DE1814084A1

DE1814084A1 - Verfahren zum Abtoeten und/oder Inaktivieren und/oder Attenuieren von Mikroorganismen

Info

Publication number: DE1814084A1
Application number: DE19681814084
Authority: DE
Inventors: Bach Dr Jean
Original assignee: BACH DR JEAN
Current assignee: BACH DR JEAN
Priority date: 1968-12-11
Filing date: 1968-12-11
Publication date: 1970-06-25
Also published as: DE1814084C3; DE1814084B2

Description

"Verfahren zum Abtöten und/oder Inaktivieren und/oder Attenuieren von Mikroorganismen." Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtöten und/oder Inaktivieren und/oder Attenuieren von Mikroorganismen in Substanzen oder Produkten, deren mittlere Dielektrizitäts-Substanze (#) und/oder dielektrischer Verlustfaktor (trang. #) @@@enen der abzutötenden oder zu schadigender @@@@nen abweicht, mittels elektrischer @@@@ elektrischer Hochfrequenzbestrahlung.
Das Verfahren gemäss Erfindung ist ferner auf die Verschiedenheit der Wärmeleitfähigkeit der Produkte einerseits und der Mikroorganismen, oder von Teilen derselben andererseits zur Abtötung bzw. Schädigung der Mikroorganismen gerichtet.
Schliesslich nutzt daß Verfahren auch die Einwirkung des elektromagnetischen Wechselfeldes als solchen insbesondere zur Schädigung der in den Mikroorganismen enthaltenen Nukleinsäuren.
Mit Mikroorganismen sollen hier alle Erzoger, wie z.B. Viron, Bakterien, Mycoplasmen, Rickettsion, Basillen und deren Sporen, sowie deren Produkte, wie z.B. Toxine et gemeint sein.
Das Vorfahren eignet sich auch zur Zerstörung von Ensymen, die in den Produkten enthalten sein können.
Wenn auch dem Grunde nach die Zahl der Produkte, die durch das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise sterilisiert werden können, @@@@@ begrenzt ist, so lässt sich die Er-@@@ @@@@ Welle nicht nur zum Sterilisieren non auch zum Abtötung und/oder Inaktivieren, @lweise @@@@@ @@@@@ lonien @@@@ Mikroorganisme @@ dies z.B.
@@@@ @@@@ @@@@ ist.
Das der Erfindung entsprechende Verfahren kann auch Anwendung tinten, um Erreger lebens- bzw. fortpflanzungsunfähig zu machen oder sie diesbezüglich zu schädigen, ohne die in ihnen enthaltenen oder die von ihnen bereits ausgeschiedenen Wirkstoffde (Eiweisse) zu zerstören. Dies wird insbesondere dann möglich sein, wenn die dielektrischen bzw. Wärmeleiteigenschaften dieser Susbtanzen sich von den-Wenigen der Erreger selbst im Sinne des Verfahrens günstig unterscheiden.
Eine weitere Wirkungsweise des Verfahrens beruht darauf, dass die Riesenmoleküle der zu vernichtenden oder zu schädigenden Nukleinsäuren (DMS und RNS) ausser von der Wärme auch von elektromagnetischen und infolge der Letzteren auftretenden mechanischen Bedingungen in @nne des Verfahrens beeinflusst werden.
Diese Riesenmoleküle stellen nicht nur elektrisch beeinflussbare Körper dar, sie weisen an manchen Stellen ihrer meist schraubenlinienförmig verlaufenden "Ketten" zwischen ihren Amino-Säure "Bausteinen" Bindungen auf, die keine chemischen Valenzen, sondern nur Van der Waals'sche Anziehungskräfte darstellen, die elektrostatischer Natur sind.
Vor allen an diesen Stellen werden naturgemäss die elektromagnetischen Einflusse des Kraft @@es und die von diesen l@@@@ @@@@@vor@@@fene Kinetische Wirkung wirksam, welche letzt @@@@@@ darum wesentlichen ist, weil sich Eeiweissmoleküle unter gewissen Voraus @@zungen wie Dipole verhalten und bestrebt sind, sich im Magnetfeld auszurichten. Dies wirkt im Sinne der durch die Erfindung angestrebten Wirkung günstig, da ja die Van der Waals'schen Anziehungskrfte dem Abstand der durch sie verbundenen Moleküle umgekehrt proportional ist. Eine Abstandszunahme um nur 5 Å kann beispielsweise in besonderen Fällen eine Verringerung dieser kräfte auf ein Hunderstel zur Folge haben.
Beim Abtöten und/oder Inaktivieren von Mikroorganismen tritt insodern ein Problem auf, als die zur Abtötung und/oder Inaktivierung bzw. Attenuierung führende Massnahme die übrigen Bestandteile des Produktes möglichst wenig beeinflussen soll.
Je mehr die dielektrosche Beeinflussung des Produktes erhöht wird, umso stärker ist diese Beeinflussung.
Bei der Beseitigung obiger Schwierigkeit geht die vorliegende Erfindung von der Erkenntnis aus, dass, wenn die mittlere Dielektrizitätkonstante und/oder der dielektrische Verlustfaktor (tang. #) des Produktes geringer sind als die der abzutötenden Mikroorganismen, der Temperaturanstieg der Hochfrequenzerwärmung in dem Mikroorganismen wesentlich schneller erfolgt als in der diese enthaltenden Susbtanz oder in dem diese enthaltenden Produkt. Im ungekehrten Fall tritt die gleiche Wirkung ein, wenn die Mikroorganismen von ihrem Material oder von ihrer Struktur her schlechtere Wärmeleiter sind als ihre Umgebung und die aufgenommene (thermische) Energie nur viel langsamer abstrahlen können.
Die aufgenommene Energie staut sich somit in ihnen auf.
Ein solches Beispiel sind die Bakterien-Sporen. Dementsprechend ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Gesamtmasse des zu behandelnden Objekts auf eine mittlere Temperatur erfolgt, die geringfügig unter der Temperatur liegt, bei welcher die Eiwessbestandteile d.r abzutötenden und/oder zu inaktivierenden Mikroorganismen gerinnen. Das Mass, um welches die mittlere Temperatur des Produktes unter der Eiweissgerinnungstemperatur der abzutötenden und/oder zu inalctivierenden Mikroorganismen (nach.
folgend nur noch kurz Gerinnungstemperatur genannt), liegt, hängt von mehreren Faktoren ab. Zunächst einmal ist hier der Unterschied der mittleren Dielektrizitätskonstanten und/o der dem dielektrischen Verlustfaktor (trang. #) von Produkten und Mikroorganismen wesentlich. Ist dieser Unterschied gross, so kann auoh die Temperatur, auf welche erwärmt wird, tieier unter der Gerinnungstemperatur liegen. Je geringer der Unterschied der Dielektrizititätskonstanten ist, umso näher muss die Temperatur, auf welche erwärmt wird, an der Gerinnungstemperatur liegen, es sei denn, dass die Verschiedenheit in der Wärmeleitfähigkeit. im Mikroorganismus einen Wärmestau verursacht, wodurch Energie in der Hauptsache nur nach innen - zu den für den Mikroorganismus icswichtigen Aminosäuren und Nukleinsäuren - abfliessen kann.
Ein weiterer wesentlicher Faktor ist die Ene: iedichte, welcher die Produkte bestrahlt werden. Je geringer il Energiedichte ist, umso höher muss auch die Temperatur 41 auf auf welche erwärmt wird, da bei geringerer Energie.
dichte die in den Mikroorganismen erzeugte Wärme mehr Zeit hat, in das umgebende Produkt abzufliessen. Jo höher die Energiedichte ist, umso kürzer kann die Bestrahlungsseit gewählt werden und umso niedriger kann die Temperatur liegen, auf welches das Produkt erwärmt wird, denn die Gerinnung der Eiweisse erfolgt je bekanntlich ohne Vorzug, sobald die kritische Temperatur erreicht ist.
Wenn auch die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, so ist doch das hauptanwendungsgebiet derselben die Abtötung und/oder Inaktivierung von Mikroorganismen in einen hohen Wasserbestandteil aufweisenden Produkten, wie z.B. Lebensmittelkonserven und Bakterienkulturen.
Die Erfindung hat eine aussererdentlische Anwendungsbreite, da die meisten abzutötenden Mikroorganismen ohen Umküllung @@@ @@@ oder wesentlichen Substanzen besitzen, deren mittleren Dielektrizitätskonstante und/oder deren dielektrischen Verlustfaktor (tang. #) relativ gross und deren Wärme-@@@ @@@@@ relativ gering ist. Dadurch entsteht in dieser Umküllung die erhöhse Temperatur, welche die Eiweissbe-@@ Mikroorganismus im Erneren der Umkühlung @@@ @@@, wenn die mittlere Struktur des @@@@@@@ noch unter der @@@@ Temperatur @@@ Mikroorganismes enthalten Inneren fetthaltige Substanzen (z.B. Liposacharide), welche die im Kraftfeld aufgenommene Wärme länger speichern als ihre ii wesentlichen sas Wasser bestehende Umgebung. In diesem Falle geht die thermische Wirkung des Verfahrens auf die zu schädigenden oder zu vernichtendne Proteine von diesem, in ihrer unmittlebaren Nähe befindlichen Material aus. Die Gerinnungstemperatur ist natürlich für die verschiedenen Mikroorganismen unterschiedlich. Sie liegt in der Regel zwischen 60 und 85°. Lipsaccharide gerinnen z.B. erst bei ungefähr 82°C.
Die Erwärmung erfolgt vorteilhaft auf einen Wert, der über etwa dem Mittelwert zwischen 37°C und der Eiwessgerinnungstemperatur des Mikroorganismus liegt. A anderen Seite wird es bevorzugt, dass die Erwärmung auf eine @@leiterfolgt, die Möglichst mehr als 3°C unter der Eiwessgerinngungstemperatur der abzutötenden Mikroorganismen liegt.
Innerhalb dieser Grenzen wird man in den allermeisten Fällen auskommen, wenn auch Uberschreitungen derselben in Sonderfällen nicht ausgeschlossen sind.
Verteilhaft wird die Behandlung des Produktes und/oder Präparates, wenn besonders der Gehalt an Desoxyrlbonukleinsäure bzw. Ribonukleinsäure der Mikroorganismen durch die nicht thermischen Einwirkungen des elektromagnetischen Kraftfeldes geschädigt werden soll, so ausgeführt, dass eine um etwa 1000 unter der Gerinnungstemperatur der Eiweissbestandteile der Mikroorganismen liegende mittlere Temperatur des Produktes und/oder Präparates nicht über.
schritten wird. Diese Behandlung ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine Inaktivierung und/oder Attenuierung der Mikroorganismen erreicht werden soll.
Naohfolgend werden einige Beispiele der Erfindung beschrieben.
Versuch 1 Eine in Rinderbouillon aufgehängte Staphyloooocus aureaus-4 haemolyticus Kultur mit einer Keimzahl von 1 640 000. pro em3 wurde bei Zimmertemperatur (etwa 21°C) in eine luftdichte, aus einem Material mit niedrigem dielektrischem Verlust.
faktor gefertigte und zuvor sterilisierte Umhüllung einer schlossen und anschliessend während 120 Sekunden einem elektromagnetischen Kraft feld mit einer Frequenz von 2450 Maz ausgesetzt.
Die Temperatur der Flüssigkeit stieg während der Behandlung mit dem elektromagnetischen Kraftfeld auf 60°C an.
Anschliessend wurde das so behandelte Präparat während 48 Stunden in einem elektrisch betriebenen, automatischen Brutofen bei 37°C bebrütet.
Nach Ablauf dieser Zeit konnten keine Keime mehr festgestellt werden. Dieser negative Befund ergab sich auch bei späteren Nachuntersuchungen.
Es hat somit bei diesem Versuch, der knapp unter der Pasteurisierungstemperatur stattfand, d-ie völlige Vere nichtung der Kultur stattgefunden. Dieses Ergebnis ist besonders wegen der vergleichsweise sehr kurzen Erhitzungsdauer bemerkenswert 3 die Temperatur des Präparats - ebenso wie die der in den weiter unten beschriebenen Versuchen verwendeten - sank bei Aussetzen des Präparats der Zimmer temperatur von oa. 2100 sehr schnell von der Maximaltemperatur auf die Zimmertemperatur ah. Bis zum Eintritt in den Brutofen verging jeweils eine gute Stunde. Mit den Präparaten in den weiter unten beschriebenen Versuchen wurde ebenso verfahren.
Es ist weiterhin zu bemerken, dass absichtlich eine Keimzahl gewählt worden war, wie sie in dieser Höhe in der Natur nicht vorkommt.
Versijoh 2 Das bei diesem Versuoh verwendete Ausgangspräparat glich in allen linzelheiten demjenigen, welches in Verusch 1 verwendet wurde. Auch das Kraftfeld war das gleiche, nur die Dauer der Behandlung wurde von 120 Sekunden auf 90 Sekunden herabgesetzt.
Die Temperatur der Flüssigkeit stieg während der Behandlung mit dem elektromagnetischen Kraftfeld auf 50°C an.
Nach 48 Stunden Bebrütung bei +3700, - wie oben beschrieben -wurden nur noch 45 000 pro cm3 Staphylococcus aureus haemolyticus gefunden. Die Keimzahl war von 1.640.000 auf 45.000 also sehr wesentlich gesunken, obwohl die mittlere Temperatur des Präparats erheblich unter der pasteurisierungstemperatur blieb.
Hierauf wurde das Präparat bei -20°C auf 21 Tage eingefroren, und anschliessend während 48 Stunden bei 37°C . wie oben beschrieben w bebrütet. Bei der Auszählung konnten nur noch 14 500 fortpflanzungsfähige Keime pro cm³ festgestellt werden.
Die Toxizität und die haemolytischen Eigenschaften der noch fortpflanzungsfähigen Keime blieb unverändert.
Es ist bekannt, dass Bakterien durch Einfrieren in ihrer Fortpflanzungsfähigkeit gehemmt werden, doch ist diese Hemmung unverhältnismässig geringer 8etwa 1%) als die hier 21 Tage nach der thermischen Behandlung gefunden Hemmung von 66%. Bei Viren ist eine solche Hemmung nicht vorhanden.
V e r s u c h 3 Bei diesem Versuch und beim weiter unten angeführten Verauch 4 wurde ein anderes Grundpräparat verwendet. Es bestand aus eine in physiologischer Kochsalzlösung (0,8* NaCl) aufgehängten Kultur von Poxvirus vacciniae, wie sie - wenn auch nicht in dieser Konzentration - fiir die Pockenschutzimpfung verwendet wird, mit einer Keimzahl von 50.000.000 pro cm3. Diese Kultur wurde mit Staphylococcus aureusbakterien solcherart infiziert, dass ausser den Viren auch noch 54 000 pro cm³ Staphylococci zu verzeichnen waren.
Die Versuchsanordnung blieb die gleiche wie für den Versuch 1 beschrieben.
Bei diesem Versuch wurde das Präparat während 120 Sekunden dem Kraftfeld ausgesetzt. Die Temperatur der Flüssigkeit stieg während der Behandlung mit dem elektromagnetischen kraftfeld auf 60°C. Auch dieses Präparat wurde während 48 Stunden bei 3700 bebrütet.
Bei der dazuffolgenden Untersuchung konnten weder Poxvirus vaociniae noch Staphylococcus aureus festgestellt werden.
Bieses Ergebnis blieb auch bei späteren Nachuntersuchungen bestehen.
Somit wurden Bakterien wie Viren bei einer mittleren Temperatur des Präparats knapp unter der Pasteurisierungstemperatur vernichtet.
V e r s u c h 4 Das Grundpräparat und alle anderen Versuchsbedingungen einschliesslich Kraftfeld blieben bei diesem Verusch genau die gleichen wie bei Versuch 3, nur die Zeitdauer der die elektrischen Behandlung wurde von 120 auf 90 Sekunden herabgesetzt.
Die Temperatur der Flüssigkeit stieg während der Behandlung mit dem elektromagnetischen Kraftfeld auf 50°C.
Anschliessend wurde das Präparat während 48 Stunden bei 37°C bebrütet.
Die Keimzahl für Staphylococcus aureus sank von 54 000 auf 12 stück und die Keimzahl von Poxvirus vacciniae von 50 000 000 auf 50 Stück pro cm30 Dieser objektive Befund (Keimzahl) hat sich auch bei nach nochmaligen Auftauen und Wiedereinfrieren durhcgeführten Betrütungen und Auszählungen nicht verändert.
Somit konnte festgestellt werden, dass bei einer mittleren Temperatur des Präparats, welche 10 bis 1500 unter der Pasteurisierungstemperatur (Gerinnungstemperatur) lag, die Keimzahl sowohl von Viren als auch von Bakterien bei deutend gesenkt und dass die Fortpflanzungsfähigkeit der Keime gehemmt worden war (Attenuierung).
Es wurde fernerhin erwiesen, dass Viren prozentual stärker in Mitleidenschaft gesogen wurden als Bakterien. Zumindest in der beschriebenen Versuchsanordnung zeigten sich die Viren empfindlicher, was die Abtötung der einen Art bei Erhaltung der anderen nahelegt, wenn die Kultur gemischter Art oder besser gesagt verseucht ist.
Bei weiteren Versuchen wurde festgestellt, dass Sporen auf diese Behandlung ähnlich wie Bakterien reagierten.
Ein mit frischer Leberwurst durchgeführter Versuch ergab Bakterienfreiheit »wh 100 Sekunden bei einer Temperatur von etwa 62 0C.
Aus den Ergebnissen der Versuche 1 bis 4 erhellt a) dass die dielektrisohe Behandlung in den Mikroorganismen eine höhere Temperatur erseugt als in deren wässerigen Umgebung und b) dass die Einwirkungen des Kraftteldes - entweder durch elektromagnetische oder durch mechanische Kräfte, welch letztere Folgen der elektromagnetischen Kräfte sein müssen . eine durch die Erfindung beabsichtigte Wirkung auf die Mikroorganismen bzw. auf deren Komponenten ausüben.
Diesen Schluss lassen insbesondere die Ergebnisse der Versuche 2 und 4 wegen der bei diesen vorhandenen erheblichen Differenz zwischen der erreichten Temperatur und der gerinnnungstemperatur, sowie wegen fortschreitender Sekung der JCeimsahl lange nach Beendigung der Erhitzung und die Hemmung der Fortpflanzungsfähigkeit trotz mehrfachen Auf tauens zu.
Patentansprüche:

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Abtöten und/oder Inaktivieren und/oder Attenuieren von Mikroorganismen in Produkten und/oder Präparaten, deren mittlere Dielektrizitätskonstante (f ) und/oder deren dielektrischer Verlustfaktor (tang. #) oder deren Wärmeleitzahl von denen der abzutötenden oder zu schädigenden Mikroorganismen abweicht, mittels elektrischer, vorzugsweise dielektrischer Behandlung, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt bzw. das Präparat einem hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird, und dass diese Behandlung abgebrochen wird sobald die infolge der thermischen Wirkung des Kraftfeldesansteigende mittlere Temperatur des Produktes bzw. des Präparates nahe aber noch unterhalb der Temperatur liegt, bei welcher die Eiweissbestandteile der abzutötenden und/ oder zu inaktivierenden und/oder zu attentuierenden Mikroorganismen gerinnen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung auf eine Temperatur erfolgt, die über etwa dem Mittelwert zwischen 37°C und der Eiweissagerinnungs temperatur der Mikroorganismen liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, daourch gekennseichnet, dass die Eerwärmung auf eine Temperatur erfolgt, die mehr als 30C unter der EiweiBsgerinnungstemperaeur der abzutötenden Mikroorganipmen liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungs durch kurzfristige Bestrahlung mit hoher Energiedichte bewirkt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Behandlung des Produktes undZoder Präparates im elektromagnetischen Kraftfeld, insbesondere bei der Inaktivierung undzoder Attenuierung von Mikroorganismen, eine um etwa 10°C unter der Gerinnungstemperatur der Eiwessbestandteile der Mikroorganismen liegende mittlere Temperatur des Produktes und/oder Präparates nicht überschritten wird.