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Verfahren und Vorrichtung zur Sterilisierung oder Pasteurisierung
ohne aussere Warmezufuhr, und mit diesen hergestellte sterilisierte oder pasteurisierte
Erzeugnisse Priorität : Frankreich, vom t8* April 1967 und 15. Dezember 1967 Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sterilisierung oder zur Pasteurisierung, insbes.
von Milchprodukten, ohne aussere Wärmezufuhr. Sie betrifft ferner Vorrichtungen
zur Sterilisierung oder Pasteurisierung gemass dem erfindungsgemassen Verfahren,
welche somit keine aussere Warmequelle erfordern.
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Schliesslich hat die Erfindung die mittels dieses Verfahrens hergestellten
sterilisierten oder pasteurisierten Erzeugnisse zum Gogenstand.
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Bekanntlich wird bei den bekanaten Sterilisier-oder Pasteurisierverfahren
durch Einwirkung von Warme das zu sterilisierende oder zu pasteurisierende Erzeugnis
wahrend einer bestimmten Dauer einer gewissen Temperatur ausgesetzt. So erfolgt
z. B. die Sterilisierung von unabgefullter Milch gewohnlich bei 130 bis 150° C während
einiger Sekunden oder einiger Zehner Sekunden, indem sie mit einer geheizten Wand
oder mit Dampf (Dampfung) in Berührung gebracht wird. Diese beiden Mittel zur Brwarmung
durch Berührung besitzen den Nachteil, dass sie die Milch einem richtigen Wärmeschock
aussetzen, wen die Milchteilchen plötzlich mit Metall-oder Dampfteilchen in Berührung
gebracht werden, welche heisser als sie sind. Hierdurch entsteht eine Zerstörung
des Geschmacks-und Nährwerts der Milch, welche eine Funktion der Temperatur und
der Beruhrungsdauer ist sowie eine gewisse Trennung der Bestandteile, welche haufig
einen spateren Homogenisiervorgang erfordert. Wenn ferner die Erwärmung der Milch
dadurch erfolgt, dass sie mit Dampf in Berührung gebracht wird, muss das so der
Milch zugesetzte Wasser entfernt werden, wobei übrigend die Sterilisierung der Milch
mit Dampf von der Gesetzgebung gewisser Länder nicht zugelassen wird.
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Bei den bekannten Verfahren, bei welchen die Milch auf eine hohe
Temperatur gebracht und während einer gewissen Dauer auf dieser gehalten wird, treten
drei Wirkungenauf, namlich zunächst eine nützliche biologische Wirkung, d. h. die
Zerstörung der in der Milch enthaltenen Mikroorganismen, welche ja den Gegenstand
der Sterilisierung bildet. Perner eine ungewunschte chemische Wirkung, die chemische
Veranderung gewisser empfindlicher organischer Moleküle, welche Änderungen der Paré
und der Sreschmackseigenschaften und den Abbau einee Teils der Proteine und der
Vitamine der Ursprungsmilch zur Folge hat,
bisweilen bis zu einem
richtigen "Kracken" oder "Backen" geht, wenn die Teilchen des Erzeugnisses infolge
eines fehlerhalften oder unterbrochenen Arbeitens des Sterilisierapparats an einer
Heizwand kleben bleiben. Schliesslich tritt noch eine ebenfalls ungewunschte physikalische
Wirkung auf, nämlich die Trennung der Bestandteile, insbes. des Rahms von der Milch.
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Die von der Anmelderin ausgeführten Untersuchungen haben nun gezeigt,
dass die Sterilisierung oder Pasteurisierung insbes. von Milchprodukten zweckmassig
dadurch vorgenommen werden kann, dass das zu sterilisierende oder zu pasteurisierende
Erzeugnis wahrend einer sehr kurzen Dauer von grossenordnungsmassig einem Bruchteil
einer Sekunde gleiLseitig einer Sterilisiertemperatur und einer mechanischen Kraft
ausgesetzt wird,, welche durch ihre kombinierten Wirkungen praktisch augenblicklich
die gewunschte Zerstörung der Mikroorganismen bewirken, ohne dass die organischen
Moleküle angegriffen werden, da die Sterilisiertemperatur nur während einer ausserst
kurzen Dauer angelegt wird. Bei dem erfindungsgemassen Verfahren wird nämlich das
zu sterilisierende Erzeugnis nicht durch Berührung mit einer Wand oder mit Dampf,
welche eine erheblich höhere Temperatur als es selbst haben, wodurch ein molekulare
Zerstörungen erzeugender Wärmeschock auftritt, auf die Sterilisiertemperatur gebracht,
sondern durch allmähliche innere Erwärmung in der Masse des Erzeugnisses selbst,
ohne aussere Wärmezufuhr. Man erhalt so ein sterilisiertes Erzeugnis, welches hinsichtlich
seiner chemischen und physikalischen Zusammensetzung praktisch mit dem Ausgangserzeugnis
identisch aber von seinen sowohl hinsichtlich der Hygiene als auch der Konservierung
schädlichen Keimen befreit ist, so dass durch den Sterilisiervorgang des erfindungsgemässen
Terfahrens
praktisch nur die Mikroorganismen zerstört werden, wahrend die chemische und physikalische
Zusammensetzung des Ausgangserzeugnisses unverändert bleibt, da die Warmewirkung
allmählich erfolgt und nur von sehr kurzer Dauer ist (welche einen Bruchteil einer
Sekunde betragt), wahrend bei den üblichen Verfahren zur Sterilisierung durch Erwärmung
diese Warmewirkung plötzlich auftritt und lange dauert (mehrere Sekunden oder Zehner
von Sekunden), was zu einem chemischen Abbau und einer physikalischen Trennung fuhrt.
Durch das erfindungsgemasse Verfahren wird also die nützliche Sterilisierwirkung,
d. h. die Zerstörung der Keime, von den schädlichen Abbau-und Trennwirkungen getrennt.
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Die Erfindung hat daher ein Sterilisier-oder Pasteurisierverfahren
zum Gegenstand, insbes. für Milchprodukte, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass
das zu sterilisierende oder zu pasteurisierende Erzeugnis insbes. während einer
Dauer, welche kleiner als eine Sekunde ist, gleichzeitig einer inneren Erwärmung
durch Reibung an Flache, welche eine Relativbewegung gegenüber ihm ausfuhren, um
es wahrend einiger Zehntel Sekunden oder eines Bruchteils einer zehntel Sekunde
auf eine Temperatur zu bringen und auf dieser zu halten, welche grossenordnungsmassig
135-146° C fur die Sterilisierung oder grossenordnungsmassig 80° für die Pasteurisierung
betragt, und einer mechanischen Kraft, insbes. einer Fliehkraft, ausgesetzt wird,
wobei die Wirkungen der Temperatur und der mechanischen Kraft zusammenwirken, um
die etwa in dem Erzeugnis vorhandenen Mikroorganismen zu zerstören, indem sie das
Protoplasma derselben zum Gerinnen bringen und die Zellwande derselben zerstören
oder zumindest zersprengen.
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Dieses Verfahren kann in Vorrichtungen ausgeübt werden, welche wenigstens
zwei Oberflachen oder Wände aufweisen, welche eine Relativbewegung gegeneinander
ausfuhren, und zwischen welchen das zu sterilisierende oder zu'pasteurisierende
Erzeugnis hindurch lauft, wobei die Geschwindigkeiten der gegenseitigen Bewegung
zwischen der Wand oder den Wanden und dem zu behandelnden Erzeugnis so bemessen
sind, dass sie einerseits das Erzeugnis auf die gewünschte Temperatur bringen und
andererseits auf die Teilchen desselben eine mechanische Kraft ausüben, welche hinreicht,
um die Zellwande der etwa in dem zu sterilisierenden oder zu pasteurisierenden Erzeugnis
enthaltenen Mikroorganismen zu zersprengen oder sogar zu zerstören.
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Der Abstand zwischen den beiden miteinander zusammenwirkenden Oberflachen,
welche eine Relativbewegung gegeneinander ausführen, und zwischen welchen das zu
sterilisierende Erzeugnis hindurchlauft, muss sehr klein sein, insbes. kleiner ale
0, 5 mm und vorzugsweise grossenordnungsmassig 0, 2 bis 0, 3 mm.
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Die Vorrichtung kann zweckmassig gebildet werden : -entweder durch
eine Scheibe, welche um ihre Achse in einem Gehause in Umdrehung versetzt wird,
wobei der Swischenraum zwischen jeder sich bewegenden Flache der Scheibe und der
gegenüberliegenden festen Plache des Gehauses grosseordnungsmässig 0, 2 bis 0, 3
mm beträgt wobei das zu sterilisierende Erzeugnis in den Raum zwischen der Scheibe
und dem Gehäuse in der X der Drehachse der Scheibe eingeführt wird, wahrend dan
etorilieierte Brzeugnis in der Nähe des Umfanga der Scheibe austritt, wobei die
mechanische Kraft durch die Fliehkraft gebildet wird$ welche auf das von dem Zentrum
zu dem Umfang der
Scheibe getriebene Erzeugnis wirkt ;, oder durch
einen Kegelstumpf, welcher um seine Achse in einem kegelstumpfformigen Gehäuse mit
gleicher Konizität in Umdrehung versetzt wird, wobei der Zwischenraum zwischen der
sich bewegenden Oberfläche des rotierenden Kegelstumpfs und der festen Oberfläche
des Gehäuses grossenordnungsmässig 0, 2 bis 0, 3 mm betragt, wobei das zu sterilisierende
Erzeugnis in der Nähe des kleinen Endes des Kegelstumpfs eingeführt wird, während
das sterilisierte Erzeugnis in der Nähe des grossen Endes des Kegelstumpfs austritt,
wobei die mechanische Kraft durch die auf das Erzeugnis wirkende liehkraft gebildet
wird, insbes. wenn der rotierende Kegelstumpf auf seinem Umfang eine Reihe von schraubenförmigen
orsprungen aufweist.
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Bei dem obigen Verfahren und den obigen Verrichtungen erfolgt also
gleichzeitig mit dem Angriff einer mechanischen Kraft, welche auf die Zellwände
der Mikroorganismen eine Zersprenungswirkung ausübt, die Erwärmung der Teilchen
des zu sterilisierenden Erzeugnisses durch Reibung an den Wänden, gegenüber welchen
es eine Bewegung ausfuhrt, wobei es wohlverstanden ist, dass diese Wande nicht auf
eine Temperatur gebracht werden, welche hoher als die des mit ihnen in Berührung
kommenden Erzeugnisses ist (wie dies bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen
zur thermischen Sterilisierung oder Pasteurisierung der Fall ist), wodurch jeder
Wärmeschock und somit ein chemischer Abbau oder eine physikalische Trennung der
verschiedenen Bestandteile des zu sterilisierenden Erzeugnisses vermieden werden,
wobei nur die etwa in dem zu sterilisierenden Erzeugnis vorhandenen Mikroorganismen
zerstört werden, und zwar praktisch vollständige.
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Die Anmelderin hat namlich zu ihrer Überraschung
fesgestellt,
dass die gleichzeitige Anwendung einer mechanischen Kraft, welkche ausreicht, um
die Zellwände zu zerstören oder wenigste-ns anzugreifen, und einer gewissen Temperatur
gestattet, eine tatsachliche Sterilisierung bei einer niedrigeren Temperatur und/oder
wahrend einer kurzeren Zeit vorzunehmen, als bei den rein thermischen Verfahren,
bei welchen nur eine gewisse Temperatur wahrend einer bestimmten Dauer angewandt
wird.
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Da das zu sterilisierende Erzeugnis, insbes. ein Milchprodukt, einer
niedrigeren Temperatur und/oder wahrend einer kürzeren Dauer einer thermischen Sterilisierwirkung
ausgesetzt wird, erfahren die Bestandteile des Erzeugnisses keinen merklichen chemischen
Abbau und/oder keine merkliche physikalische Trennung. Man erhalt schliesslich ein
ßrzeugnis, welches mit dem Ausgangserzeugnis vor der Seerilisierung praktisch identisch
ist, was insbes. für Milch gilt, mit dem einzigen Unterschied, dass die etwaigen
Mikroorganismen durch die gemeinsame Wirkung der Temperatur und der mechanischen
Kraft zerstört wurden.
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Die Anmelderin hat festgestellt, dass es zur Vornahme der selektiven
Zerstörung der Mikroorganismen ohne merklichen Abbau oder ohne merkliche Trennung
unter den gunstigsten Bedingungen zweekmässig ist, bei Milch unter folgenden Bedingungen
zu arbeiten : eine nicht 145 C übersteigende Temperatur, eine Wirkungsdauer der
höchsten Temperatur, welche nicht einige Zehntel Sekunde übersteigt, Durchlauf des
zu sterilisierenden Erzeugnisses zwischen Oberflachen oder Wänden, deren Abstand
nicht 0,5 5 mm übersteigt, und schliesslich Höchstgeschwindigkeit der Relativbewegung
(in der Nähe des Umfangs der Scheibe bei einer mit einer Scheibe versehenen Vorrichtung),
welche grosser als 50 m/sec ist und vorzugsweise grosnenordnungsmässig 60 bis
SO.
m/sec betragt (oder mehr, insbes. bei der Pasteurisierung).
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Unter diesen bevorzugten Bedingungen bleibt die Milch während der
Sterilisierbehandlung vollständig bestandig, selbst wenn sie einen Uberschuss an
Eiweiss, Kalzium oder/ und Azidität aufweisto Es tritt insbes. kein Gerinnen während
der Behandlung auf, und man erhält eine sterilisierte Milch, welche ein vollstandiges
Nahrungsmittel mit dem ganzen Nährwert der ursprunglichen Milch ohne merklichen
Verlust an Vitamine, Thiamin, Lysin und anderen Aminsäuren bleibt. Schliesslich
wird die Verdaulichkeit des Proteins der Milch durch die Sterilisierbehandlung nicht
verändert.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beispielshalber erläutert.
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Fig. 1 und 2 zeigen im Schnitt bzw. in Seitenansicht eine Vorrichtung
mit einer flachen Scheibe zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens.
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Fig. 3 zeigt das Gesamtschema eines Sterilisators mit einer mit einer
Scheibe versehenen Vorrichtung gemäss Fig. 1 und 2.
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Fig. 4 zeigt in Seitenansicht die Lage der mit einer Scheibe versehenen
Vorrichtung gemäss Fig. 1 und 2.
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Fig. 5 und 6 zeigen im Längsschnitt bzw. in Seitenansicht eine der
Torrichtung der Fig. 1 und 2 entsprechende Vorrichtung, welche jedoch eine leicht
ballige Scheibe aufweist.
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Fig. 7 ist ein Schnitt einer Vorrichtung mit einem rotierenden Kegelstumpf
zur Ausübung des erfindungsgemässen Terfahrens.
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Fig. 8 zeigt eine Kurve, welche den Anstieg der als Ordinaten in
Grad 0 aufgetragenen Temperatur in Funktion
der als Abszissen in
Zehntel Sekunden aufgetragenen Zeit in einer erfindungsgemassen Steriltsiervorrichtung,
insbeso des Scheibentyps, darstellt.
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Fig. 9 zeigt im Schnitt eine andere Ausfuhrungsform einer Vorrichtung
mit flacher Scheibe.
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Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel weist die
Vorrichtung eine flache Scheibe 1 auf, welche in dem Sinn des Pfeils f um ihre Achse
X-X in einem Gehause 2 in Umdrehung versetzt wird, wobei der Zwischenraum e zwischen
jeder sich bewegenden Flache 1a, 1b der Scheibe 1 und der gegenüberliegenden festen
Flache 2a, 2b des Gehauses grosseordnungsmassig 0, 2 bis 0, 3 Millimeter betragt.
Das zu sterilisierende Erzeugnis, z. B. Milch, wird in den Raum 3 zwischen der Scheibe
1 und dem Gehause 2 bei 4 in der Nahe der Drehachse X-X der Scheibe 1 (siehe auch
Fig. 3) eingeführt, während das sterilisierte Produkt bei 5 in der Nahe des Umfangs
6 der Scheibe 1 aubtritt (siehe ebenfalls Fig. 3), wobei die mechanische Kraft durch
die Pliehkraft gebildet wird, welche auf das von dem Zentrum (Achse X-X) zu dem
Umfang 6 der Scheibe 1 getriebene Erzeugnis wirkt, während die Erwärmung des Erzeugnisses
durch die Reibung der Teilchen desselben sowohl an den sich bewegenden Flache 1a,
1b der Scheibe 1 als auch an den festen Flache 2a, 2b des Gehäuses 2 erfolgt, gegenüber
welchen sich das Erzeugnis mit grosser Geschwindigkeit bewegt.
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Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten AusfuhrungBform wird die flache
Scheibe 1 (mit der Symmetrieebene Y-Y), welche eine Dicke von 16 mm hat, von einer
Welle 7 getragen, welche in einer von Blocks 9 getragenen Hülse 8 angeordnet ist.
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Die Welle 7 ist in der Hülse 8 in Rollenlagern 10 gelagert, welche
an
inneren Schultern 8a der Hutte durch Gewindestopsel 11 und 12 gehalten werden, welche
in die beiden Enden der Hülse 8 eingesetzt sind, und durch welche die Achse 7 tritt,
wobei der Stöpsel 11 ausserdem ein Wälzlager 11a tragt. Berner bewirken zwei Dichtungen
13 die Abdichtung an den beiden Enden der Kammer 14, welche zwischen den mittleren
Abschnitten der Welle 7 und der Hülse 8 liegt und mit dem Raum 3 durch ringförmige
Durchlässe 15 in Verbindung steht. Bei dieser Ausbildung kann die Zufuhr des zu
sterilisierenden (oder zu pasteurisierenden) Erzeugnisses gewunschtenfalls in die
Kammer 14 erfolgen und so die Welle 7 etwas kuhlen, wobei es sich erwärmt.
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An einem durch den entsprechenden Stöpsel 12 tretenden Ende 7a der
Welle 7 ist eine Hälfte 16a einer Kupplung 16 angebracht, deren andere Hälfte 16b
an der Welle 17 eines es Elektromotors 18 befestigt ist.
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Fig. 2 zeigt genauer einen Flansch 2e des Gehäuses 2, welcher an
dem anderen Flansch 2f mit Hilfe von Splinten 19 befestigt ist und Yerstärkungsrippen
2Q trägt. Ferner zeigt Fig. 2 die bei 4 mundenden Stutzen 4a zur Zufuhr des zu sterilisierenden
(oder zu pasteurisierenden) Erzeugnisses, und die Stutzen 5a, welche das steriliserte
(oder pasteurisierte) Erzeugnis an den Stellen 5 abfuhren.
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Die Ausfuhrungsform der Fig. 5 und 6 ist mit der Ausfuhrungsform
der Fig. 1 und 2 identisch, und gleiche Teile sind auf diesen vier Figuren mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet, wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass bei
der Ausfuhrungsform der Fig. 5 und 6 der rotierende Teil nicht eine ; rlaeche Scheibe
1 ist, sondern eine leicht ballige Scheibe 1A, so dass sie in einem Halbschnitt
das Profil eines Kegelstunipfs hat. Die Flächen 1c und 1d der Scheibe 1 sind daher
etwas gegen
die Symmetrieebene Y-Y der Scheibe 1A geneigt, anstatt
zu dieser parallel zu sein, wie bei der Ausfuhrungsform der Fig. 1. Das Gleiche
gilt für die Flachen 2c und 2d des Gehauses 2A, welche den Flachen 1c und 1d gegenüberliegen.
Bei der Ausführungsform der Fig. 5 und 6 betragt der Abstand e zwischen den einander
gegenüberliegenden Wänden 1c-2c einerseits und 1d-2d andererseits, welche den Raum
3 begrenzen, grossenordnungsmassig 0, 2 bis 0, 3 mm.
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In Fig. 3 ist beispielshalber eine vollständige Sterilisieranlage
dargestellt, welche ausser der Anordnung 21 mit einer zwischen zwei Flanschen 2e,
2f rotierenden Scheibe, welche von dem Motor 18 über die Kupplung 16 angetrieben
wird, noch folgende Teile aufweisen kann : -einen Behälter 22 zur Aufnahme des zu
behandelnden Erzeugnisses, insbes. des zu sterilisierenden (oder ggfs. zu pasteurisierenden)
Milchprodukts, welcher innen einen Entleerungsabschnitt 22a enthalt ; -eine Pumpe
23, welche das zu sterilisierende Erzeugnis von dem Behalter 22 über einen Stutzen
24, einen Dreiwegehahn 25 und eine Leitung 26 empfangt ; -ein parallel zu der Pumpe
23 geschaltetes Umgehungsventil 27, wobei die parallel geschaltete Anordnung 23-27
durch die Leitung 26 gespeist wird und eine Leitung 28 speisen kann, welche mit
ihren parallelen Zweigen 28a und 28b die Kammer 14 der Fig. 1 oder der Fig. 5 speisen
kann ; -eine Ausgangsleitung 29 zur Entnahme des an dem Umfang 6 der Scheibe 1 durch
die Stutzen 5a der Fig. 2 oder der Pig. 6 austretenden sterilisierten Erzeugnisses,
wobei die Leitung 29 einen mit einer Vorrichtung 31 zur Temperaturanzeige zusammenwirkenden
Temperaturabnahmer 30 aufweist ;
-ein Regelventil 32, welches durch
eine von einem pneumatischen Regler gesteuerte pneumatische Kapsel gesteuertwerden
kann, um eine solche Stromungsmenge herzustellen, dass die sterilisierte Flüssigkeit
die gewünschte Temperatur erreicht, wobei dann die Steuerung von dem Abnehmer 30
ausgeht ; -einen Wärmeaustauscher 33 mit zwei Zonen, welcher das sterilisierte Erzeugnis
durch die Leitungen 34 und 35 und Kuhlwasser durch die Leitung 36 empfängt, wobei
der Austauscher die Kühlung des sterilisierten Erzeugnisses vornimmt, welches durch
die Leitung 37 austritt und bei 38 verfugbar ist, während das Wasser, welches sich
durch Warmeaustausch mit dem sterilisierten Erzeugnis erwärmt hat, durch die Leitung
39 austritt ; -einen Druckabnehmer 40, welcher mit einer Vorrichtung 41 zur Anzeige
des Drucks in der Anordnung 21 zusammenwirkt ; -eine Vorrichtung 42 zur Entfernung
der Luft, welche gestattet, zu Beginn die Luft aus dem Innern der A-nordnung 21
zu entfernen, wobei die hierbei abgeführten Erzeugnisse durch die Leitung 43 in
den Abschnitt 22a des Behälters 22 geleitet werden ; -ein System für den Umlauf
von Wasser (z. B. um die gesamte Sterilisieranlage zu prüfen oder in Betrieb zu
setzen), welches ein Rohr 44 zur Zufuhr von Wasser aufweist, welches durch das Ventil
25 der Leitung 26 zugefuhrt werden kann, sowie eine Leitung 35a, welche anstelle
der Leitung 35 durch das Dreiwegeventil 45 gespeist werden kann, wobei dannderAusgang
des Wärmeaustauschers 33 durch die Leitung 46 zu dem Entleerungsabschnitt 22a erfolgt,
und eine Entleerungsleitung 47 zur Abfuhr
des Wassers bei 48, wobei
der Ausgang 48 auch von dem Yentil 25 aus durch die Leitung 49 gespeist werden kann.
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Die Anordnung der Fig. 3 arbeitet folgendermassep Zu Anfang wird
Wasser bei 50 zugeführt und durch das Ventil 25 der Leitung 26 zugefuhrt, von wo
die Pumpe 23 es in die Leitungen 28, 28a und 28b und von dort in die Kammer 14 der
Anordnung 21 schickt. Die Drehung der Scheibe 1 der Anordnung 21 erwärmt das Wasser,
welches je nach der eingestellten Temperatur in flussigem oder gasformigem Zustand
durch die leitungen 29t 34 und 35a abgeführt wird. In dem Austauscher 33 wird das
Waaser durch Berührung mit dem durch die Leitung 36 ankommenden kalten Wasser gekRhlt.
Das behandelte auf diese Weise abgekühlte Vasser tritt durch die Leitung 46 aus
und wird von dort durch die Leitung 47 der Ausgangsstelle 48 zugeführt.
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Mach Inbetriebsetzung und Einstellung des Apparats wird die Stellung
der Ventile 25 und 45 (nach Abstellung der Wässerzufuhr bei 50) verandert. Der Inhalt
des Behalters 22 durchströmt die Leitungen 24 und 26, die Pumpe 23 und die Leitungen
28, 28a und 28b und gelangt in die Kammer 14 der Anordnung 21. Das zu behandelnde
Erzeugnis wird in der Kammer 3 dieser Anordnung eterilisiert oder pasteurisiert
und tritt am Umfang 6 der Scheibe aus. Das sterilisierte oder pasteurisierte Erzeugnis
gelangt durch die Leitungen 29, 34 und 35 in den Austauscher 33, wo es sich abkühlt,
bevor es durch die Leitung 37 auftritt und den Ausgang 38 erreicht.
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In. Fig. 4 sind die gegenseitigen möglichen Stellungen des Behalters
22, des Austauschere 33 mit zwei Zonen, nämlich siner zone für das behandelse Erzeugnis
und einer Zone ter das Wersuchswasser, sowie die anordnung 21, die Kupplung
16
und der Motor 18 dargestellt.
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Die obigen Ausführungen betreffen Torrichtungen zur Ausübung des
erfindungsgemässen Sterilisier- oder Pasteurisierverfahrens mit einer in einem Gehause
drehbaren flachen oder balligen Scheibe.
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Die Erfindung ist auch auf andere Arten von in einem Gehause drehbaren
Teilen anwandbar, z. B. auf eine kegelstumpfformige Trommel, welche sich in ernem
ebenfalls kegelstumpfformigen Gehause dreht, wie in Fig. 7 dargestellt.
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Diese Ausfuhrungsform besitzt eine kegelstumpfförmige Trommel 51,
welche sich in einem ebenfalls kegelstumpfformigen Gehäuse 52 dreht, welches die
glei Achse Z-Z wie die Trommel 51 hat, wobei ein Zwischenraum e zwischen der festen
Wand des Gehäuses 52 und der beweglichen Wand der Trommel 51 vorgesehen ist. Diese
wird von einer Welle 53 angetrieben, welche ebenfalls die Achse Z-Z besitzt, vcn
einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird und sich in einem Gehause 54 dreht,
in welchem sie durch Wälzlager 55 gelagertist.Eine Dichtung 56 verhindert, dass
das bei 57 in die Kammer 58 zwischen dem Gehäuse 52 und der Trommel 51 eintretende
zu sterilisierende Erzeugnis das Innere des Gehauses 54 erreicht.
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Die Arbeitsweise der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung ist folgende
: Das ggfs. vorgewärmte zu sterilisierende (oder zu pasteurisierende) Erzeugnis
kommt bei 57 an, ujrid zwardurch sein Eigengewicht oder durch eine Forderung unter
Druck.
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Es gelangt in die Kammer 58, in welcher ea sich durch die Wirkung
der inneren Reibung erwarmt, welche von der Drehung der Trommel 51 in dem Gehäuse
52 herruhrt, wobei der Abstanü e grössenordnungsmässig 0,2 bis 0,3 mm beträgt. Das
zu sterilisierende
(oder zu pasteurisierende) Erzeugnis folgt
einem schraubenförmigen Weg vondem Eingang 57 bis zu dem Ausgang 59 und wird daher
einer Fliehkraft unterworfen, welche zu der thermischen Erwärmungswirkung hinzutritt,
um die etwa in dem bei 57 ankommenden Erzeugnis vorhandenen Mikroorganismen zu zerstören,
so dass bei 59 ein sterilisiertes oder ggfso pasteurisiertes Erzeugnis austritt,
je nach der von dem Erzeugnis am Ende seines Weges in der Kammer 58 erreichten Temperatur.
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Wenn dies gewünscht wird, können ein oder mehrere schraubenformige
Vorsprünge 60 auf dem Umfang der Trommel 51 vorgesehen werden, um dem zu sterilisierenden
(oder zu pasteurisierenden) Brzeugnis zwangsläufig eine schraubenförmige Bahn in
der Kammer 58 zu erteilen.
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Bei allen bisher beschriebenen Ausfuhrungsformen strömt das zu sterilisierende
oder zu pasteurisierende Erzeugnis zwischen einer festen Flache und einer beweglichen
Flache, es ist jedoch wohlverstanden, dass das Erzeugnis auch zwischen zwei beweglichen
Plächen hindurchgeleitet werden kann, welche sich z. B. gegensinnig drehen, ohne
denRahmen der Erfindung zu verlassen.
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In allen Fällen erfolgt jedenfalls die Erwärmung des zu sterilisierenden
oder zu pasteurisierenden Erzeugnisses ohne Zufuhr von ausserer Wärme durch die
Wirkung der Reibung des Erzeugnisses an Wanden, bei welchen eine Relativbewegung
ihm gegenuber auftritt, wobei die Temperatur allmählich in einer sehr kurzen Zeit
ansteigt.
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Fig. 8 zeigt den zeitlichen Verlauf der Temperatur in einem zu sterilisierenden
Erzeugnis, welches in einer Vorrichtung der in Fig. 1-2, 5-6 oder 7 dargestellten
Art bebehandelt
wird, wobei angenommen ist, dass das Erzeugnis
kalt mit der Temperatur von 10° C ankommt. Wie man sieht, erreicht die Temperatur
am Ausgang nach 0,6 6 Sekunden 145° C, wobei das Erzeugnis allmahlich erwärmt wird,
ohne jemals mit einer Wand in Beruhrung zu kommen, welche heisser als es ist, wodurch
jeder Warmeschock vermieden wird. Ferner ist zu bemerken, dass das Erzeugnis von
65° C auf etwa 145° C in etwa einer zehntel Sekunde kommt und somit nur einen Bruchteil
einer Sekunde auf den Temperaturen bleibt, bei welchen Veränderungen der Struktur
seiner Komponenten auftreten kennen, wobei es wohlverstanden ist, dass es zweckmassig
ist, das sterilisierte Erzeugnis bei seinem Austritt aus der erfindungsgemassen
Vorrichtung schnell zu kühlen, um zu verhindern, dass es nach seinem Austritt aus
der Torrichtung auf 145° C gehalten wird.
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Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines
Sterilisators mit flacher Scheibe zur Ausübung des erfindungsgemassen Verfahrens.
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Die zu sterilisierende Flüssigkei wird einem Sterilisator mit einer
in dem Korper 102 des Apparats drehbar gelagerten Scheibe 101 zugeführt.
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Diese Scheibe 101 sitzt auf einer Welle 103, welche in Wälzlagern
104 und 105 gelagert ist und über eine Kupplung 106 von einem Motor 107 angetrieben
wird.
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Die Flüssigkeit wird entweder durch ihr Eigengewicht oder mittels
einer Pumpe durch in der Nähe der Welle 103 mündende Leitungen 108 und 109 zugeführt.
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Die Abdichtung zwischen der Welle 103 und dem festen Körper 102 des
Apparats erfolgt durch Dichtungen 110 und 111.
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Nach Abfuhr der in der Anlage enthaltenen Luft mittels eines Entluftungshahns
112 wird die einer Reibung zwischen der rotierenden Scheibe 101 und dem Körper 102
des Apparats ausgesetzte Ylüssigkeit auf eine hohe Temperatur gebracht.
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Durch die Wirkung der Fliehkraft wird die Flüssigkeit zu dem von
der Welle entfernten Teil des Körpers des Apparats getrieben und tritt aus dem Apparat
durch eine Leitung 113 aus, welche mit einer von Hand oder automatisch betätigten
Torrichtung 114 zur Regelung der Durchflussmenge versehen ist.
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Der Apparat wird durch Instrumente 11 116 und 117 zur Messung der
Temperatur der Flüssigkeit, ihres Drucks und ihrer Stromungsmenge vervollständigt.
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Die Heiztemperatur wird dadurch eingestellt, dass entweder die Drehzahl
der Scheibe oder die S-tromungsmenge der Flüssigkeit verandert wird.
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Gemass einem Ausfuhrungsbeispiel hat die Scheibe einen Durchmesser
von 400 mm und eine Dicke von 16 mm, ist von den fanden um 0, 3 mm entfernt und
wird mit 3. 000 Umdrehungen in der Minute angetrieben.
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Die unter diesen Bedingungen erreichte Temperatur beträgt 145° C
für eine Sfromungsmenge von-120 l/h von zu sterilisierendem Rahm (von Milch).
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Der Apparat kann je nach der gewählten Anwendung durch übliche Wärmeaustaus
cher vervollständigt werden, welche vor dem Apparat zur Erzielung einer Vorwarmung
oder am Auegang desslben zur Herstellung einer kraftigen Kühlung angeorvet sinds,
Mit
der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 oder9 wurde schliesslich eine ausgezeichnete Sterilisierung
mit praktisch vollständiger Zerstörung der Mikroorganismen und ohne Abbau oder Trennung
der Komponenten erhaltene Nachstehend sind beispielshalber die Ergebnisse von vor
und nach der Sterilisierung vorgenommenen bakteriologischen Analysen von Rahm angegeben
: Vor der Sterilisierung Rahm A Zählung der hitzebestandigen anaeroben Bakterien
(in Sporenform) nach einer Erwarmung von 30 Iiinuten auf 80° C in einem Medium von
tiefem VF Agar-Agar in Rohrchen.
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. Nach 7 Tagen bei 37° C: mehr als 10.000 Keime in 1 cm3.
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Zahlung der hitzebestandigen aeroben Bakterien (in Sporenform) nach
einer Erwärmung von 30 Minuten auf 80° C in Nähr-Agar-Agar in Petrieschalen. a Nach
3 Tagen bei 37° C : 75. 000 Keime in 1 cm3.
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Zahlung der gesamten Keime.
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Zweischichtmethode, Tryptonmedium Agar-Agar in Pearischalen (buttiaux)
: . Nach 3 Tagen bei 30° C: mehr als 10.000.000 Keime in 1 cm3 . Nach 3 Tagen bei
6° C : 1. 800. 000 Keime in 1 cm3.
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Stäbchenformige Keime auf einem glänzend grünen Nährboden (48 Stunden
bei 30° C) : mehr als 1. 000 Keime in 1 cm Escherichiæ coli (Mackenzie-test) 48
Stunden bei 44° C auf einem glänzend grünen Nährboden und peptonhaltigem Wasser
: mehr als 1. 000 Keime in 1 cm3.
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Pathogene Staphylokokken auf Chapman-Medium : Kein Keim in 1 cm3.
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Prüfung auf Salmonella und Shigella : kein Keim in 1 cm3.
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Nach Sterilisierung Rahm B Zählung der hitzebeständigen anaeroben
Bakterien (inh Sporenform) nach einer Erwärmung von 30 Minuten auf 80° C, in einem
Medium von tiefem VF Agar-Agar in Rbhrchen.
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. Nach 7 Tagen bei 37° C : kein Keim in 1 cm3* Zahlung der hitzebeständigen
aeroben Bakterien (in Sporenform) nach einer Erwärmung von 30 Minuten auf 80° c,
Nähr-Agar-Agar in Petrischalen.
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. Nach 7 Tagen bei 37° C: kein Keim in 1 cm3 zu 1/10.
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Zählung der gesamten Keime.
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Zweischichtmethode, Tryptonmedium Agar-agar in Petrischalen (Buttiaux).
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Nach 3 Tagen bei 30°C : kein Keim in 1 cm3 zu 1/10.
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. Nach 3 Tagen bei 6° C : kein Keim in 1 cm3 zu 1/10.
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Stäbchenformige Keime auf glänzend grünem Nährboden (48 Stunden bei
3G° C) : kein Keim in 1 cm3.
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Escherichia coli (Mackenzie-Test) 48 Stunden bei 44° G auf glänzend
grunem Nährboden und peptonhaltigem Wasser : kein Keim in 1 em Pathogene Staphylokokken
auf Chapman-Medium: kein Keim in 1 cm3.
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Prüfung auf Salmonella und Shigella: kein Keim in 25 cm3.
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Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung
besitzen gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zahlreiche Vorrteile,
insbes. folgende :
Sie ermöglichen zunächst, eine Sterilisierung
bzw. Pasteurisierung, insbes. von Milchprodukten, unter ausgezeichneten Bedingungen
vorzunehmen.
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Sie gewahrleisten eine praktisch. vollständige Zerstörung der etwa
in dem zu behandelnden Erzeugnis vorhandenen Mikroorganismen.
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Ausser der Zerstörung der etwa vorhandenen Mikroorganismen erfahrt
das Erzeugnis praktisch keine Veränderung, wobei insbes. die empfindlichen organischen
Moleküle nicht angegriffen werden und die verschiedenen Bestandteile keinen Scheidungswirkungen
unterworfen werden.
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Die Sterilisierung oder Pasteurisierung erfolgt sehr schnell und
kann fortlaufend vorgenommen werden.
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Sie erfordern keine äussere Warmezufuhr.