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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Milch, das
gegenüber normal pasteurisierter Milch eine bessere Haltbarkeit der Milch erzielt.
Die Milch wird dabei zwei aufeinanderfolgenden Bestrahlungen mit UV- und IR-Strahlen
unter gleichzeitiger Wärmebehandlung und anschließender Abkühlung in turbulenter
Strömung in Röhrenbündeln ausgesetzt.
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Die derzeitigen Verfahren zum Pasteurisieren von Milch lassen alle
ein Erhitzen der Milchmasse entweder durch Leitung oder durch Konvektion vornehmen.
In zahlreichen Fällen vollzieht sich dieses Erhitzen der Milchmasse durch Einspritzen
von Dampf in die Milch.
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Es ist eine Einrichtung bekannt zur Behandlung von Flüssigkeiten und
insbesondere von Milch durch UV-Strahlen, in welcher die Strahlungsquellen und die
Flüssigkeitsleitungen voneinander getrennt sind.
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Die Strömung der Milch ist in den Leitungen laminar, und durch besondere
Vorkehrungen wird versucht, verschiedene Teilchen der Flüssigkeit an die Innenwand
der Flüssigkeitsröhren zu bringen. In keinem Falle können alle Teilchen der Flüssigkeit
an der Innenwand vorbeistreichen, so daß niemals eine homogene Bestrahlung aller
Teilchen der Flüssigkeit erreicht werden kann, da dieses Ziel nur durch eine starke
Wirbelströmung erreicht werden kann.
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Wie es sich herausgestellt hat, ist außerdem eine Behandlung mittels
UV-Strahlen allein nicht genügend, um eine dauernde Entkeimung der Milch zu erreichen.
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Ferner ist ein Verfahren zur Behandlung von Milch und Fruchtsäften
mittels UV-Strahlen bekanntgeworden, nach welchem in dem flüssigen, zu bestrahlenden
Gut eine turbulente Strömung hervorgerufen wird. Es gibt keine Angaben über die
Strahlungsintensität, die Wellenlängen der Strahlen, wobei aber, wie es sich herausgestellt
hat, diese Angaben äußerst wichtig sind, um eine erfolgreiche Behandlung zu erreichen.
Weiter wird danach das flüssige Gut nur mit UV-Strahlen behandelt, wobei aber das
Verfahren nach der Erfindung eine IR-Bestrahlung kombiniert mit einer UV-Bestrahlung
betrifft.
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Ein anderes Behandlungsverfahren von Milch mit UV-Strahlen versetzt
die Milch während der Bestrahlung in eine turbulente Strömung, damit alle Teilchen
der Strömung möglichst gleichmäßig bestrahlt werden. Hingegen werden keine Anhaltspunkte
über Wellenlängen der UV-Strahlen und Strahlungsintensität angegeben, die aber absolut
notwendig sind, um eine zweckmäßige Behandlung durchzuführen.
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Ferner hat man erkannt, daß während der Bestrahlung mit UV-Strahlen
die Milch in eine möglichst starke, turbulente Strömung versetzt werden muß, damit
alle Teilchen der Strömung gleich bestrahlt werden. Außerdem wurde ebenfalls erkannt,
daß die Wellenlänge der UV-Strahlern auch einen Einfluß auf die Qualität der Behandlung
hat. Trotzdem hat man noch keine Angaben gegeben über die Strahlungsintensität oder
die Dauer der Behandlung, wobei aber diese Angaben für den Fachmann absolut notwendig
sind, um eine zufriedenstellende Behandlung der Milch durchführen zu können. Außerdem
wurde nach diesem bekannten Verfahren die Milch lediglich mit UV-Strahlen behandelt.
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Nach der deutschen Molkereizeitung 1957, S. 357 bis 360, wird zwar
eine Bestrahlungszeit von 5 Sekunden als Mindestdauer der Bestrahlung angesehen.
Es ist aber nicht davon die Rede, eine optimale Bestrahlungsdauer von 5 bis 10 Sekunden
vorzusehen, sondern es werden längere Bestrahlungszeiten als günstig angesehen.
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Das deutsche Patent 964 824 zeigt wohl, daß es bekannt ist, eine Turbulenz
in einem Medium hervorzurufen und zum Zwecke seiner homogenen Bestrahlung zwischen
4500 bis weit über 10 000 Reynolds zu gebrauchen. Nach der Erfindung erscheint der
Wert von 4500 Reynolds als optimaler Wert.
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Es ist ferner zu sagen, daß nach dem vorliegenden Verfahren die Erhitzung
der Milch in zwei Stufen vorgenommen wird; eine erste, wo die Milch auf 10 bis 50°C
erhitzt wird und durch UV-Strahlen bestrahlt wird, und eine darauffolgende zweite
Stufe, wo die Milch auf 60 bis 70°C erhitzt wird, währenddem die Milch durch infrarote
und leuchtende Strahlen bestrahlt wird.
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Diese Kombination von darauffolgenden Wärmstufen mit verschiedenen
Arten von Strahlungen ist nicht vorbeschrieben.
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Die »Chemische Zeitung«, S.908 und 909, zeigt, daß die Bestrahlung
von Milch mit UV-Strahlen von einer Wellenlänge von 2537 A bekannt ist.
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Es sei hier jedoch erwähnt, daß diese Zahlen für ein Konservierungsverfahren
der Milch angegeben sind, das nicht auf Erhitzung und Kühlung beruht. In der Patentanmeldung
ist aber der Bestrahlungseffekt mit dem Temperatureffekt verknüpft.
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Die belgische Patentschrift 519185 bezieht sich schließlich auf ein
Verfahren, das aufeinanderfolgende Bestrahlungen aufweist, die abwechslungsweise
Ultraviolett-, Infrarot- und X-Strahlen sind. Obwohl diese Patentschrift die Zahlen
von 2357 bis 3100 A für die ultraviolette Strahlung angibt, ist die hier beanspruchte
Kombination nicht vorweggenommen.
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Es ist auch bekannt, für Trocknen von Lebensmitteln Infrarot-Strahlen
und leuchtende Strahlen zu benutzen. Das Trocknen von Lebensmitteln kann aber gar
nicht ohne weiteres mit dem Entkeimen von Milch verglichen werden.
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Die Behandlung der Milch nach der Erfindung trachtet somit danach,
die Dauer, während welcher die Milch selbsttätig gegen eine Anreicherung an Bakterien
wirkt, zu verlängern. Dazu ist eine Behandlung der Milch mit UV- und IR-Strahlen
notwendig.
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Das Verfahren ist durch folgende an sich bekannte Verfahrensschritte
gekennzeichnet: Bestrahlung der Milch für 3 bis 10 Sekunden mit UV-Strahlen der
Wellenlänge von 2537 A bei einer Temperatur der Milch um 37°C und einer Turbulenz
der Milchströmung von nicht unter 4500 Reynolds; Erhitzen der Milch auf 60 bis 70°C
und Bestrahlen der erhitzten Milch für 2 bis 10 Sekunden mit Infrarotstrahlen der
Wellenlänge von 14 000 bis 30 000 A in Verbindung mit leuchtenden Strahlen der Wellenlänge
von 6500 bis 14000 A bei einer Turbulenz der Milchströmung von nicht unter 4500
Reynolds, wobei die während der Strahlung erzeugte Wärmezufuhr so bemessen ist,
daß die Milch eine Temperatur von 85°C nicht überschreitet.
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Das Verfahren vorliegender Erfindung hat das Begünstigen und/oder
Verlängern der Dauer der »bakteriziden Phase« der Milch während einer genügend langen
Zeit zum Gegenstand, um den Verbrauch dieser Milch entweder für den Genuß oder für
die Fabrikation von Erzeugnissen, wie Käse, Rahm, Butter usw., von guter Qualität
zu gestatten.
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Das Verfahren vorliegender Erfindung umfaßt zwei aufeinanderfolgende
Arbeitsgänge, wobei der erste
Arbeitsgang in einer Bestrahlung der
Milch mit ultravioletten Strahlen besteht, während der zweite Arbeitsgang in einer
Bestrahlung der Milch mit infraroten und Leuchtstrahlen besteht.
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Die Milch wird während ihrer Bestrahlung in turbulenter Weise durch
die Rohrbündel geleitet. Diese Turbulenz bewirkt eine unregelmäßige Bewegung der
kleinsten Teilchen der Milch derart, daß jedes derselben ungefähr eine gleiche Energiemenge
empfängt, welche von der Strahlenquelle ausgeht. Dank dieser Turbulenz nehmen die
kleinsten Teilchen der Milch in der Tat im Verlauf der Bestrahlungsdauer alle möglichen
Stellungen im Innern der Rohre ein, so daß die mittlere Entfernung, welche die Rohrachse
von jedem der kleinsten Teilchen trennt, ausgeglichen durch die Zeitdauer, während
welcher das kleinste Teilchen in einer gegebenen Entfernung von dieser Achse liegt,
für alle kleinsten Teilchen praktisch die gleiche ist. Es ist somit klar, daß die
von jedem der kleinsten Teilchen empfangene Strahlungsenergie, welche von dem Material
und der Entfernung abhängt, welche die kleinsten Teilchen von der Strahlenquelle
trennen, für alle kleinsten Teilchen praktisch einen gleichen Wert besitzt.
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Zahlreiche Versuche haben die Bedingungen experimentell festzulegen
gestattet, in welchen der erste Behandlungsvorgang durchgeführt werden muß. Diese
Bedingungen sind die folgenden: 1. Die Milch muß im Inneren eines Rohrbündels strömen,
welches aus einem für ultraviolette Strahlen durchlässigen Material wie Quarz besteht.
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2. Die Intensität der ultravioletten Bestrahlung ist zwischen 12 und
60 Mikrowatt pro Quadratzentimeter bei 1 m Entfernung von der genannten Strahlenquelle
inbegriffen.
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3. Die Turbulenz des Abfiießens der Milch in dem Rohrbündel muß mindestens
gleich 4500 Reynolds sein.
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4. Die beste Temperatur für diesen ersten Arbeitsgang ist 37°C und
muß auf jeden Fall zwischen 10 und 50°C inbegriffen sein.
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5. Die Bestrahlungsdauer der kleinsten Teilchen während dieses ersten
Arbeitsganges des Behandlungsverfahrens muß zwischen 3 und 10 Sekunden inbegriffen
sein. Diese Dauer ist derart bemessen, daß sie praktisch keine Veränderung der Absorptionskurve
der in der Milch enthaltenen Sterine bewirkt.
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Dieser erste Arbeitsgang der Behandlung gestattet eine Hemmung der
pathogenen Keime zu bewirken, die in der Milch enthalten sind und ihre Sporenbildung
zu verhindern, eine Verteidigungsreaktion der Keime derart, daß die ausgebildete
Form dieser Keime im Verlauf des zweiten Arbeitsganges der Behandlung leichter zerstört
werden kann.
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Wenn dieser erste Arbeitsgang der Behandlung beendigt ist, erwärmt
man die Milch auf eine zwischen 60 und 70°C inbegriffene Temperatur. Diese Temperaturerhöhung
muß fortschreitend in einer zwischen 20 und 50 Sekunden inbegriffenen Zeitspanne
durchgeführt werden.
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Der zweite Arbeitsgang der Behandlung, der zur Zerstörung der pathogenen
Keime und der im Überschuß vorhandenen unschädlichen Keime bestimmt ist, besteht
in einer Bestrahlung der kleinsten Teilchen der Milch mit infraroten und leuchtenden
Strahlen. Auch hier müssen alle kleinsten Teilchen der Milch ungefähr die gleiche
Energiemenge empfangen. Es ist somit gleichfalls erforderlich, ein turbulentes Abfließen
der Milch in den Rohrbündeln zu haben.
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Zahlreiche Versuche haben die Bedingungen experimentell festzulegen
gestattet, in welchen dieser zweite Arbeitsgang der Behandlung durchgeführt werden
muß, um das gewünschte Resultat zu erreichen.
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1. Die Wellenlängen der leuchtenden Strahlen müssen zwischen 4500
und 14 000 A liegen.
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2. Die Wellenlängen der infraroten Strahlen müssen zwischen 14 000
und 30 000 A inbegriffen sein.
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3. Die Milch muß in Röhren strömen, welche aus einem für infrarote
und leuchtende Strahlen durchlässigen Material bestehen und welche mindestens 85°
oder Strahlungsenergie durchgehen lassen. Der Quarz hat sich als ein Material erwiesen,
das diesen Ansprüchen vollkommen genügt.
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4. Die Turbulenz des Abfließens muß mindestens gleich 4500 Reynolds
sein, so daß die Strahlungsenergie direkt von jedem kleinsten Teilchen der Milch
absorbiert wird.
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5. Die Temperatur der Milch darf im Verlauf dieser Behandlungsphase
85°C nicht übersteigen. Diese Erhitzung begrenzt somit die durch die kleinsten Teilchen
der Milch absorbierte Energie.
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6. Die Dauer der Belichtung während dieser zweiten Behandlungsphase
ist zwischen 2 und 10 Sekunden inbegriffen.
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7. Die Erhitzung der Milch darf in keinem Falle durch die von den
Infrarotquellen ausgesandte Leitungs- und/oder Konvektionshitze verursacht sein,
aber sehr wohl durch die Strahlenabsorption der Wasseranteile der Emulsion, welche
die Milch darstellt.
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Nach dieser zweiten Behandlungsphase nimmt man das Abkühlen der behandelten
Milch bis auf die gewünschte Temperatur vor. Diese Temperatur ist niedrig von der
Größenordnung von 5°C für die normalen Gebrauchsmilchsorten, während sie gleich
der Temperatur der Labbehandlung (35 bis 40°C) für die Milchsorten ist, welche zur
Käsefabrikation dienen. Diese Temperaturerniedrigung wird in weniger als zwei Stunden
durchgeführt.
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Die durch das beschriebene Verfahren erhaltenen Resultate sind z.
B. die folgenden: Anzahl der Keime in der Milch vor der Behandlung: l'200'000 Keime
pro cm3 10'000 Keime der coliaerognen Gruppe Anzahl der Keime der behandelten und
im Eisschrank bei einer mittleren Temperatur von 5°C aufbewahrten Milch: nach 24
Stunden: 13'984 Keime; 0 Coli nach 28 Stunden: 1l'488 Keime; 0 Coli nach 72 Stunden:
9'776 Keime; 0 Coli nach 96 Stunden: 7'884 Keime; 0 Coli Es geht aus diesen Versuchen
hervor, daß die nach dem Verfahren behandelte Milch nicht nur pasteurisiert ist,
sondern daß sie auch die gleichen charakteristischen Eigenschaften aufweist wie
die vom Euter ablaufende Milch sofort nach dem Melken; sie wird während einer Dauer
von mindestens 96 Stunden in ihrer »bakteriziden Phase« gehalten.
Eine solche Milch weist somit gegenüber der in gewöhnlicher Weise
pasteurisierten Milchsorten, welche ihre Qualität rasch verlieren, auch wenn sie
im Eisschrank aufbewahrt worden sind, sichere Vorteile auf.
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Andere Versuche haben gezeigt, daß der Säuregrad einer nach dem Verfahren
behandelten und während 12 Tagen bei einer Temperatur von 5°C aufbewahrten Milch
16 Dornic-Grade 7 Soxhlet Henkel betrug, während derjenige einer in üblicher Weise
pasteurisierten und unter gleichen Bedingungen aufbewahrten Milch 40 Dornic-Grade
aufwies.
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Wie aus den Tabellen zu ersehen ist, wurden zwei Serien von Versuchen
mit verschiedener Milchverunreinigung durchgeführt. In beiden Fällen wurden die
Versuche wie folgt durchgeführt: 1. Dampfpasteurisierung mit nachfolgender ultravioletter
Bestrahlung nach klassischer Methode, was in der Tabelle als Dampfpasteurisierung
beschrieben ist.
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2. Infrarot-Aktinisierung und ultraviolette Bestrahlung nach dem Verfahren
W. P. d e S t o u t z. Der Unteischied zwischen den beiden Behandlungen besteht
einerseits in der Beheizungsmethode und andererseits in der Methode der ultravioletten
Bestrahlung.
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Es wurde festgestellt, daß bei identischen (oder sehr ähnlichen) Temperaturen
die Anzahl der verbleibenden Keime niedriger ist, wenn die Milch aktinisiert ist.
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Außerdem bleibt der Dornio-Grad bei aktinisierter Milch konstant,
während er sich bei dampfpasteurisierter Milch erhöht. Aus dem Vorstehenden geht
hervor, daß die nach dem Verfahren behandelte Milch folgende Vorteile aufweist:
1. Sie ist wirksam pasteurisiert, weist aber keinen anormalen Geschmack auf, denn
die höchste Behandlungstemperatur liegt unter 90°C.
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2. Sie bewahrt die Vollständigkeit ihres Milieus, obwohl sie von ihrem
pathogenen sowie dem Oberschuß der banalen Keime befreit ist.
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3. Sie wird während mindestens 96 Stunden in ihrer »bakteriziden Phase«
gehalten und kann aus diesem Grunde mit einer dreimal höheren Haltbarkeitsgarantie
als die in normaler Weise pasteurisierten Milchsorten abgefüllt und verkauft werden.