DE102018201498A1

DE102018201498A1 - Vorrichtung zur Elektroporation von Lebensmitteln mit einem Schutz gegen Ablagerungen

Info

Publication number: DE102018201498A1
Application number: DE102018201498.1A
Authority: DE
Inventors: Claudia Siemer; Stefan Toepfl; Julian Witt
Original assignee: Elea Vertriebs und Vermarktungsgesellschaft Mbh; Elea Vertriebs- und Vermarktungsgesellschaft Mbh
Current assignee: Elea Service GmbH
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-01
Also published as: EP3745879A1; WO2019149491A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Behandlung von Medien, insbesondere zur Elektroporation von Lebensmitteln, umfassend eine Behandlungskammer (2) zur Aufnahme des zu behandelnden Mediums und wenigstens zwei Elektroden (10) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Behandlungskammer (2). Damit die Vorrichtung ein homogenes elektrisches Feld gewährleitstet und weniger Verunreinigungen auftreten, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner wenigstens einen Freihalter (4) zum Schutz gegen Ablagerungen des Mediums an einer mit dem Medium in Berührung kommenden Kontaktfläche (5) der Vorrichtung (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Medien, insbesondere zur Elektroporation von Lebensmitteln, umfassend eine Behandlungskammer zur Aufnahme des zu behandelnden Mediums und wenigstens zwei Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Behandlungskammer.
Es ist bekannt, Lebensmittel mit einem elektrischen Feld zu behandeln, um zum Beispiel die Haltbarkeit der Lebensmittel zu verbessern, indem die Zellmembranen schädlicher Mikroorganismen durch das elektrische Feld perforiert und die Mikroorganismen dadurch abgetötet werden.
Bei der Behandlung eines Lebensmittels mit einem elektrischen Feld kann es, insbesondere bei proteinhaltigen Produkten, die Eiweiß, Eigelb oder Molkeproteine enthalten, zu einer unerwünschten Proteindenaturierung und dem sogenannten Fouling, bei welchem sich unerwünschte Rückstände bilden, kommen.
Die unerwünschten Rückstände verschmutzen die Behandlungsapparatur, verunreinigen nachfolgende Medien und beeinflussen den ordnungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung negativ, weil sie die Ausbildung des homogenen elektrischen Feldes stören.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Behandlung von Medien, insbesondere zur Elektroporation von Lebensmitteln bereitzustellen, welche ein homogenes elektrisches Feld gewährleitstet und Verunreinigungen der Vorrichtung reduziert.
Die eingangs genannte Vorrichtung löst diese Aufgabe durch wenigstens einen Freihalter zum Schutz gegen Ablagerungen des Mediums an einer mit dem Medium in Berührung kommenden Kontaktfläche der Vorrichtung.
Der Freihalter, eine Struktur bzw. ein Element, welches das Anhaften von Stoffen des Mediums präventiv unterdrückt und/oder bereits vorhandene Ablagerungen von der Kontaktfläche entfemt, sorgt dafür, dass sich keine unerwünschten Rückstände in der Vorrichtung, zum Beispiel in einem Teil der Behandlungskammer oder an Flächen der Elektroden absetzen, welche zu Verschmutzungen führen oder die Homogenität des erzeugten elektrischen Feldes negativ beeinflussen könnten.
Die Erfindung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Weiterentwicklungen und vorteilhaften Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
Eine Elektroporation hat die reversible oder irreversible Permeabilisierung der Zellmembran zur Folge und kann beispielsweise zur Abtötung von Mikroorganismen in einem Lebensmittel eingesetzt werden. Die Elektroporation von Lebensmitteln kann besonders effektiv dadurch erreicht werden, dass die wenigstens zwei Elektroden mit einem Impulsgenerator verbunden sind. Dabei können verschiedene Elektrodenformen zur Anwendung kommen, beispielsweise Platten-, Ring-, Gitter-, Hohl- oder Durchflusselektroden. Als Impulsgenerator kann ein Hochspannungsimpulsgenerator eingesetzt werden, beispielsweise ein Marx-Generator, der elektrische Felder in Form von kurzen Pulsen im Mikro- bis Millisekundenbereich einer hohen Spannung im Kilovoltbereich erzeugt.
Die Elektroden können parallel, koaxial, kollinear, konisch oder als Ringspalt angeordnet sein. Dabei kann der Abstand zwischen den Elektroden, der Elektrodenabstand, sowohl feststehend als auch variabel sein. Bei Ringspaltelektroden ist eine Elektrode als Rohrstück und die andere Elektrode als Elektrodenplatte ausgebildet. Die Elektrodenplatte ist an einer Stirnseite der Rohrelektrode, von dieser beabstandet angeordnet. Der Abstand zwischen Stirnseite der Ring- bzw. Rohrelektrode von der Elektrodenplatte entspricht dem Elektrodenabstand, der bei dieser Ausführungsform einfach variabel einstellbar sein kann, indem man die beiden Elektroden zueinander verschieblich ausgestaltet. Auch bei einer konischen Elektrode, bei welcher sowohl die Innenelektrode als auch die Außenelektrode beide konisch ausgebildet sind, kann ein variabler Elektrodenabstand erreicht werden, sofern die beiden konischen Elektroden entlang der Rotationsachse verschieblich zueinander angeordnet sind. Koaxiale und kollineare Elektrodenanordnungen weisen bevorzugt einen feststehenden Elektrodenabstand auf.
Gemäß einer Ausführungsform kann wenigstens eine Elektrode einen Wandabschnitt der Behandlungskammer ausbilden. Beispielsweise können zwei Plattenelektroden sich gegenüberliegende Wände der Behandlungskammer ausbilden. Es ist auch möglich, eine Ring- bzw. Rohrelektrode als seitliche Begrenzung und somit Wandabschnitt der Behandlungskammer vorzusehen.
Um eine kontinuierliche Behandlung des Mediums zu gewährleisten, kann die Behandlungskammer eine Einlassöffnung und eine davon beabstandete Auslassöffnung aufweisen. Die Kammer kann beispielsweise eine Durchflusskammer darstellen, in welche kontinuierlich Medium eingeführt und eine entsprechende Menge des Mediums an anderer Stelle wieder ausgeführt wird. Mögliche Ausgestaltungen sind beispielsweise eine Behandlungskammer, die von einem Rohr bzw. einem Rohrleitungsabschnitt ausgebildet ist, was insbesondere für die Behandlung von fließfähigen Medien vorteilhaft und auf einfache Weise umsetzbar ist.
Ein „Freihalter“ in Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Element bzw. Bauteil der Vorrichtung, welches Ablagerungen des Mediums an einer mit dem Medium in Berührung kommenden Kontaktoberfläche der Vorrichtung, beispielsweise einem Teil der Behandlungskammer oder einer Elektrodenoberfläche, präventiv unterdrückt, das heißt die Ablagerungen von vomehinein unterbindet, und/oder bereits vorhandene Ablagerungen nachträglich wieder entfernt.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Oberflächenbeschichtung auf der Kontaktoberfläche den Freihalter ausbilden. Die Oberflächenbeschichtung ist dabei an die entsprechende Kontaktfläche der Vorrichtung, auf welcher sie aufgebracht ist, anzupassen. Wird die Oberflächenbeschichtung auf einem Teil einer Elektrode aufgebracht, so ist diese Beschichtung elektrisch leitend auszugestalten, um die Ausbildung des elektrischen Feldes nicht zu beeinflussen. Ist die Oberflächenbeschichtung auf einer elektrisch isolierenden Kontaktfläche ausgebildet, so ist die Oberflächenbeschichtung ebenfalls elektrisch isolierend auszugestalten. Die Oberflächenbeschichtung kann eine Antihaftbeschichtung sein, bzw. anti-adhäsive Eigenschaften aufweisen. Um Ablagerungen von denaturierten Proteinen zu unterbinden, kann die Oberflächenbeschichtung vorzugsweise aus einem hydrophoben Material bestehen. Hydrophobe Materialien reduzieren Adhäsion denaturierter Lebensmittelkomponenten und unterdrücken präventiv die Ausbildung einer Ablagerung dieser unerwünschten Abbauprodukte. Hydrophobe Oberflächenbeschichtung sind solche, die wasserabweisend sind, an denen Wasser also abperlt. Hydrophobe Oberflächen weisen einen Wasserkontaktwinkel von über 90° auf, wobei der Kontaktwinkel beispielsweise mit einem Kontaktwinkel-Goniometer gemessen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Freihalter ein Abstreifelement zum Abschaben von Ablagerungen auf der Kontaktoberfläche umfassen. Mittels eines solchen Abstreifelements können bereits entstandene Ablagerungen von der Kontaktoberfläche nachträglich wieder entfemt werden. Der Abstreifer sollte eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um die Ablagerungen entfernen zu können, gleichzeitig aber nicht so hart sein, dass er die Kontaktfläche, mit welcher er in Berührung kommt, dabei beschädigt. Das Abstreifelement kann beispielsweise aus Gummi oder einem Kunststoff mit entsprechenden Eigenschaften gefertigt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Abstreifelement auf einer Elektrode angeordnet sein, was insofern vorteilhaft ist, als die Oberfläche von Elektroden, welche mit dem Medium in Kontakt kommen, besonders anfällig für Ablagerungen sind, und man das Abstreifelement somit in unmittelbarer Nähe zu der Kontaktfläche platzieren kann. Der Abstreifer kann sich von einer Elektrode bis zu der entsprechenden anderen Elektrode erstrecken und somit den kompletten Raum, entlang welchem die Feldlinien des angelegten elektrischen Feldes verlaufen, überbrücken und abdecken.
Das Abstreifelement kann relativ zur Kontaktoberfläche beweglich ausgebildet sein, was insofern vorteilhaft ist, als man dadurch die Abschabbewegung des Abstreifelements entlang der Kontaktfläche bewerkstelligt. Gleichzeitig kann das Abstreifelement ein bewegliches Mischwerkzeug zum Durchmischen des Mediums ausbilden, was zu einem besonders gleichmäßigen Energieeintrag in das Medium führt.
Das Abstreifelement kann drehstarr mit einer rotierenden Welle verbunden sein. Die rotierbare Welle kann in der Behandlungskammer angeordnet sein und beispielsweise aus einem isolierenden Material gebildet sein, also ein Isolator sein. Die Welle kann auch von einer rotierbaren Elektrode ausgebildet werden. Neben einer zentral in der Behandlungskammer liegenden rotierbaren Welle, kann auch eine rotierbare Außenwelle, beispielsweise eine Hohlwelle, die eine Rohrleitung bzw. einen Rohrleitungsabschnitt ausgebildet, drehstarr mit dem Abstreifelement verbunden sein. Selbstverständlich ist auch die Kombination einer sowohl rotierbaren Innenwelle als auch rotierbaren äußeren Hohlwelle denkbar.
Wie bereits erwähnt kann eine der Elektroden die rotierbare Welle ausbilden. So sind Ausgestaltungen möglich, bei denen eine der Elektroden relativ zu einer anderen, feststehenden Elektrode rotierbar ausgebildet ist. An wenigstens einer der beiden Elektroden kann das Abstreifelement angeordnet sein, welches sich dann relativ zu der anderen Elektrode bewegt, sei es dass es mit der rotierbaren Elektrode an der feststehenden Elektrode oder dass die rotierende Elektrode an dem feststehenden Abstreifelement entlanggeführt wird. Möglich sind auch Ausgestaltungen mit zwei Abstreifelementen, von denen eines an der feststehenden und das andere an der rotierende Elektrode angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner einen Turbulentmischer zur Erzeugung einer turbulenten Durchmischung des Mediums in der Behandlungskammer aufweisen. Ein solcher Turbulentmischer erzeugt in der Behandlungskammer eine turbulente Strömung, was zu einer besonders guten Durchmischung führt. Turbulenz vermeidet, dass es an der Grenzfläche zwischen Vorrichtung und Medium zu einer Überbehandlung und zu unerwünschten Abbauprodukten des behandelten Mediums aufgrund einer geringeren Fließgeschwindigkeit, wie sie bei einer laminaren Strömung auftritt, kommt. Ein turbulentes Strömungsprofil ist somit vorteilhaft, weil es die Grenzschichtdicke verringert, was die Ablagerungen von potenziell an einer Oberfläche anhaftenden Materials minimiert. Ein Turbulentmischer stellt somit eine weitere mögliche Ausführungsform eines Freihalters im Sinner der vorliegenden Erfindung dar.
Der Turbulentmischer kann einen statischen Mischer, Turbulatoren, einen Turbulenzgenerator und/oder bewegliche Bauteile umfassen. Turbulenz kann passiv durch spezielle Formgebungen bewirkt werden, etwa bei statischen Mischern oder durch Turbulatoren bzw. Turbulatorstrukturen. Statische Mischer, auch Statikmischer genannt, sind Vorrichtungen zum Mischen von Fluiden, die über keine beweglichen Elemente, sondern strömungsbeeinflussende Elemente verfügen. Die strömungsbeeinflussenden Elemente teilen den Stoffstrom, verdrehen die Strömen und führen sie wieder zusammen. Diese Elemente können schrauben-, lamellen- oder auch gitterförmig sein. Unter einem Turbulator oder einer Turbulatorstruktur ist eine Oberflächenstörung zu verstehen, welche eine laminare Grenzschichtströmung verwirbelt und in eine turbulente Strömung überführt. Beispiele von Turbulatorstrukturen sind Dimples genannte kleine Vertiefungen auf einer Oberfläche, wie sich beispielsweise bei Golfbällen finden, oder quer zur Strömungsrichtung verlaufende Schienen oder kleine vertikale Bleche oder Bohrungen, wie sie sich beispielsweise auf Querrudem von Segelflugzeugen oder bei Windkraftanlagen finden lassen. Ein passiver Turbulenzmischer kann auf dem Freihalter angeordnet sein. So kann zum Beispiel eine Oberflächenbeschichtung, die einen Freihalter ausbildet, mit Turbulatoren versehen sein.
Neben solch passiven Turbulentmischem wie statischen Mischern oder Turbulatoren sind auch aktive Turbulentmischer, beispielsweise Turbulenzgeneratoren und/oder bewegliche Bauteile möglich. Zum Beispiel kann ein Ultraschallerzeuger oder ein Vibrator, der bestimmte Bereiche der Vorrichtung in Vibrationen versetzt als Turbulenzgenerator vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Gaseinströmvorrichtung als Turbulentmischer vorgesehen sein, durch welche ein gasförmiges Medium über die Kontaktfläche in die Behandlungskammer eingebracht wird. Beispielsweise können Reihen feiner Bohrungen an der Kontaktfläche vorgesehen sein, durch welche Luft quer zur Strömungsrichtung eingeblasen werden kann.
Bewegliche Teile können beispielsweise bewegliche Mischwerkzeuge, wie Schaufel-, Turbinen- oder Schneckenmischer, oder auch bewegbare Behälter, beispielsweise Trommelmischer oder Konusmischer sein.
In einer Ausführungsform bildet der Freihalter ein Element des Turbulentmischers aus. Beispielsweise kann ein relativ zur Kontaktfläche beweglich ausgebildetes Abstreifelement ein Mischwerkzeug eines Turbulentmischers sein, ebenso wie beispielsweise eine rotierbare Hohlwelle als Außenelektrode oder eine in der Behandlungskammer liegende rotierbare Innenelektrode.
Im Folgenden wir die Erfindung anhand vorteilhafter Ausgestaltungen mit Bezug auf die Zeichnungen und nachfolgenden Versuchsbeispiele beispielhaft näher erläutert. Die dabei dargestellten vorteilhaften Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind jeweils voneinander unabhängig und können beliebig miteinander kombiniert werden, je nachdem, wie es im Anwendungsfall notwendig ist.
Es zeigen:

1 eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Behandeln von Medien, insbesondere zur Elektroporation von Lebensmitteln in einer schematischen Darstellung im Längsschnitt;
2 eine beispielhafte weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt (links) sowie im Querschnitt (rechts);
3 eine beispielhafte weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt (links) sowie im Querschnitt (rechts);
4 eine beispielhafte weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt (links) sowie im Querschnitt (rechts); und
5 eine schematisch Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt.

Eine Vorrichtung 1 zur Behandlung von Medien, insbesondere zur Elektroporation von Lebensmitteln in einer ersten Ausführungsform ist beispielhaft in 1 gezeigt.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst eine Behandlungskammer 2 zur Aufnahme des zu behandelnden Mediums, wenigstens zwei Elektroden 10 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Behandlungskammer 2, und wenigstens einen Freihalter 4 zum Schutz gegen Ablagerungen des Mediums an einer mit dem Medium in Kontakt kommenden Kontaktfläche 5 der Vorrichtung 1.
Die Behandlungskammer 2 begrenzt einen Behandlungsraum 6, der über eine Einlassöffnung 7 und eine Auslassöffnung 8 zugänglich ist. Die Einlassöffnung 6 ist an einer Seite der Behandlungskammer 2 angeordnet und die Auslassöffnung 8 ist von der Einlassöffnung 7 beabstandet und an der davon gegenüberliegenden Seite der Behandlungskammer 2 angeordnet. Die Behandlungskammer 2 ist in der gezeigten Ausführungsform als Durchflusskammer 9 ausgebildet und zur kontinuierlichen Behandlung von Medium mit einem elektrischen Feld im Behandlungsraum 6 konzipiert. In 1 signalisieren die Pfeile im Bereich der Einlassöffnung 7 und Auslassöffnung 8 die Fließrichtung des Mediums durch die Kammer 9.
In der gezeigten Ausführungsform sind zwei Elektroden 10 über Energieleitungen 11 mit einer Spannungsquelle 12, in der gezeigten Ausführungsform einem Impulsgenerator 13 verbunden. Die beiden Elektroden bilden einen Kondensator 3 zur Ausbildung eines elektrischen Feld in der Behandlungskammer 6. In der gezeigten Ausführungsform sind die beiden Elektroden 10 aus Elektrodenplatten gebildet, die parallel zueinander angeordnet sind und auf diese Weise parallele Wandungen der Behandlungskammer 2 bilden, welche den Behandlungsraum 6 an sich gegenüberliegenden Seiten begrenzen. Die Elektroden 10 bilden in der gezeigten Ausführungsform somit einen Wandabschnitt 14 der Behandlungskammer 2 aus.
Bei einer derartigen Elektrodenanordnung kann ein homogenes elektrisches Feld zur gleichmäßigen Medienbehandlung erzeugt werden. Als Impulsgenerator 13 kann beispielsweise ein Hochspannungsimpulsgenerator, wie ein Marx-Generator eingesetzt werden, mit dem elektrische Impulse einer hohen Spannung im Kilovoltbereich und einer kurzen Dauer im Mikro- bis Millisekundenbereich generiert werden können.
Die in den Behandlungsraum 6 der Behandlungskammer 2 weisenden Flächen der Vorrichtung 1 kommen mit dem zu behandelnden Medium 1 in Berührung und bilden somit Kontaktflächen 5 aus. Bei der Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Behandlungskammer 2 und der entsprechenden Behandlung des Mediums kann es zu einer Denaturierung, beispielsweise von Proteinen eines Lebensmittels kommen, welche sich an einer Kontaktfläche ablagern können. Derartige Ablagerungen sind unerwünscht, da sie die Vorrichtung 1 verschmutzen und die angestrebte Homogenität des erzeugten elektrischen Feldes negativ beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung sieht daher einen Freihalter 4 zum Schutz gegen Ablagerungen des Mediums vor, der an einer Kontaktfläche 5 angeordnet ist.
In der Ausführungsform der 1 bildet eine Oberflächenbeschichtung 15 auf der Kontaktoberfläche 5 den Freihalter 4 aus. Die Oberflächenbeschichtung 15 kann als Anti-Haft-Beschichtung für die potenziell unerwünschten Ablagerungen ausgebildet sein. Bei der Behandlung von Lebensmitteln kann die Adhäsion von Ablagerungen, insbesondere in Form degradierter Proteine, vermieden werden, indem die Oberflächenbeschichtung 15 hydrophob ist, weil die meisten unerwünschten Abbauprodukte von einer hydrophoben Oberfläche abgestoßen werden. So kann auf einfache Weise ein präventiver, vorbeugender Schutz zur Unterdrückung von Ablagerungen an der Kontaktfläche 5 erreicht werden.
Die Vorrichtung 1 in der in 1 gezeigten Ausführungsform weist ferner einen Turbulentmischer 16 zur Erzeugungen einer turbulenten Durchmischung des Mediums in der Behandlungskammer 2 auf. Der Turbulentmischer 16 stellt einen weiteren Freihalter 4 dar. Er verringert die Dicke der Grenzschicht zwischen Kontaktfläche 5 bzw. Oberflächenbeschichtung 15 und dem in der Behandlungskammer 2 befindlichen Medium. Dadurch steigt die Fließgeschwindigkeit des Mediums entlang der Kontaktfläche 5, was die Gefahr von Ablagerungen reduziert und bereits vorhandenen Ablagerung von der Kontaktfläche 5 abspülen kann. Aufgrund der vom Turbulentmischer 16 erzeugten turbulenten Strömung herrscht eine nahezu konstante Fließgeschwindigkeit des Mediums im gesamten Behandlungsraum 6 vor. Dies fördert eine homogene Durchmischung des Mediums und ermöglicht einen gleichmäßigen Energieeintrag ohne unerwünschte Energiespitzen in bestimmten Bereichen der Behandlungskammer 2, wo das Medium langsamer fließt und dadurch länger behandelt wird.
Der Turbulentmischer 16 der 1 ist ein passiver Mischer ohne bewegliche Teile. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Turbulentmischer 16 Turbulatoren 17 in Form von sogenannten Dimples 18, welche zu einem Abriss eines laminaren Strömungsprofils an der Kontaktfläche 5 und zu Verwirbelungen und somit Turbulenzen führen.
Eine alternative Ausgestaltung eines passiven Turbulentmischers wäre beispielsweise ein sogenannter statischer Mischer, den man im Behandlungsraum 6 anordnen könnte.
Auch ein Turbulenzgenerator, beispielsweise ein Ultraschallerzeuger oder in Vibrator (nicht gezeigt) oder ein Turbulentmischer mit beweglichen Teilen, worauf nachfolgend eingegangen werden wird, können zur Erzeugung einer turbulenten Durchmischung in der Behandlungskammer 2 eingesetzt werden.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt. In 2 sowie in allen nachfolgenden Figuren werden für Elemente, deren Funktion und/oder Aufbau ähnlich zu Elementen einer der vorherigen Ausführungsformen ist, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die Behandlungskammer 2 der weiteren Ausführungsform aus 2 ist ebenfalls als Durchflusskammer 9 mit einer Einlassöffnung 7 und einer Auslassöffnung 8 ausgebildet. Im Unterschied zur Behandlungskammer 2 der 1 ist die Behandlungskammer 2 der 2 mit einem ringförmigen Behandlungsraum 6 versehen. Die Elektroden 10 der Ausführungsform aus 2 umfassen eine Außenelektrode 19 sowie eine Innenelektrode 20, die koaxial zueinander angeordnet sind und zwischen denen sich ein ringförmiger Behandlungsraum 6 erstreckt. Sowohl die Innenelektrode 20 als auch die Außenelektrode 19 bilden mit ihren in den Behandlungsraum 6 gerichteten Zylinderflächen Wandabschnitte 14 der Behandlungskammer 2 aus. Die Außenelektrode 19 ist als Elektrodenrohr ausgebildet. Die Innenelektrode 20 kann sowohl als Rohrelektrode als auch als Stabelektrode ausgebildet sein, wobei die Längsachsen L der beiden rotationssymmetrischen Elektroden 19, 20 übereinstimmen, so dass diese koaxial angeordnet sind.
Zwischen den Elektroden 10 der Ausführungsform aus 1 wie auch bei den Elektroden 10 der Ausführungsform der 2 besteht ein gleichbleibender, feststehender Elektrodenabstand, was zur Erzeugung eines homogenen elektrischen Feldes beiträgt.
In der Ausführungsform der 2 wird die Behandlungskammer 2 von Rohrleitungsabschnitten der rohr- bzw. stabförmigen Elektroden 10 ausgebildet, wobei die Einlassöffnung 7 an der einen Seite des Rohrleitungsabschnittes und die Auslassöffnung 8 an der gegenüberliegenden Stirnseite des Rohrleitungsabschnittes angeordnet ist. So kann das Medium kontinuierlich durch den im Rohrleitungsabschnitt befindlichen Behandlungsraum 6 fließen (die Fließrichtung des Mediums im Bereich der Einlassöffnung 7 und Auslassöffnung 8 ist durch Pfeile in 2 angedeutet).
Im Unterschied zur Ausführungsform der 1 weist die Vorrichtung 1 der Ausführungsform gemäß 2 als Freihalter 4 ein Abstreifelement 21 zum Abschaben von Ablagerungen auf der Kontaktoberfläche 5 auf. Das Abstreifelement 21 kann beispielsweise aus Gummi oder einem Kunststoff mit isolierenden Eigenschaften, der hinsichtlich Härte und Elastizität Gummi entspricht, bestehen.
In der Ausführungsform der 2 ist das Abstreifelement 21 auf einer Elektrode 10, nämlich der Außenelektrode 19 angeordnet. Beispielhaft ist das Abstreifelement 21 an der Kontaktfläche 5 der Außenelektrode 19 befestigt und erstreckt sich von der Außenelektrode 19 bis zur Innenelektrode 20 des Kondensators 3.
Das Abstreifelement 21 kann lamellenförmig ausgeformt sein und sich erstreckt parallel zur Längsachse L der rohrförmigen Durchflusskammer 9.
In der Ausführungsform der 2 ist ein weiteres Abstreifelement 22 vorgesehen, welches symmetrisch hinsichtlich der Längsachse L der Vorrichtung 1 angeordnet und somit ebenfalls an der Kontaktfläche 5 der Außenelektrode 19 angebracht ist.
Bei der 2 ist die Innenelektrode 20 feststehend, wohingegen die Außenelektrode 19 rotierbar ausgebildet ist. Die Außenelektrode 19 bildet somit eine rotierbare Welle 23 aus, wie durch den Pfeil auf der rechten Seite der 2 angedeutet ist. Der rechte Teil der 2 entspricht dem Querschnitt entlang der Schnittline A-A des linken Teils der 2.
Da die Abstreifelemente 21, 22 drehstarr mit der rotierbaren Welle 23 verbunden sind, rotieren die Abstreifelemente 21, 22 folglich bei Rotation der Welle 23 mit und streifen dabei entlang der Kontaktfläche 5 der Innenelektrode 20. Ablagerungen, die sich an dieser Kontaktfläche 5 abgesetzt haben, werden von den Abstreifelementen 21, 22 abgeschabt und entfernt, weil die Abstreifelement 21, 22 relativ zur Kontaktfläche 5 der Innenelektrode 20 beweglich ausgebildet sind.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass durch die beweglichen Abstreifelemente 21, 22 ein bewegliches Mischwerkzeug ausbilden, welches das Medium im Behandlungsraum 6 durchmischt. Bei ausreichender Rotationsgeschwindigkeit kann diese Mischwerkzeug eine turbulente Durchmischung des Mediums im Behandlungsraum 6 erzielen, so dass das Abstreifelement 21, 22 einen Turbulentmischer 16 ausbilden kann.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, bei der die Elektroden 5 kollinear zueinander angeordnet sind, ist in 3 gezeigt.
Der Aufbau der Behandlungskammer 2 als rohrförmige Durchflusskammer 9 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der 2. Nachfolgend wird auf die Unterschiede der 3 zur Ausführungsform der 2 näher eingegangen.
Die Elektroden 10 bei der Ausführungsform der 3 sind kollinear angeordnet. Es sind zwei ring- bzw. rohrförmige Außenelektroden 19, 19' entlang der Längsachse L der Vorrichtung 1 voneinander beabstandet angeordnet, mit einem dazwischen liegenden, ebenfalls rohrförmigen Isolator 24. Die Außenelektroden 19, 19' und der Isolator 24 weisen alle den gleichen Durchmesser auf. Anstelle einer Innenelektrode 20 ist bei der Ausführungsform der 3 ein Innenisolator 25 vorgesehen, der stab- oder rohrförmig ausgebildet sein kann und koaxial mit der Einheit aus Außenelektroden 19, 19' und Isolatorring 24 angeordnet ist.
Im Unterschied zur Ausführungsform der 2 sind die Abstreifelemente 21, 22 bei der Ausführungsform der 3 drehstarr mit dem Innenisolator 25 verbunden, wobei der Innenisolator 25 als rotierbare Welle 23 ausgebildet ist, so dass sich die Abstreifelemente 21, 22 zusammen mit dem Innenisolator 25 drehen, wie durch die Pfeile in der rechten Seite der 3 angedeutet ist.
Die Außenelektroden 19, 19' und der Isolator 24 sind bei der Ausführungsform der 3 feststehend, so dass die Abstreifelemente 21, 22 relativ zur Kontaktfläche 5 der Außenelektroden 10 bzw. des Isolators 24 bewegt und Ablagerungen an dieser Kontaktfläche 5 abgeschabt werden.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Die Elektroden 10 dieser Ausführungsform sind konisch angeordnet.
Wie bei der Ausführungsform der 2, weist auch die Ausführungsform der 4 eine Außenelektrode 19 und eine Innenelektrode 20 auf. Die Außenelektrode 19 ist trichterförmig als hohler Konus ausgestaltet. Die Innenelektrode 20 ist kegelförmig, wobei die Rotationsachsen der konischen Außenelektrode 19 und der kegelförmigen Innenelektrode 20 zusammenfallen und somit einen konischen Behandlungsraum 6 der Behandlungskammer 2 zwischen sich ausbilden.
Wie durch den doppelseitigen Pfeil auf der linken Seite der 4 angedeutet ist, können die Außenelektrode 19 und die Innenelektrode 20 entlang der Längsachse L relativ zueinander verschiebbar angeordnet sein, so dass man einen variablen Elektrodenabstand und eine variable Größe des Behandlungsraums 16 bei der Ausführungsform der 3 realisieren kann.
Bei der Ausführungsform der 4 ist, wie bereits bei den vorherigen Ausführungsformen der 2 und 3, eine der Elektroden, nämlich die Außenelektrode 19, feststehend, wohingegen die andere Elektrode, in 4 die Innenelektrode 20 als rotierbare Welle 23 ausgebildet ist.
Auch die Ausführungsform der 4 weist zwei Abstreifelemente 21, 22 auf, die an einer der Elektroden 10 angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel der 4 sind die Abstreifelemente 21, 22 an der in den Behandlungsraum 4 weisenden Fläche der Außenelektrode 19 befestigt. Da die Abstreifelemente 21, 22 an der feststehenden Außenelektrode 19 angebracht sind, rotieren diese bei der Ausführungsform der 4 nicht. Die relative Bewegung der Abstreifelemente 21, 22 zur Kontaktfläche 5 wird dadurch erreicht, dass die Innenelektrode 20 als rotierende Welle 23 ausgebildet ist, die mit ihrer in den Behandlungsraum 4 weisenden Kontaktfläche 5 an den feststehenden Abstreifelementen 21, 22 entlang geführt wird, woraufhin Ablagerungen an dieser Kontaktfläche 5 abgeschabt werden können.
Schließlich wird auf eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die in 5 gezeigt ist, eingegangen. Die Elektroden 10 der 5 sind als Ringspalt angeordnet.
Dazu weist die Ausführungsform der 5 eine erste rohrförmige Elektrode 26 auf, die gleichzeitig auch den Behandlungsraum 6 der Behandlungskammer 2 begrenzt. Die weitere Elektrode ist eine Plattenelektrode 27, welche einer Stirnfläche 28 der Rohrelektrode 26 zugeordnet ist und die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse L der Rohrelektrode 26 angeordnet ist. Die in den Behandlungsraum 6 weisende Kontaktfläche 5 der Plattenelektrode 27 grenzt nicht unmittelbar an die Stirnfläche 28 der Rohrelektrode 26 an, so dass sich ein Ringspalt 29 zwischen Stirnfläche 28 und der in den Behandlungsraum 6 weisenden Kontaktfläche 5 der Plattenelektrode 27 ausgebildet. Wie durch die Pfeile in 5 angedeutet, strömt das zu behandelnde Medium durch die Rohrelektrode 26, prallt dann auf die Plattenelektrode 27, wird an der Plattenelektrode 27 umgelenkt und durch den Ringspalt 29 als Auslassöffnung 8 der Behandlungskammer 2 ausgetragen.
Bei der Ausführungsform der 5 sind im Ringspalt 29 Abstreifelemente 21 angeordnet, die sich von der Stirnfläche 28 bis zur Plattenelektrode 27 erstrecken.
Bei der Ausführungsform der 5 mit Ringspalt 29 sind die Abstreifelemente 21 mit einer der Elektroden 26, 27 verbunden. Zudem sind die Elektroden 26, 27 relativ zueinander beweglich ausgestaltet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine der Elektroden 26, 27 feststehend und die andere Elektrode 26, 27 als rotierbare Welle bzw. Platte ausgebildet ist. Es ist auch möglich, beide Elektroden 26, 27, allerdings in unterschiedlichen Rotationsrichtungen um die Längsachse L rotierbar auszugestalten.
Bei der Ausführungsform der 5 ist die in den Behandlungsraum 6 weisende Grenzfläche der Rohrelektrode 26 zudem mit einer Oberflächenbeschichtung 15 versehen, welche auf der Kontaktfläche 5 der Elektrode 26, zusätzlich zu den Abstreifelementen 21, 22, einen weiteren Freihalter 4 ausbildet.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Behandlungskammer
3: Kondensator
4: Freihalter
5: Kontaktfläche
6: Behandlungsraum
7: Einlassöffnung
8: Auslassöffnung
9: Durchflusskammer
10: Elektroden
11: Energieleitungen
12: Spannungsquelle
13: Impulsgenerator
14: Wandabschnitt
15: Oberflächenbeschichtung
16: Turbulentmischer
17: Turbulator
18: Dimples
19, 19': Außenelektrode
20: Innenelektrode
21: Abstreifelement
22: Weiteres Abstreifelement
23: Welle
24: Isolator
25: Innenisolator
26: Rohrförmige Elektrode
27: Plattenelektrode
28: Stirnfläche
29: Ringspalt
L: Längsachse

Claims

Vorrichtung (1) zur Behandlung von Medien, insbesondere zur Elektroporation von Lebensmitteln, umfassend: - eine Behandlungskammer (2) zur Aufnahme des zu behandelnden Mediums; - wenigstens zwei Elektroden (10) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Behandlungskammer (2); und - wenigstens einen Freihalter (4) zum Schutz gegen Ablagerungen des Mediums an einer mit dem Medium in Berührung kommenden Kontaktfläche (5) der Vorrichtung (1).
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Elektroden (10) mit einem Impulsgenerator (13) verbunden sind.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (10) parallel, koaxial, kollinear, konisch oder als Ringspalt angeordnet sind.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode (10) einen Wandabschnitt (14) der Behandlungskammer (2) ausbildet.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungskammer (2) eine Einlassöffnung (7) und eine davon beabstandete Auslassöffnung (8) aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenbeschichtung (15) auf der Kontaktfläche (5) den Freihalter (4) ausbildet.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Freihalter (4) ein Abstreifelement (21, 22) zum Abschaben von Ablagerungen auf der Kontaktfläche (5) umfasst.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstreifelement (21, 22) an einer Elektrode (10) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Abstreifelement (21, 22) von einer Elektrode (10) bis zu einer anderen Elektrode (10) erstreckt.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstreifelement (21, 22) relativ zur Kontaktfläche (5) beweglich ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstreifelement (21, 22) drehstarr mit einer rotierbaren Welle (23) verbunden ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden (10) die rotierbare Welle (23) ausbildet.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner umfassend einen Turbulentmischer (16) zur Erzeugung einer turbulenten Durchmischung des Mediums in der Behandlungskammer (2).
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbulentmischer (16) einen statischen Mischer, Turbulatoren (17), einen Turbulenzgenerator und/oder bewegliche Bauteile aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstreifelement (21, 22) den Turbulentmischer (16) ausbildet.