlager (22) geführte Spindel (21) oder zumindest einen Hydraulikzylinder aufweist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (20) oberhalb des in dem Behälter (2) angeordneten Abschnitts der Fördereinrichtung (1) angeordnet ist und der Reflektor (26) von einer Stellung innerhalb des Behälters (2) bis in eine Stellung oberhalb des Behälters (2) verfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (26) etwa rotationssymmetrisch um eine Symmetrieachse geformt ist, auf der sein Brennpunkt liegt und geformt ist, von dem Brennpunkt ausgehende Stoßwellen etwa parallel zu der Symmetrieachse zurückzuwerfen und der Zwischenraum zwischen den Enden der Elektroden (28) im Brennpunkt des Reflektors (26) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stoßwellenempfindlicher Drucksensor (34) in dem Behälter (2) angeordnet ist und die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, die eingerichtet ist, den Reflektor (26) gegen die Fördereinrichtung (1) zu verfahren, bis bei einer Stoßwelle ein vorbestimmtes Signal durch den Drucksensor (34) erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (28) am Reflektor (26) gelagert sind und der Reflektor (26) mittels zumindest eines Klemmstücks (32) und eines damit verriegelbaren Kipphebels (33) mit dem Träger (20) verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (29) zumindest in einem an die Elektroden (28) angrenzenden Abschnitt bis maximal bis an eine Kontaktstelle der Spannungsquelle von plattenförmigem Blech gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (1) ein Förderband ist, dessen Geschwindigkeit mit der Frequenz der Betätigung des Schalters gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Behälter (2) und Träger (20) von einem Rahmen (10) umfasst sind, an dem der Träger (20) mittels einer angetriebenen Positioniereinrichtung verfahrbar ist, die symmetrisch in einem Abstand zur Symmetrieachse des Reflektors (26) angeordnete, gekoppelt angetriebene Spindeln (21) oder Hydraulikzylinder aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Lebensmitteln mit dem Schritt der Behandlung mit zumindest einer Stoßwelle in einem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter (2) durch Beaufschlagen zumindest eines in dem Behälter (2) angeordneten Paars Elektroden (28), deren Enden um einen Zwischenraum beabstandet sind und die mittels Leitungen (29) mit einer Spannungsquelle verbunden sind, von denen zumindest eine Leitung (29) mit einem Schalter geschlossen wird, mit einem elektrischen Impuls, mit einem über dem Zwischenraum gewölbten Reflektor (26), dessen Öffnung (27) auf eine gegenüber dem Reflektor (26) in einem Abstand angeordnete Fördereinrichtung (1) für Lebensmittel gerichtet ist, wobei der Reflektor (26) und ein Abschnitt der Fördereinrichtung (1) in dem Behälter (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (26) und die Elektroden (28) an einem Träger (20) befestigt sind, der mittels einer Positioniereinrichtung gegen die Fördereinrichtung (1) verfahren wird, bis bei einer Stoßwelle angrenzend an die Fördereinrichtung (1) ein vorbestimmter Druck erreicht wird, wobei der elektrische Impuls durch Leitungen (29) geleitet wird, die zumindest angrenzend an die Elektroden (28) plattenförmige Bleche sind.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (20) mittels einer Positioniereinrichtung geführt gegen die Fördereinrichtung (1) verfahren wird, bis ein in dem Behälter (2) in der Flüssigkeit angeordneter stoßwellenempfindlicher Drucksensor (34) bei einer Stoßwelle ein vorbestimmtes Signal erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (1) zu einer Geschwindigkeit angetrieben wird, die mit der Frequenz des Schließens des Schalters gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lebensmittel Fleisch ist, das vor und/oder nach der Behandlung für maximal 7 Tage bei maximal 7°C zur Reifung gelagert wird.