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"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.
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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.
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Schliesslich nutzt daß Verfahren auch die Einwirkung des elektromagnetischen
Wechselfeldes als solchen insbesondere zur Schädigung der in den Mikroorganismen
enthaltenen Nukleinsäuren.
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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.
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Das Vorfahren eignet sich auch zur Zerstörung von Ensymen, die in
den Produkten enthalten sein können.
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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.
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@@@@ @@@@ @@@@ ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Je mehr die dielektrosche Beeinflussung des Produktes erhöht wird,
umso stärker ist diese Beeinflussung.
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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.
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Die aufgenommene Energie staut sich somit in ihnen auf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Innerhalb dieser Grenzen wird man in den allermeisten Fällen auskommen,
wenn auch Uberschreitungen derselben in Sonderfällen nicht ausgeschlossen sind.
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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.
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schritten wird. Diese Behandlung ist besonders dann vorteilhaft, wenn
eine Inaktivierung und/oder Attenuierung der Mikroorganismen erreicht werden soll.
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Naohfolgend werden einige Beispiele der Erfindung beschrieben.
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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.
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faktor gefertigte und zuvor sterilisierte Umhüllung einer schlossen
und anschliessend während 120 Sekunden einem elektromagnetischen Kraft feld mit
einer Frequenz von 2450 Maz ausgesetzt.
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Die Temperatur der Flüssigkeit stieg während der Behandlung mit dem
elektromagnetischen Kraftfeld auf 60°C an.
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Anschliessend wurde das so behandelte Präparat während 48 Stunden
in einem elektrisch betriebenen, automatischen Brutofen bei 37°C bebrütet.
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Nach Ablauf dieser Zeit konnten keine Keime mehr festgestellt werden.
Dieser negative Befund ergab sich auch bei späteren Nachuntersuchungen.
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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.
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Es ist weiterhin zu bemerken, dass absichtlich eine Keimzahl gewählt
worden war, wie sie in dieser Höhe in der Natur nicht vorkommt.
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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.
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Die Temperatur der Flüssigkeit stieg während der Behandlung mit dem
elektromagnetischen Kraftfeld auf 50°C an.
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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.
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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.
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Die Toxizität und die haemolytischen Eigenschaften der noch fortpflanzungsfähigen
Keime blieb unverändert.
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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.
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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.
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Die Versuchsanordnung blieb die gleiche wie für den Versuch 1 beschrieben.
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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.
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Bei der dazuffolgenden Untersuchung konnten weder Poxvirus vaociniae
noch Staphylococcus aureus festgestellt werden.
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Bieses Ergebnis blieb auch bei späteren Nachuntersuchungen bestehen.
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Somit wurden Bakterien wie Viren bei einer mittleren Temperatur des
Präparats knapp unter der Pasteurisierungstemperatur vernichtet.
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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.
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Die Temperatur der Flüssigkeit stieg während der Behandlung mit dem
elektromagnetischen Kraftfeld auf 50°C.
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Anschliessend wurde das Präparat während 48 Stunden bei 37°C bebrütet.
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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.
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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).
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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.
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Bei weiteren Versuchen wurde festgestellt, dass Sporen auf diese Behandlung
ähnlich wie Bakterien reagierten.
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Ein mit frischer Leberwurst durchgeführter Versuch ergab Bakterienfreiheit
»wh 100 Sekunden bei einer Temperatur von etwa 62 0C.
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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.
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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.
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Patentansprüche: