DE1037830B - Verfahren zur Kaltsterilisierung von Milch und anderen Getraenken der Nahrungsmittelindustrie - Google Patents

Description

Die Bekämpfung von Schädlingen und anderen unerwünschten Lebewesen wird gewöhnlich mit Hilfe chemischer oder mechanischer Mittel durchgeführt. In dem Augenblick jedoch, wo sich diese Lebewesen in einer zum menschlichen Genuß bestimmten Flüssigkeit, z. B. Milch, befinden, stößt die Bekämpfungsart auf Schwierigkeiten. Die Vernichtung von Mikroorganismen in solchen Flüssigkeiten versuchte man durch Ultraschall-Schwingungen zu erreichen. Es hat sich aber gezeigt, daß die von den Schwingungen verursachten Druckanstiege zu schwach sind, um eine wirksame Zerstörung ihrer Zellhäute oder -kerne mit Sicherheit zu gewährleisten. Nur beim Auftreten von Kavitation, d. h. bei sehr hohen Schalldichten, ist sichere Bakterienvernichtung möglich. Im Frequenzbereich von 175 bis 150OkHz (Molkereizeitung, 1954, S. 646) ist z. B. eine Leistung von 45 bis 60 Watt bei 2 bis 3 W/cm² erforderlich bei 2 bis 20 min Einwirkungszeit, und trotzdem beobachtet man, daß die Mehrzahl der Kokken und Brucella ungetötet ist. Man hat daher versucht, die Wirkung des Ultraschalls mit UV-Strahlen und sogar auch Ultrakurzwellenfeldern zu kombinieren, (deutsche Patentschriften 807166, 846 395) und erhält alsdann oft Erfolge, jedoch ist der technische Aufwand beträchtlich. Um den Ultraschall mit technisch einfachen Mitteln zu erzeugen, bedient man sich dabei oft einer sogenannten Flüssigkeitspfeife (deutsches Patent 878 462), erreicht damit aber wiederum nur schwierig die erforderlichen hohen Frequenzen. Auch die zusätzliche Erhitzung der Flüssigkeit (deutsche Patent 856 288) ist zusammen mit starker Ultraschalleinwirkung bekannt. Trotzdem verblieb es bei der Flüssigkeit »Milch« vorwiegend bei den konservativen reinen Temperaturmaßnahmen der Pasteurisierung. Auch Bakterienfilter (deutsches Patent 739 170), die zur schnelleren Diffusion der Milch Ultraschallfeldern ausgesetzt wurden, sind versucht worden. Die gleichzeitige Anwendung von UV-Strahlung ergibt zusätzlich chemische Veränderungen, die oft erwünscht sind, jedoch häufig vom Gesetzgeber nicht zugelassen sind. Die Aufwendungen für solche Verfahren sind außerordentlich hoch. Die Erfindung benutzt den detonationsähnlichen Schallstoß, wie er von Flüssigkeitsfunken erzeugt wird, der keinen schwingenden Charakter hat. Der Vernichtungsvorgang besteht darin, daß man die steilen positiven Druckspitzen oder ihre ebenso steilen reflektierten negativen Spitzen, die wegen der Kürze der Zeit noch nicht zur Kavitation führen, auf die Bakterien im Behandlungsgut einwirken läßt. Es wurde unter dem Einfluß von solchen Druckwellen, die eine Anstiegsgeschwindigkeit von z. B. 1000 Atmosphären in 1 cm Abstand innerhalb 0,001 s haben können, beobachtet, daß mit Sicherheit sämtliche Milchsäure-, CoIi- und

Verfahren zur Kaltsterilisierung

von Milch und anderen Getränken

der Nahrungsmittelindustrie

Anmelder:

Dr.-Ing. Frank Früngel,
Hamburg-Rissen, Wittenbergener Weg 79

Dr.-Ing. Frank Früngel, Hamburg-Rissen,
ist als Erfinder genannt worden

Coccusbakterien mechanisch zerstört werden. In Anwendung der Erfindung läßt man Milch in möglichst dünner Schicht über eine Membran aus Metall, Kunststoff, Kautschuk od. dgl. laufen, die auf ihrer Rückseite besonders starke Stöße mit steiler Front erhält, wie man sie durch Flüssigkeitsfunkenentladungen erzeugt. Die vorwiegend positiven Schallstöße der Flüssigkeitsfunken treten nahezu ungehindert durch die dünne Membran in die fließende Milch und werden an der Oberfläche der Milch, d. h. der Grenzfläche Milch/ Luft, sofort reflektiert, so daß die reflektierte Schallwelle wiederum die Milch durchläuft. Die Wirkung ist daher mindestens verdoppelt, da in der Praxis die Schallwelle zum Teil auch noch von der Membranplatte reflektiert wird und damit erneut zur Wirkung kommt. Besonders vorteilhaft hat sich die Phasenumkehr der positiven Stoßwelle an der Grenzschicht (Milch/Luft) erwiesen, denn jetzt durchläuft eine negative Kavitationswelle die Milch. Es werden also die Mikroorganismen sowohl von einer sehr steilen Stoßwelle getroffen, wie auch anschließend von einer durchlaufenden Kavitationswelle. Wie die Erfahrung lehrt, können mit diesem Verfahren nahezu alle Erreger schon mit einer einzigen Schallwelle getötet werden. Versuche mit Colierregern, Milchsäurebakterien und verschiedenen Coccusarten wurden angestellt und zeigten eine nahezu vollständige Vernichtung der Kulturen. Mit einer Anlage nach dieser Erfindung konnte Milch praktisch bakterienfrei sterilisiert werden, wie Testversuche mit Brutschrank ergaben.

Zusätzlich besitzt die Anwendung der Erfindung den Vorteil, daß die Milch homogenisiert wird. Je nach der Stärke und Behandlungsdauer der Schallstöße kann man eine mehr oder weniger vollständige

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Homogenisierung, d. h. feinere Verteilung der Fettkügelchen erreichen.

In einfachster Weise kann eine Kaltsterilisierung der Milch durchgeführt werden, indem man die Flüssigkeitsfunkenstrecken direkt in der Milch betreibt. In diesem Fall läuft die Milch durch ein Rohr mit geringem akustischen Widerstand für Stoßwellen, wie z. B. ein Kunststoffrohr, das im Innern eine Anzahl solcher Funken strecken besitzt, die gleichzeitig oder

gleichzeitig bis zur Erdelektrode 1 weitergeht und der Ausgangspunkt der außerordentlich starken positiv gerichteten Stoßwelle ist. Diese Stoßwelle kann dann in Pfeilrichtung 9 von jedem Loch 6 ausgehend zur 5 Oberfläche des Behandlungsgutes 2 eilen und wird von dort in Pfeilrichtung 10 bei gleichzeitiger Phasenumkehr reflektiert, es tritt somit eine außerordentlich steile positive wie auch negative Welle auf. Dabei werden Druckstöße mit Amplituden in der Größen-

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lichen Bestimmungen verträglich ist (z. B . reines Eisen). Es ist nämlich unvermeidlich, daß feine Spuren des Metalls infolge Zerstäubung in die Flüs-

der Reihe nach arbeiten. So wird erreicht, daß jedes io Ordnung von 1000 Atmosphären beobachtet, wie sie Volumenelement der Milch eine nahezu gleichmäßige mit Ultraschallschwingungen schlechthin nicht zu erBeschallung durch solche Stoß-Schallwellen erfährt. reichen sind. Die Steilheit derselben bewirkt bei dem Bei diesem Verfahren ist es allerdings von besonderer Mikroorganismus den gleichen Effekt wie, sinnbild-Bedeutung, die metallischen Teile der Funkenstrecke, Hch gesprochen, der Betäubungshammer in einem die mit der Milch in direkter Berührung stehen, aus 15 Schlachthof. Wenn die Amplitude stark genug ist, einem Material herzustellen, das nach den gesundheit- kommt es zu einer Zertrümmerung des Mikroorganis-

mus, wobei die Außenhaut gesprengt wird.

Die Fig. 1 b zeigt dieselbe Anwendung in einer her-

p umklappbaren Anordnung, vorzugsweise zum Reini-

sigkeit wandern. Das Sterilisierungsverfahren läßt 20 gen von Rohrleitungen oder zur Sterilisierung von sich in ähnlicher Weise auch beim Durchfluß durch durchlaufenden Flüssigkeiten, insbesondere Milch. Rohrleitungen anwenden. Hierbei wird die Rohrleitung Das Hochspannungskabel 7 ist an der Stelle 11, die von außen oder innen in gleicher Weise beschallt, wie gleichzeitig ein Scharnier bildet, in geeigneter Weise es vorstehend für das Behandlungsgut beschrieben ist. nach außen geführt. Die gegenüberliegende Stelle 12 In besonders einfacher Weise lassen sich Rohrleitun- 25 ist als Klappenverschluß auszubilden, so daß möggen beschallen, indem man diese von außen mit einer liehst Wasserdichtigkeit besteht. Die Numerierung ist Vielzahl von Flüssigkeitsfunken umgibt, die bürsten- sinngemäß die gleiche wie bei Fig. 1 a, nur befindet ähnlich nebeneinander angeordnet sind. Man kann sich hier die Flüssigkeit im Inneren des Rohres 1, das diese derart ausbilden, daß sie um die Rohrleitung außen im Betriebsfalle von der elektrolytisch leitenden herumklappbar ist, so daß man zugleich an der Unter- 30 Flüssigkeit 3 umgeben wird. In den Löchern 6 des und Oberseite in bequemer Weise die Sterilisierung Diaphragmas 4 verdampft der Elektrolyt spontan auf erhält. Auf der Innenseite des Rohres werden alsdann Grund Kondensatorentladungen, die aus der Hochvon den durchtretenden steilen Stoßwellen die Bak- spannungs-Stoßelektrode 5 auf die gegenüberterien zerfetzt. Man kann aber auch in die Rohre be- liegende Elektrode 1 gegeben werden. Die benutzte wegliche Kabel einführen, die mit einer Vielzahl von 35 Isolation ist mit 8 bezeichnet, das ganze ist mit einem Funkenstrecken ausgerüstet sind und hin- und her- Mantel 13 (z. B. Kunststoff) umkleidet. Die Stoßwellen bewegt werden können, so daß jeder interessierende in Pfeilridhtung 9 treffen sich naturgemäß in der Teil der Rohrleitung von den Stoß-Schallwellen ge- Rohrachse, laufen dann aber wieder auseinander, so troffen wird. Wenn das Material zweckentsprechend daß es in der Achse, die auch gleichzeitig die höchste gewählt ist, können die Kabel auch beim Durchfluß 40 Strömungsgeschwindigkeit hat, zu der stärksten Stoßder Rohre mit dem Behandlungsgut verbleiben, z. B. Schalleinwirkung kommt. Die Fig. 2 zeigt eine gein Molkereien beim Durchfluß von Milch, da es ge- eignete elektrische Betriebsschaltung. Der Hochspannügend Materialien gibt, die in der Milch nicht in längstransformator 20 wird über den Gleichrichter Lösung gehen und daher vom hygienischen Stand- 21 zum Laden des Kondensators 22 benutzt, der sich punkt aus keine Bedenken gegen das Verbleiben der 45 über das Entladungsgefäß oder die Funkenstrecke 23 Kabel im Behandlungsgut bestehen. Natürlich ist das i_n die Primärwicklung 24 des Spezial-Stoßtransfor-Verfahren auch zum Reinigen von Platten, Blechen
und sonstigen Teilen von Einrichtungen in der Milchverarbeitung in sinngemäßer Abwandlung des Obigen
anwendbar.

Die Fig. 1 a zeigt ein vereinfachtes Beispiel, wie die
Erfindung anzuwenden ist. Hierbei ist 1 die Platte
bzw. Membran- oder Kunststoffschicht, die die zu behandelnde Flüssigkeit 2, vorzugsweise Milch, von den
Schallquellen abtrennt. Die Schallquellen selbst ar- 55 sator 22 enthaltene elektrostatische Energie in elektrobeiten in dem Flüssigkeitsraum 3, in dem sich das magnetische Energie umgewandelt. Hierdurch wird Diaphragma mit Löchern 4 befindet. Hinter dem- zuerst der Hilfskondensator 30 spontan aufgeladen, so selben sind die Hochspannungselektroden 5 angeord- daß es zum Durchbruch der Funkenstrecke 31 kommt, net, die durch Kondensatorentladungen betrieben wer- die an die Hochspannungselektrode 5 bzw. über das den, deren anderer Pol zweckmäßig, falls Metall, die 60 Kabel 7 zweckmäßig anzuschließen ist, während der Trennwand 1 ist. Ist diese Trennwand jedoch aus Gegenpol an das zu erdende Rohr oder die zu erdende Kunststoff, so ist sie einseitig mit einem Netz oder Platte 1 geleitet wird. Eine soldhe Schaltanordnung einer Metallisierung zu versehen und stellt somit eine hat sich besonders deshalb bewährt, weil der Kondenerdbare Elektrode dar. Die Hülle 8 umschließt isolie- sator 30 zur steilen Eröffnung des Stoßes führt, während den Entladungsraum und dichtet gleichzeitig 65 rend der Kondensator 22 nach Einleitung des Stoßes das Kabel 7 bei seinem Austritt ab. Bei starken Kon- der Entladung noch genügend Energie nachschiebt densatorentladungen wird das in den Löchern 6 be- und zusätzlich aus dem elektromagnetischen Feld des findliche elektrolytisch leitende Medium, vorzugsweise Transformators 25 ebenfalls magnetische Energie frei Wasser, spontan verdampft und von einem Funken wird, so daß es zu einem sehr lang ausgeprägten Stoß durchschlagen, der entweder im Loch 6 entsteht oder 70 kommt, der sich als besonders wirksam erwiesen hat,

mators 25 entlädt. Nur 26 und 27 sind mit Gitterableitwiderstand und Vorspannungsquelle des Entladungsgefäßes 23 angedeutet, falls ein solches ver-50 wendet wird und nicht eine Funkenstrecke. Die Steuerung erfolgt in üblicher Weise über den Kondensator 28 vom Punkt 29 aus, durch den die Aufeinanderfolge der Stoßfrequenz gegeben wird. Hierbei wird nun in dem Transformator 25 die vorher in dem Konden-

Claims (8)

obwohl die steile Stirn, durch den Kondensator 30 erzwungen, zur richtigen Ausformung der Entladung ebenfalls unentbehrlich ist. Die Zwischenschaltung des Kondensators 30 in den Sekundärkreis bewirkt neben der Impulsformung noch eine Schonung der Elektroden, da bekanntlich die Summe aller Ströme gleich Null ist. Die Lebensdauer der Anlage wird hierdurch wesentlich heraufgesetzt. Da in der Praxis für die Stoßbeschallung viele Funken notwendig sind, die zur gleichen Zeit entstehen müssen, muß man mehrere Sekundärkreise an den Primärkreis koppeln oder Einzeltransformatoren verwenden. Es ist nämlich nicht möglich, mehr als zehn Funken gleichzeitig mit einem Sekundärkreis zu erzeugen. Die Fig. 3 a und 3 b zeigen die Anschlußmöglichkeit von drei Spannungselektroden mit je zehn Funkenaustrittsstellen. Die Spannungselektrode ist mit 32, die Gegenelektrode mit 33 bezeichnet. τι P A T E N T Λ N S 1> I\ V C H E:

1. Verfahren zur Kaltsterilisierung von Milch und anderen Getränken der Nahrungsmittelindustrie, dadurch gekennzeichnet, daß die zu sterilisierende Flüssigkeit einer Anzahl von Schallstoßen mit steiler Front ausgesetzt wird, wobei der Druckanstieg etwa 1000 atü pro 0,001 s in 1 cm Abstand vom Schallerzeuger betragen muß.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen so gerichtet sind, daß an der Grenzfläche Flüssigkeit/Luft des Behandlungsgutes Totalreflexion mit Phasenumkehr eintritt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeitsfunkenstrecken, vorwiegend solche mit elektrolytischen Elektroden, direkt in dem Behandlungsgut angebracht sind und daß an denselben oder durch dieselben der zu behandelnde Stoff strömt.

dium auf der einen Seite dieser Membran liegen und das Behandlungsgut auf der anderen Seite darüberläuft, so daß die Stoß-Schallwellen durch die trennende Schicht die Milch bzw. das Behandlungsgut mit vorwiegend positivem Stoß durchdringen und an der Oberfläche durch Phasenumkehr als Kavitationswelle zurücklaufen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Elektroden der Flüssigkeitsfunkenstrecken ein Metall verwendet wird, das keine gesundheitsschädlichen Spuren in dem Behandlungsgut hinterläßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, vorwiegend beim kontinuierlichen Durchfluß durch Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Rohrleitungen Kabel mit einer Vielzahl von Einzelfunkenstrecken beweglich angeordnet sind, die gegebenenfalls hin- und herbewegt werden können.

7. Verfahren nach Anspruch 1 zum Beschallen von Rohrleitungen durch Einwirkung der Stoß-Schallwellen von außen her, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Funkenstrecken, die zu einer Stoß-Schallquelle vereinigt sind und um das Rohr herumgeklappt wird, so daß die Rohrleitung zylindrisch davon umhüllt wird und durch Entlangführen der Reihe nach alle Rohrabschnitte mit Stoß-Schallwellen versorgt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sterilisierung von Milch dieselbe durch ein dünnes Rohr aus rostfreiem Stahl oder Kunststoff fließt, das von außen von einer stationären oder beweglichen Stoß-Schallquelle allseitig derartig umschlossen wird, das jedes Volumenelement der Milch beim Durchströmen dieses Rohres den von außen her eindringenden Stoß-Schallwellen ausgesetzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 739170, 743 794, 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch 40 807 166, 846 395, 856 288, 878 462, 949 253; gekennzeichnet, daß das Behandlungsgut von den britische Patentschrift Nr. 356 783;

Stoß-Schallquellen durch eine vergleichsweise dünne Schicht aus Metall, Gummi oder Kunst-Nr. 2 222 634, 2 448 372,

stoffen derart abgetrennt ist, daß die Stoß-Schallquellen in einem für deren Betrieb geeigneten Me-USA.-Patentschriften
257 542;

Bergmann, »Der Ultraschall«, 1954, S. 932; »Die Molkerei-Zeitung«.. 1954, Nr. 20, S. 646.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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