DE19605650A1

DE19605650A1 - Treatment or stressing of biological substances with microwaves in presence of water vapour

Info

Publication number: DE19605650A1
Application number: DE19605650A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof Dr Luecke; Dieter Von Hoersten
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1997-06-26

Abstract

A method extracts materials from biological substances and may be used to treat seeds and propagating materials to kill harmful micro-organisms. The treatment zone is irradiated by oscillatory electromagnetic energy at microwave frequencies, in the presence of steam or a mist of water vapour. The energy field is homogenised, and controlled to keep the material above a minimum specified temperature, and preferably evened-out closely above the incipient dew point. Also claimed is use of the method for controlled stress induction in seed and propagation material for limited, targeted reduction of germination potential and/or growth energy and vitality.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extraktion von Inhaltsstoffen aus biologischen Materialien sowie zur Behandlung von Saat- und Vermehrungsgut.The invention relates to a method for extracting Ingredients from biological materials as well as Treatment of seeds and propagation material.

Die Extraktion von Inhaltsstoffen aus biologischen Materialien bzw. Stoffen sowie die Behandlung von Saatgut und allgemeinem Vermehrungsgut zu dessen Befreiung von schädlichen Keimen, wie Pilzbefall, Viren, Bakterien, auch Eiweiß zum Schutz während der Lagerung und bis zum Auskeimen nach der Aussaat bzw. nach der Auspflanzung ist ein traditionell wichtiges Thema, zu dem einerseits chemische und andererseits verschiedenste physikalische Maßnahmen herangezogen wurden.The extraction of ingredients from biological Materials and substances as well as the treatment of seeds and general reproductive material to exempt it from harmful germs, such as fungal attack, viruses, bacteria, also protein for protection during storage and until Germination after sowing or after planting a traditionally important topic, on the one hand chemical and various physical Measures were used.

Bei der Behandlung von Saatgut wurden wegen der insbesondere: toxischen Auswirkungen der chemischen Maßnahmen verstärkt die physikalischen Maßnahmen, wie z. B. die Heißwasserbeizung, die Heißluftbehandlung, die Anwendung von γ- und β-Strahlung, die elektrische Hochspannungsentladung und der Einsatz von Mikrowellenenergie eingesetzt.In the treatment of seeds, because of the in particular: toxic effects of chemical Measures reinforced the physical measures, such as e.g. B. the hot water treatment, the hot air treatment, the Application of γ and β radiation, the electrical High voltage discharge and the use of Microwave energy used.

Sämtliche Methoden unterliegen jedoch mehr oder weniger großen Nachteilen, auch wirtschaftlichen Nachteilen wegen zu hohem technischem Aufwand. However, all methods are subject to more or less big disadvantages, also because of economic disadvantages to high technical effort.

Die Behandlung biologischer Stoffe wie Pflanzen, Lebensmittel auch Abfallstoffe mittels elektromagnetischen Schwingungen im Frequenzbereich von sogenannten Mikrowellen zur Entkeimung und zum Materialaufschluß ist bekannt.Treating biological substances like plants, Food also uses waste materials electromagnetic vibrations in the frequency range of so-called microwaves for disinfection and Material digestion is known.

Die Erfahrungen der Saatgutbehandlung mit dem Einsatz der Mikrowellentechnik führten jedoch zu der Erkenntnis, daß mit steigender Mikrowellenleistung und zunehmender Behandlungsdauer zwar eine verbesserte Abtötung der Schadenerreger erzielt wird, daß aber eine vollständige Abtötung der schädlichen Erreger nicht ohne gleichzeitige Schädigung der Keimfähigkeit und der Vitalität des Vermehrungsguts zu erreichen war.The experience of seed treatment with the use of However, microwave technology led to the realization that with increasing microwave power and increasing Treatment duration an improved killing of Pathogen is achieved, but a complete one Killing the harmful pathogen is not without simultaneous Damage to the ability to germinate and the vitality of the Propagation material was to be reached.

Dabei werden aber nicht nur die Zellverbände der zu zerstörenden Keime wie Pilze, Bakterien, Viren und die Moleküle von höheren Proteinstrukturen abgetötet bzw. zerstört, sondern auch ebenso alle anderen Nahrungsmittel-Zell- und -Eiweißstrukturen, zumindest alle übrigen dabei mit beeinflußten biologischen Zellen bzw. Zellverbände.But not only the cell groups of the destructive germs like fungi, bacteria, viruses and the Molecules of higher protein structures are killed or destroyed, but also everyone else Food cell and protein structures, at least all others with affected biological cells or cell groups.

Nach diesem Stand der Technik ist bei einer Behandlung von Saat- und Pflanzgut zwecks Entkeimung durch Mikrowelle stets zumindest eine wesentliche Schädigung der Wachstums- bzw. Keimfähigkeit und Vitalität des Saat- und Vermehrungs- und Pflanzguts bzw. dessen Keimlingszellen zu erwarten.According to this state of the art treatment of seeds and seedlings for the purpose of disinfection Microwave always has at least one major damage the growth or germination capacity and vitality of the seed and Propagation and planting material or its Seedling cells to be expected.

Aufgabe der Erfindung ist es jedoch, Pflanz-, bzw. Saat- und Vermehrungsgut sowie generell zur Fortpflanzung bestimmtes Vermehrungsgut einerseits durch Behandlung mit elektromagnetischen Wellen in der Art von Mikrowellen von unerwünschten schädigenden Keimen im wesentlichen bzw. wenigstens soweit zu befreien, daß andererseits das Gut mit seinen Wachstumskeimlingen bzw. -zellen jedoch in seiner Keimungsvitalität nicht bzw. nicht entscheidend geschädigt wird, so daß seine Vermehrungsfähigkeit und Vitalität auch bei gegebenenfalls zwischenzeitlicher Lagerungsmöglichkeit optimal günstig erhalten bleibt. Andererseits soll ganz generell auch eine optimal schonende Aufschlußmöglichkeit für biologische Materialien bzw. Erntestoffe geschaffen werden, wobei eine Entziehung der insbesondere wertbestimmenden Inhaltsstoffe, wie z. B. ätherische Öle und Wirkstoffe aus den biologischen Materialien in maximal schonender, aber weitgehend vollständiger Form ermöglicht wird.The object of the invention is, however, planting or sowing Propagation material and generally for reproduction certain propagation material on the one hand by treatment with electromagnetic waves in the manner of microwaves from undesirable harmful germs essentially or at least to the extent that on the other hand the good with its growth seedlings or cells in its germination vitality is not or not decisive is damaged, so that its ability to reproduce and Vitality also if necessary in the meantime Storage option is optimally preserved. On the other hand, in general, one should also be optimal gentle digestion for biological Materials or crops are created, whereby an deprivation of the particular value determining Ingredients such as B. essential oils and active ingredients the biological materials in the most gentle, but largely complete form is made possible.

Demgemäß besteht die Erfindung in einem Optimierungsverfahren zur Extraktion von Inhaltsstoffen aus biologischen Materialien sowie- zur Behandlung von Saat- und Vermehrungsgut zur Abtötung von dem Gut schädlichen Keimen mit elektromagnetischer Schwingungsenergie im Frequenzbereich von Mikrowellen in Kombination mit der gleichzeitigen Anwesenheit von Wasserdampf oder Wasserdampfnebel im Behandlungsbereich, und zwar unter Vergleichmäßigung des Energiefeldes der elektromagnetischen bzw. Mikrowellenschwingungen. Accordingly, the invention is one Optimization procedure for extracting ingredients from biological materials and for the treatment of Seeds and propagation material to kill the good harmful germs with electromagnetic Vibration energy in the frequency range of microwaves in Combination with the simultaneous presence of Water vapor or water vapor mist in the treatment area, and with equalization of the energy field of the electromagnetic or microwave vibrations.

Damit werden schädigende Überhitzungen und nicht ausreichend erwärmte Bereiche, insbesondere auch eng begrenzte oder exponierte bzw. verdeckte Bereiche im Behandlungsgut unter weit gleichmäßigeren Bedingungen und damit schonender behandelt. Gerade bei der Anwendung von Mikrowellen bilden sich innerhalb der Stoffe, z. B. bei einem Saatkorn, andere dielektrisch bestimmte Temperaturbereiche als durch Wärmeübergang von der Oberfläche aus, deren Verlaufes abzustimmen gilt.This will cause damaging overheating and not adequately heated areas, especially narrow areas limited or exposed or covered areas in the Treated goods under far more uniform conditions and thus treated more gently. Especially when using Microwaves form within the substances, e.g. B. at one seed, other dielectrically determined Temperature ranges than by heat transfer from the Surface, the course of which must be coordinated.

Dabei wird erfindungsgemäß die Vergleichmäßigung durch Kondensationseinwirkung auf ungleichmäßige und eine optimal enge Verteilungsstreuung überschreitender Feuchtigkeitsbereiche gesteuert.According to the invention, the equalization is carried out by Effect of condensation on uneven and one optimally narrow distribution spread exceeding Controlled humidity areas.

Dabei erfolgt eine Feuchtigkeitsregulierung durch Kondensationsaustausch an möglichst großflächigen Kondensationskörpern, mit deren Temperatur des Wärmetausch-Kühlmediums eine feinstimmige Taupunktsteuerung und flächige Feuchtigkeitsregelung im Behandlungsraum erfolgen kann.The moisture is regulated by Condensation exchange on the largest possible area Condenser bodies with the temperature of the Heat exchange cooling medium a fine-tuned Dew point control and extensive moisture control in the Treatment room can be done.

Erfindungsgemäß kann diese vergleichmäßigte Feuchtigkeitsverteilung auch durch Feuchtigkeits-Prozessierung der Behandlungsluft bzw. eines anderen Behandlungsgases in einem abgezweigten Kreislauf, d. h. in geschlossener Atmosphäre erfolgen.According to the invention, this can be evened out Moisture distribution also through moisture processing the treatment air or another Treatment gas in a branch circuit, d. H. in closed atmosphere.

Es erfolgt eine Flüssigkeitsabscheidung aus dem geschlossenen Behandlungsraum ohne jede Belüftung, z. B. über ein Ventil oder geeigneten Kondensator. There is a liquid separation from the closed treatment room without any ventilation, e.g. B. via a valve or suitable condenser.

Dies′ wird zur Vermeidung der Schädigung von Keimen bei Saatgut, aber auch zur Extraktion von Inhaltsstoffen aus biologischem Material bei möglichst niedriger Temperatur erfindungsgemäß dann erreicht, wenn die Kühlgrenztemperatur des Gutes in der bestehenden Atmosphäre nicht wesentlich unterschritten und vorzugsweise dicht oberhalb den Zustand einer ersten im Ansatz beginnenden Entstehung von Kondensationseffekten eingependelt wird.This' will help prevent damage to germs Seeds, but also for extracting ingredients from biological material at the lowest possible temperature achieved according to the invention when the Cooling temperature limit of the goods in the existing Atmosphere not significantly undercut and preferably just above the state of a first in Approach beginning to develop condensation effects is leveled off.

Die Erzielung einer optimalen Temperaturverteilung zwischen dem Inneren des biologischen Materials und dessen Außenseite wird an einem Saatkorn deutlich, bei dem der innenliegende Keim optimal zu schützen ist, während die schädlichen Pilz- und Mikroorganismensporen abzutöten sind.Achieving an optimal temperature distribution between the inside of the biological material and the outside of which is evident on a seed, at where the inside germ is to be optimally protected, while the harmful fungal and microorganism spores are to be killed.

Ergänzend kommen zugegebene wäßrige Systeme mit Additiven, insbesondere zur Verbesserung der Vergleichmäßigung des Energiefelds, in Frage.In addition, added aqueous systems come along Additives, especially to improve Equalization of the energy field, in question.

Weitere Vorteile und zusätzliche Anpassungsmöglichkeiten an die verschiedensten Eigenschaften von biologischen Materialien sowie Vitalitätseigenschaften unter schiedlicher Keime ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 5 bis 11.Further advantages and additional customization options to the most diverse properties of biological Materials as well as vitality properties under different germs result from the characteristics of the Subclaims 5 to 11.

Die mit dem erfindungsgemäßen Behandlungsverfahren entgegen gegebener Erfahrungen im Stand der Technik erzielten unerwartet günstigen Ergebnisse, nämlich eine praktisch vollständige Keimabtötung, z. B. bei Saatgut, in nur wenigen Minuten, bei trotzdem voll ständigem ungeschädigten Erhalt der ursprünglichen Keimungsfähigkeit und voll erhaltener Vitalität war umso überraschender, als die Letaltemperatur der Pathogene und des Keimlings sehr nahe beieinander liegen.The treatment method with the invention contrary to given experience in the state of the art achieved unexpectedly favorable results, namely one practically complete germ killing, e.g. B. in seeds, in only a few minutes, but still complete undamaged receipt of the original Germination ability and full vitality was all the more more surprising than the lethal temperature of the pathogens and of the seedling are very close together.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahrenskombination wird das für die Pilzabtötung notwendige Wasser in Form von Wasserdampf oder Wassernebel bzw. ein wäßriges Medium, d. h. auch unter Verwendung geeigneter Additive verschiedener Art (z. B. Kochsalz oder Emulgate) zugeführt, während durch die Mikrowellenbehandlung keine weitere Befeuchtung des Produkts, sondern eher eine Verdunstung bzw. Abtrocknung niedergeschlagener Feuchtigkeit begünstigt wird, so daß sich ein Feuchtigkeitsgleichgewicht ergibt. Die Additive können beispielsweise zur Verbesserung bzw. Veränderung der dielektrischen Eigenschaften des Systems dienen.With the combination of methods according to the invention water necessary for fungus killing in the form of Water vapor or water mist or an aqueous medium, d. H. also using suitable additives various types (e.g. table salt or Emulgate) fed while none by the microwave treatment further moistening the product, but rather one Evaporation or drying of precipitated Moisture is favored, so that a Moisture balance results. The additives can for example to improve or change the dielectric properties of the system.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt innerhalb der praktisch nicht-dielektrischen Wasserdampf- oder Wassernebel-Atmosphäre eine Vergleichmäßigung des Mikrowellenfeldes und damit der Homogenisierung der Wirkungsverteilung, während bei Anwesenheit eines Dielektrikums, wie z. B. Wasser, eine ungleichmäßige Feldverteilung vorliegt und damit eine ungleichmäßige Erwärmung und Durchtrocknung, d. h. ein nur ungleichmäßiger Behandlungserfolg erreicht wird. With the method according to the invention takes place within the practically non-dielectric water vapor or Water mist atmosphere an equalization of the Microwave field and thus the homogenization of Distribution of effects, while in the presence of a Dielectric, such as B. water, an uneven There is a field distribution and therefore an uneven one Heating and drying, d. H. one only uneven treatment success is achieved.

Je nach Feuchtigkeitszustand des zu behandelnden Gutes kann der Wasserdampf bzw. Wassernebel der Behandlungsatmosphäre entweder fremd zugeleitet (insbesondere bei trockenem Gut), oder Wasser vom Gut, d. h. produkteigenes Wasser erwärmt und zur Bildung einer Wasserdampfatmosphäre verdunstet oder verdampft werden.Depending on the moisture level of the material to be treated can the water vapor or water mist Treatment atmosphere either supplied externally (especially with dry goods), or water from the goods, d. H. product water heated and to form a Water vapor atmosphere can be evaporated or evaporated.

Die Feldinhomogenität des Mikrowellenfeldes wird bei Anwesenheit von Wasserdampf bzw. Wassernebel durch Diffusion und Reflexionen vergleichmäßigt, wobei apparative Geometrien und Merkmale positiv oder negativ mitwirken können.The field inhomogeneity of the microwave field is at Presence of water vapor or water mist Diffusion and reflections are evened out Equipment geometries and features positive or negative can participate.

Insbesondere führt das hohe Wärmeleitvermögen des Dampfs in der Grenzschicht des Produkts dazu, daß infolge inhomogener Feldverteilung auftretende sogenannte "Hot-Spots" ihre Wärme schneller in Richtung kühlerer Pflanzenteile abgeben können, die dadurch schneller erwärmt werden. Zur Vergleichmäßigung ist die Temperatur des Gutes durch die Mikrowellenenergie so hoch zuhalten, daß die Kühlgrenztemperatur in der bestehenden Atmosphäre möglichst nicht unterschritten wird, so daß kaum Kondensationseffekte auftreten. Ausgeschlossen werden muß dieser Effekt der Kondensation jedoch nicht. Gleichzeitig sorgt der in der Grenzschicht befindliche Dampf (es findet keine oder nur minimale Belüftung, sondern eine Beeinflussung der Feuchtigkeitsverteilung bzw. der Energieverteilung über Kondensationssteuerung statt) für eine langfristige Aufrechterhaltung der Wärmeleitung als maßgeblicher Komponente für einen effizienten Behandlungs- und Trocknungsprozeß in der Grenzschicht des Behandlungsgutes.In particular, the high thermal conductivity of the steam leads in the interface of the product to the result that inhomogeneous field distribution, so-called "hot spots" their heat faster towards cooler Plant parts can deliver, which makes it faster be heated. For the sake of uniformity is the temperature of the good through the microwave energy so high that the cooling limit temperature in the existing atmosphere if possible not fall short, so that hardly Condensation effects occur. Must be excluded however, this effect of condensation does not. At the same time the vapor in the boundary layer (es finds no or only minimal ventilation, but one Influencing the moisture distribution or Energy distribution via condensation control instead) for long-term maintenance of heat conduction as essential component for an efficient Treatment and drying process in the boundary layer of the Goods to be treated.

Mit der erfindungsgemäßen Mikrowellen-Dampf-Behandlung werden gegenüber konventionellen Verfahren erheblich kürzere Behandlungszeiten bei nur geringfügig höheren Temperaturen benötigt.With the microwave steam treatment according to the invention become significant compared to conventional processes shorter treatment times with only slightly longer Temperatures needed.

Aufgrund der beschriebenen Feldvergleichmäßigung läßt sich mit Hilfe dieser kombinierten Applikation eine sehr viel effizientere Entkeimung von pflanzlichen oder tierischen Materialien durchführen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei inhomogener Feldstärke die Mindestfeldstärke zur Erreichung eines ausreichenden Entkeimungserfolges immer so gewählt werden muß, daß jede Stelle des Behandlungsgutes ausreichend entkeimt wird. Bei inhomogener Feldverteilung führt dies zwangsläufig zur Beaufschlagung anderer Teile mit einer sehr viel höheren und in Bezug auf den Erhalt wertbestimmender Inhaltstoffe zu hohen Dosis. Eine Vergleichmäßigung des Feldes läßt daher eine Absenkung der Gesamtdosis auf das nötige Wirkniveau zu und beugt der Gefahr der thermischen Überbeanspruchung anderer Teile vor, so daß sich insgesamt ein schonenderer Behandlungsprozeß ergibt. Da die Entkeimung pflanzlicher oder tierischer Produkte besonders stark vom Wassergehalt des Materials beeinflußt wird, gewährleistet eine Applikation von Wasserdampf während der Mikrowellenbehandlung eine ausreichend hohe Wasseraktivität in dem für den Behandlungsprozeß bedeutsamen Bereich der Produkte, so daß es zu einer verbesserten Entkeimung kommt bzw. durch die gleichzeitige Dampfapplikation bei trockenen Produkten die Entkeimungswirkung überhaupt erst möglich wird. Dabei sollte eine Belüftung insbesondere bei sehr trockenen Produkten unterbunden werden und gleichzeitig die Produkttemperatur zur Vermeidung von Kondensation und einer damit einhergehenden Befeuchtung von wasserempfindlichen Produkten über der in dieser Atmosphäre gültigen Taupunkttemperatur liegen.Because of the described field equalization with the help of this combined application much more efficient disinfection of vegetable or perform animal materials. This is on it attributed to that with inhomogeneous field strength Minimum field strength to achieve sufficient Disinfection success must always be chosen so that each Sufficiently sterilized place of the material to be treated. In the case of inhomogeneous field distribution, this leads inevitably to apply a lot to other parts higher and more valuable in terms of preservation High dose ingredients. An equalization of the The field therefore allows the total dose to be reduced to that necessary level of action and prevents the risk of thermal Overuse other parts before, so that overall results in a gentler treatment process. There the disinfection of plant or animal products particularly influenced by the water content of the material ensures the application of water vapor a sufficiently high level during the microwave treatment Water activity in the for the treatment process significant range of products, making it one improved disinfection comes or through the simultaneous steam application for dry products the disinfection effect is possible in the first place. Here should be aeration especially in very dry Products are prevented and at the same time the Product temperature to avoid condensation and associated humidification of water sensitive products above that in this Atmosphere dew point temperature.

Die Erfindung umfaßt also die gleichzeitige bzw. kombinierte Applikation von Wasserdampf und Nebel unterschiedlicher Konzentration, Masse und Temperatur mit einer bestehenden und gerade sich im Ablauf befindenden Applikation von Mikrowellenenergie unterschiedlicher Leistung in Stationär-, Durchlauf- sowie Hybridanlagen im Puls- und Dauerbetrieb.The invention thus includes simultaneous or combined application of water vapor and fog different concentration, mass and temperature with an existing one that is currently in progress Application of microwave energy different Performance in stationary, continuous and hybrid systems in Pulse and continuous operation.

Aus der Umgebung des Behandlungsraums können Wärmestrahlungsverluste beeinflußt werden.From the area around the treatment room Heat radiation losses can be influenced.

Überraschenderweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zudem eine bewußte begrenzte bzw. kontrollierte Beeinträchtigung der Keimfähigkeit und der Triebkraft oder Vitalität des Saat- und Vermehrungsgutes ohne diese Eigenschaften gänzlich zu beeinträchtigen. Damit wird in dem auf diese Weise homogen behandelten Saat- und Vermehrungsgut bewußt ein Streß induziert, der für Qualitätsuntersuchungen an dem behandelten Gut auf seine Beständigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit seiner Keimfähigkeit und/oder Vitalität eine entscheidende Bedeutung haben kann. Auch für diese Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt es auf eine optimale Feldinhomogenität an, damit nicht Teile oder spezielle Bereiche des Saat- und Vermehrungsgutes zerstört werden.Surprisingly, this enables Process also a deliberate limited or controlled Impairment of germination and driving force or vitality of the seeds and propagation material without them Completely impair properties. With that, in the seed and Propagation deliberately induces a stress that for Quality examinations of the treated goods on his Durability or resilience of its Germination and / or vitality is a decisive factor Can have meaning. Also for this use of the The method according to the invention is optimal Field inhomogeneity, so that not parts or special Areas of the seed and propagation material are destroyed.

Die Erfindung ist nachstehend in Form von Versuchsdaten und Verfahrensparametern zur Abtötung von Fusarium culmorum in Weizensaatgut mit Mikrowellenenergie näher beschrieben:
Die Grundlagen für das Abtöten eines wirtschaftlich bedeutungsvollen, chemisch schwer bekämpfbaren Pilzes mit Mikrowellenenergie sind am Beispiel von Fusarium culmorum in Weizensaatgut ermittelt worden. Die Versuche sind mit einer im Impuls- und Dauerbetrieb stufenlos regelbaren, meßtechnisch vollständig ausgestatteten, stationären Versuchsanlage durchgeführt worden. Die Wirkung verschiedener Versuchsparameter auf den Abtötungserfolg des Pilzes und die Keimfähigkeit wurden eingehend untersucht.The invention is described in more detail below in the form of experimental data and process parameters for killing Fusarium culmorum in wheat seed with microwave energy:
The basis for killing an economically meaningful, chemically difficult to control fungus with microwave energy has been determined using the example of Fusarium culmorum in wheat seed. The tests have been carried out with a stationary test system that is infinitely variable in pulse and continuous operation, fully equipped with measuring technology. The effect of various experimental parameters on the success of killing the fungus and the ability to germinate was examined in detail.

Der Einsatz von Mikrowellenenergie ermöglicht eine schnelle Erwärmung des Produktes, da die Energie auch im Inneren freigesetzt wird. Die alleinige Mikrowellenbehandlung von Saatgut führt jedoch zu einer Pilzabtötung nur bei gleichzeitiger Schädigung des Keimlings, da eine Austrocknung des Produktes die Letaltemperatur erhöht und deshalb ein unnötig hoher Energieverbrauch erfolgt.The use of microwave energy enables one rapid heating of the product, since the energy is also Inside is released. The only one However, microwave treatment of seeds leads to one Mushroom killing only if the Seedlings because the product dries out Lethal temperature increased and therefore an unnecessarily high one Energy consumption takes place.

Eine kombinierte Mikrowellen- und Dampfbehandlung ermöglicht eine vollständige Pilzabtötung bei Erhalt der Keimfähigkeit und Vitalität. Durch die Dampfzufuhr wird bis zum Erreichen der Letaltemperatur des Erregers eine Trocknung des Produktes vermieden. Im Gegensatz zur ausschließlichen Dampfbehandlung erfolgt jedoch keine starke Befeuchtung des Saatgutes, so daß eine ergänzende Trocknung nicht notwendig ist. Die vollständige Pilzabtötung ohne Schädigung des Embryos wird bereits nach einer Behandlungsdauer von 3 min bei Temperaturen von 70 bis 75°C und einer Kornfeuchte von 15% erreicht; dies stellt gegenüber den konventionellen thermischen Verfahren einen erheblichen Vorteil dar.A combined microwave and steam treatment enables complete fungus killing on receipt of the Germination and vitality. Through the steam supply until the pathogen reaches a lethal temperature Avoid drying of the product. In contrast to however, there is no exclusive steam treatment strong moistening of the seeds, so that a supplementary Drying is not necessary. The complete one Fungus killing without damage to the embryo is already taking place after a treatment period of 3 min at temperatures reached from 70 to 75 ° C and a grain moisture of 15%; this contrasts with conventional thermal Process is a significant advantage.

Dabei ist zu beachten, daß die Abtötung von Pilz und Keimling einem Temperatur-Zeit-Verhalten unterliegt, das vom Feuchtegehalt des Saatgutes abhängig ist. Zunehmende Temperaturen und Behandlungszeiten führen zu einer erhöhten Abtötungsrate des Erregers, wobei aber gleichzeitig die Gefahr einer Schädigung des Embryos steigt. Mit der kombinierten Mikrowellen-Dampf-Behandlung ist ein positives Versuchsergebnis auch bei der Verwendung von sehr trockenem Saatgut mit einem Wassergehalt von nur 12 bis 15% erzielt worden. Die Mikrowellen-Dampf-Behandlung stellt ein interessantes "Beizverfahren" dar, da bei Verwendung von kontinuierlich arbeitenden Anlagen mit kurzen Behandlungszeiten ein hoher Massendurchsatz erzielt werden kann. Hierbei ist die Anwendung nicht nur auf Saatgut beschränkt, sondern auch andere empfindliche Produkte wie Nahrungsgüter, Lebens- und Arzneimittel sowie Gewürze können durch diese Methode sehr schonend hygienisiert werden. It should be noted that the fungus and Seedling is subject to a temperature-time behavior that depends on the moisture content of the seed. Increasing Temperatures and treatment times lead to one increased rate of killing of the pathogen, however at the same time the risk of damage to the embryo increases. With the combined microwave steam treatment is a positive test result also with the Use of very dry seeds with a Water content of only 12 to 15% has been achieved. The Microwave steam treatment represents an interesting one "Pickling process", because when using continuously working systems with short treatment times high mass throughput can be achieved. Here is the application is not limited to seeds, but other sensitive products like food, Food and pharmaceuticals as well as spices can go through this Method be hygienically treated very gently.

Durch eine kombinierte Mikrowellen-Dampf-Behandlung wird bei Oberflächentemperaturen des Saatgutes von 70 bis 75°C und einer Kornfeuchte von 15% eine vollständige Pilzabtötung ohne Schädigung der Keimfähigkeit erreicht. Hierfür reichen im Vergleich zu konventionellen Verfahren sehr kurze Behandlungszeiten von 3 min aus. Auch die Behandlung von sehr trockenen Körnern mit einem Feuchtegehalt von 12% ist ohne direkte Befeuchtung bei entsprechend höheren Temperaturen möglich. Eine Nachtrocknung des Saatgutes ist nicht notwendig.Through a combined microwave steam treatment at seed surface temperatures of 70 to 75 ° C and a grain moisture of 15% a complete Fungus killed without damaging the ability to germinate. Compared to conventional processes, this is sufficient very short treatment times of 3 min. Also the Treatment of very dry grains with a Moisture content of 12% is without direct humidification correspondingly higher temperatures possible. A Post-drying of the seeds is not necessary.

Durch die beschriebene Behandlung werden folgende Effekte erzielt:The treatment described has the following effects achieved:

1. No drying out of the seeds, so that Lethal temperature of the pathogen is not increased.
2. Lower temperature gradients inside the Cereal grain.
3. Lower product temperature gradients different positions of the treatment room.

Die Abtötung des Krankheitserregers Fusarium culmorum bei gleichzeitigem Erhalt der Keimfähigkeit ist mit den untersuchten physikalischen Verfahren möglich. Mit der Mikrowellen-Dampf-Behandlung ist ein Verfahren entwickelt worden, das eine Sterilisation des Saatgutes ohne anschließende Nachtrocknung ermöglicht. Eine Behandlung ist im Bereich der schraffierten Flächen von Fig. 1 möglich, wobei eine Mindestzeit zur Schädigung des Erregers (durchgezogene Linie) und eine maximal mögliche Behandlungsdauer ohne Schädigung der Keimfähigkeit (strichpunktierte Linie) einzuhalten ist. Der Temperaturbereich, in dem eine Behandlung erfolgen kann, ist bei der Heißluft- und der Mikrowellenbehandlung erheblich größer als bei der Heißwasserbehandlung. Hieraus ergibt sich eine größere Behandlungssicherheit (siehe Fig. 1).The physical processes investigated can be used to kill the pathogen Fusarium culmorum while maintaining the ability to germinate. With the microwave steam treatment, a process has been developed that enables the seeds to be sterilized without subsequent drying. Treatment is possible in the area of the hatched areas in FIG. 1, with a minimum time for damage to the pathogen (solid line) and a maximum possible treatment time without damage to the ability to germinate (dash-dotted line). The temperature range in which treatment can be carried out is considerably larger in hot air and microwave treatment than in hot water treatment. This results in greater treatment security (see Fig. 1).

Die erfindungsgemäß kombinierte Wasserdampf-Mikrowellenbehandlung hat den Vorteil, daß das für die Pilzabtötung notwendige Wasser aus der Behandlungsatmosphäre zur Verfügung steht, so daß infolge der Mikrowellen-Dampfbehandlung kaum eine Befeuchtung des Produkts eintritt.The steam-microwave treatment combined according to the invention has the advantage that for the Mushroom killing necessary water from the Treatment atmosphere is available, so that as a result the microwave steam treatment hardly moistens the Product occurs.

Die Ergebnisse der Anwendung sind nachstehend in teils graphischer Darstellung wiedergegeben.The results of the application are below in part graphical representation.

Es zeigen:Show it:

Bild 1 die Behandlungszeiten in Abhängigkeit von der Temperatur bei unterschiedlichen thermischen Verfahren zur Abtötung von F. culmorum in Weizen saatgut (Anfangsfeuchte 15%); Fig. 1 shows the treatment times as a function of the temperature for different thermal processes for killing F. culmorum in wheat seeds (initial moisture 15%);

Bild 2 den Einfluß der Mikrowellenleistung auf den relativen Pilzbefall, die Keimfähigkeit und die Oberflächentemperatur nach einer Mikrowellen-Dampf-Behandlung von F. culmorum infiziertem Weizensaat gut (M = 100 g; Ua = 15%; t = 180 s); Fig. 2 the influence of microwave power on the relative fungal attack, the germination capacity and the surface temperature after a microwave steam treatment of wheat crop infected with F. culmorum good (M = 100 g; Ua = 15%; t = 180 s);

Bild 3 die maximale Oberflächentemperatur (a), den relativen Pilzbefall (b) und die Keimfähigkeit (c) in Abhängigkeit von der Behandlungsdauer und der Leistung bei der Mikrowellen-Dampf-Behandlung von F. culmorum infiziertem Weizensaatgut (M = 100 g; Ua = 15%; offene Felder stellen keine Versuchs variante dar); Figure 3 shows the maximum surface temperature (a), the relative fungal attack (b) and the germination capacity (c) as a function of the treatment duration and the power in the microwave steam treatment of wheat seeds infected with F. culmorum (M = 100 g; Ua = 15%; open fields are not a test variant);

Bild 4 den Einfluß der Erwärmung der Garraumwände auf die zum Erreichen verschiedener Zieltempera turen notwendige Behandlungsdauer bei der Mikro wellen-Dampf-Behandlung von F. culmorum infiziertem Weizensaatgut (M = 100 g; Ua = 15%); Fig. 4 the influence of the heating of the cooking chamber walls on the treatment time necessary to reach different target temperatures in the microwave steam treatment of wheat culminated in F. culmorum (M = 100 g; Ua = 15%);

Bild 5 den Einfluß der Mikrowellenleistung auf den relativen Pilzbefall und die Keimfähigkeit nach einer Mikrowellen-Dampf-Behandlung mit Wandheizung von F. culmorum infiziertem Weizensaatgut (T = 70°C; M = 100 g; Ua = 15%; t = 180 s); Figure 5 the influence of microwave power on the relative fungal attack and the germination capacity after microwave steam treatment with wall heating of wheat seeds infected with F. culmorum (T = 70 ° C; M = 100 g; Ua = 15%; t = 180 s) ;

Bild 6 den Oberflächentemperaturverlauf über der Behandlungsdauer bei der Mikrowellen-Dampf-Be handlung mit Wandheizung von F.culmorum infiziertem Weizensaatgut mit unterschiedlicher Anfangsleistung (T = 70°C; M = 100 g; Ua = 15%; t = 180 s); Fig. 6 shows the surface temperature curve over the duration of the treatment with microwave steam treatment with wall heating of wheat seeds infected with F. culmorum with different initial outputs (T = 70 ° C; M = 100 g; Ua = 15%; t = 180 s);

Bild 7 den Einfluß der Behandlungsdauer auf den relativen Pilzbefall, die Keimfähigkeit und die Oberflächentemperatur von F.culmorum infiziertem Weizensaatgut nach Mikrowellen-Dampf-Behandlung mit Wandheizung (P = 300 W; M = 100 g; Ua = 15%); Figure 7 the influence of the duration of treatment on the relative fungal attack, the germination capacity and the surface temperature of wheat seed infected with F. culmorum after microwave steam treatment with wall heating (P = 300 W; M = 100 g; Ua = 15%);

Bild 8 den Einfluß der Behandlungsdauer auf den relativen Pilzbefall und die Keimfähigkeit von F.culmorum infiziertem Weizensaatgut nach Mikro wellen-Dampf-Behandlung mit Wandheizung bei einer maximalen Oberflächentemperatur von 70°C (Pa = 300 W; M = 100 g; Ua = 15%); Figure 8 shows the influence of the duration of the treatment on the relative fungal attack and the germination capacity of wheat seeds infected with F. culmorum after microwave steam treatment with wall heating at a maximum surface temperature of 70 ° C (Pa = 300 W; M = 100 g; Ua = 15 %);

Bild 9 den Einfluß der Behandlungsdauer und der Oberflächentemperatur auf den relativen Pilzbefall von F.culmorum infiziertem Weizensaatgut nach einer Mikrowellen-Dampf-Behandlung mit Wandheizung (Ua = 12%; M = 100 g; Pa = 300 W); Fig. 9 the influence of the duration of treatment and the surface temperature on the relative fungal infection of F. culmorum-infected wheat seeds after microwave steam treatment with wall heating (Ua = 12%; M = 100 g; Pa = 300 W);

Bild 10 den Einfluß der Behandlungsdauer und der Oberflächentemperatur auf die Keimfähigkeit von F.culmorum infiziertem Weizensaatgut nach einer Mikrowellen-Dampf-Behandlung mit Wandheizung (Ua = 12%; M = 100 g; Pa = 300 W); Fig. 10 the influence of the treatment time and the surface temperature on the germination capacity of F. culmorum-infected wheat seeds after a microwave steam treatment with wall heating (Ua = 12%; M = 100 g; Pa = 300 W);

Bild 11 den Temperaturschwankungsbereich über der Zeit bei verschiedenen Mikrowellenbehandlungsver fahren von F.culmorum infiziertem Weizensaatgut (300 W (A) und 600 W (B) Mikrowellenleistung ohne Dampf behandlung und ohne Erwärmung der Garraumwände; 300 W Leistung mit Dampfbehandlung ohne Erwärmung der Gar raumwände (C), und 300 W Mikrowellenleistung mit Dampfbehandlung und Wandheizung (D); (M = 100 g; Ua = 15%); Fig. 11 shows the temperature fluctuation range over time for various microwave treatment processes of wheat seeds infected with F. culmorum (300 W (A) and 600 W (B) microwave power without steam treatment and without heating the cooking space walls; 300 W power with steam treatment without heating the cooking space walls ( C), and 300 W microwave power with steam treatment and wall heating (D); (M = 100 g; Ua = 15%);

Bild 12 den Einfluß der Oberflächentemperatur auf den relativen Pilzbefall und die Keimfähigkeit von F.culmorum infiziertem Weizensaatgut nach Mikro wellen-Dampf-Behandlung mit Wandheizung (M = 100 g; Ua = 15%; P = max. 300 W; t = 150 bis 600 s); Fig. 12 the influence of the surface temperature on the relative fungal infestation and the germination capacity of wheat seeds infected with F. culmorum after microwave steam treatment with wall heating (M = 100 g; Ua = 15%; P = max. 300 W; t = 150 to 600 s);

Bild 13 den Einfluß der Oberflächentemperatur auf den relativen Pilzbefall und die Keimfähigkeit von F.culmorum infiziertem Weizensaatgut nach Mikro wellen-Dampf-Behandlung mit Wandheizung (M = 100 g; Ua = 15%; P = max. 300 W; t = 150 bis 600 s; Sorte: Boheme); Fig. 13 the influence of the surface temperature on the relative fungal infestation and the germination capacity of wheat seeds infected with F. culmorum after microwave steam treatment with wall heating (M = 100 g; Ua = 15%; P = max. 300 W; t = 150 to 600 s; variety: Boheme);

Bild 14 den Einfluß der Behandlungsdauer auf den relativen Pilzbefall, die Keimfähigkeit und die Oberflächentemperatur von F. culmorum infiziertem Weizensaatgut nach einer Dampfbehandlung mit Wandheizung (M = 100 g; Ua = 15%); Fig. 14 the influence of the duration of treatment on the relative fungal attack, the germination capacity and the surface temperature of wheat seeds infected with F. culmorum after steam treatment with wall heating (M = 100 g; Ua = 15%);

Bild 15 die Feldstärkeverteilung in einer waage rechten Ebene im Applikationsraum bei der Mikro wellenbehandlung ohne Dampf (A) und der Mikro wellen-Dampfbehandlung (B) (P = 300 W). Figure 15 shows the field strength distribution in a horizontal plane in the application room for microwave treatment without steam (A) and microwave steam treatment (B) (P = 300 W).

Eine zunehmende Mikrowellenleistung bewirkt eine steigende Oberflächentemperatur bei gleichzeitig sinkendem Pilzbefall und abnehmender Keimfähigkeit. Gegenüber der ausschließlichen Mikrowellenbehandlung ohne Dampfzufuhr wird mit geringeren Oberflächentemperaturen und einer kürzeren Behandlungszeit eine erheblich bessere Pilzabtötung erzielt. Auffällig ist, daß der Befall nach einer Mikrowellenbehandlung mit 300 W geringer ist, als bei der nächsthöheren Leistungsstufe mit 450 W. Dieses scheint ein widersprüchliches Ergebnis zu sein, das auf Auswertungsfehlern beruht. Es wird jedoch in den folgenden Versuchen bestätigt, daß sich die letale Wirkung auf den Pilz bei einer Mikrowellenleistung von 300 W als optimal erweist. Bei der sehr kurzen Behandlungszeit von 180 s wird eine deutliche Reduzierung des Pilzbefalls bei gleichzeitiger Schädigung der Keimfähigkeit erreicht. Da in bisherigen Versuchen längere Behandlungszeiten bei geringeren Temperaturen bessere Ergebnisse erbrachten, wurde im folgenden die Behandlungsdauer bei verschiedenen Leistungsstufen variiert.An increasing microwave power causes one increasing surface temperature at the same time decreasing fungal attack and decreasing germination capacity. Compared to the exclusive microwave treatment without Steam is supplied with lower surface temperatures and a shorter treatment time a much better one Achieved mushroom killing. It is striking that the infestation after a microwave treatment with 300 W is less than at the next higher power level with 450 W. This seems to be a contradicting result that is on Evaluation errors based. However, it is used in the subsequent experiments confirmed that the lethal Effect on the fungus with a microwave power of 300 W proves to be optimal. In the very short Treatment time of 180 s will be a significant reduction of fungal infection with simultaneous damage to the Germination reached. Because in previous attempts longer treatment times at lower temperatures better results, the following was the Duration of treatment at different performance levels varies.

In den Versuchsdarstellungen gemäß Bild 3a bis 3c sind bei den unterschiedlichen Mikrowellenleistungen nur Behandlungszeiten gewählt worden, in denen eine zunehmende Abtötung des Pilzes erfolgt. Es sind daher nicht alle Zeiten bei den einzelnen Leistungsstufen durch Versuchsvarianten belegt.In the test images as shown in Figure 3a to 3c only treatment times have been chosen for the different microwave powers, which takes place in an increasing killing of the fungus. Therefore, not all times at the individual performance levels are documented by test variants.

Mit zunehmender Behandlungsdauer und mit steigenden Leistungsstufen werden höhere Oberflächentemperaturen erreicht (Abb. 3a), die zu geringen Keimfähigkeiten führen (Abb. 3c). Bei einer Mikrowellenleistung von 600 W wird die Keimfähigkeit trotz gleicher Oberflächentemperatur stärker geschädigt als bei geringeren Leistungen. Die Pilzabtötung folgt bei einer Leistung von 450 und 600 W deutlich den Oberflächen temperaturen. Wieder ist bei allen Behandlungszeiten der Befall der Körner bei einer Leistung von 300 Watt geringer, obwohl geringere Temperaturen erreicht werden. Durch längere Behandlungszeiten von 240 und 300 s und eine Leistung von 300 W werden bei fast vollständiger Abtötung des Pilzes Keimfähigkeiten von über 65% erreicht, die die Kontrolle mit einer Keimfähigkeit von 58% geringfügig überschreiten. Die kombinierte Mikrowellen-Dampf-Behandlung führt zu Ergebnissen, die denen der Heißwasserbeizung und der Heißlufterwärmung mit Dampfsperre sehr nahe kommen, jedoch in erheblich kürzeren Behandlungszeiten erreicht werden.With increasing treatment duration and with increasing performance levels, higher surface temperatures are reached ( Fig. 3a), which lead to low germination capacities ( Fig. 3c). With a microwave power of 600 W, the germination capacity is damaged more despite the same surface temperature than with lower powers. Fungus killing clearly follows the surface temperatures at a power of 450 and 600 W. Again, the infestation of the grains is lower at an output of 300 watts during all treatment times, although lower temperatures are reached. Due to longer treatment times of 240 and 300 s and a power of 300 W, with almost complete killing of the fungus, germination capabilities of over 65% are achieved, which slightly exceed the control with a germination capacity of 58%. The combined microwave steam treatment leads to results that come very close to those of hot water pickling and hot air heating with a vapor barrier, but can be achieved in considerably shorter treatment times.

Bei zusätzlicher Erwärmung der die Behandlungsatmosphäre umgebenden Wände bzw. eine Reduzierung der Wärmeabstrahlungsverluste des Behandlungsguts ergeben sich deutlich ein zusätzlich vorteilhafter Einfluß auf die Abtötung des Pilzes und eine Verkürzung der notwendigen Behandlungsdauer (Bild 4).With additional heating of the walls surrounding the treatment atmosphere or a reduction in the heat radiation losses of the material to be treated, there is clearly an additional advantageous influence on the killing of the fungus and a shortening of the necessary treatment time ( Figure 4).

Folgende Versuchsparameter wirken sich je nach Art des Gutes je nach Produkt und Handhabung aus:The following test parameters have an effect depending on the type of Good things depending on the product and handling:

- microwave power,
- transmission mode
- duration of treatment,
- temperature,
- sample mass,
- moisture content and
- Variety.

Die bisherigen Versuche zeigten, daß nur mit einer Mikrowellenleistung von maximal 300 W eine vollständige Abtötung des Schaderregers ohne Schädigung des Keimlings erreicht werden kann (Bild 5). Der Einfluß der Behandlungsdauer wurde daher nur bei dieser Mikrowellenleistung ermittelt. Zwei verschiedene Versuchsvarianten wurden durchgeführt:The previous experiments have shown that only with a maximum microwave power of 300 W can the pathogen be completely killed without damaging the seedling ( Figure 5). The influence of the duration of the treatment was therefore only determined at this microwave power. Two different test variants were carried out:

- Treatment with a constant microwave power of 300 W during the entire treatment period, whereby increasing surface temperatures are achieved with increasing application times ( Fig. 7);
- Treatment with a microwave power of 300 W until the target temperature of 70 ° C is reached; then maintaining the temperature by manually regulating the power ( Figure 8).

Eine zunehmende Behandlungsdauer führt ohne Leistungsregelung zu ansteigenden Oberflächentemperaturen (Bild 7). Eine Abtötung des Pilzes setzt bereits bei geringen Behandlungszeiten von 60 s ein und führt bei einer Zeit von 150 s zur vollständigen Vernichtung des Krankheitserregers. Eine Schädigung der Keimfähigkeit erfolgt erst bei längeren Behandlungszeiten. Dies bedeutet, daß im Bereich von 150 bis 180 s eine vollständige Abtötung des Pilzes erfolgt, ohne daß der Keimling thermisch geschädigt wird. Die reduzierten Keimfähigkeiten bei Zeiten von 240 und 300 s sind nicht auf eine zu lange Behandlungsdauer, sondern auf eine zu hohe Temperatur zurückzuführen. Dies wird in Abb. 8 deutlich, die den Einfluß der Behandlungsdauer bei einer begrenzten Oberflächentemperatur darstellt. Bei Behandlungszeiten von 60 und 90 s wird die Zieltemperatur nicht erreicht. Diese Zeiten entsprechen denen der Abb. 7, da keine Regelung der Leistung stattgefunden hat. Eine vollständige Abtötung des Krankheitserregers wird bei einer Behandlungsdauer von mindestens 180 s erzielt. Die Keimfähigkeit wird bis zu einer Behandlungsdauer von 300 s nicht beeinflußt, bei längeren Behandlungszeiten geringfügig geschädigt. Bei einer Behandlungsdauer von 10 min wird mit der Temperaturbegrenzung auf 70°C noch eine Keimfähigkeit von 84% erzielt, obwohl bereits nach 3 min eine vollständige Abtötung des Pilzes erreicht war.An increasing duration of treatment leads to rising surface temperatures without power regulation ( Fig. 7). The fungus kills off even with short treatment times of 60 s and leads to the complete elimination of the pathogen after 150 s. The ability to germinate is only damaged after long treatment times. This means that the fungus is completely killed in the range from 150 to 180 s without the seedling being thermally damaged. The reduced germination capacities at times of 240 and 300 s are not due to a too long treatment time, but to an excessively high temperature. This becomes clear in Fig. 8, which shows the influence of the treatment time at a limited surface temperature. With treatment times of 60 and 90 s, the target temperature is not reached. These times correspond to those in Fig. 7, since no regulation of the output has taken place. A complete killing of the pathogen is achieved with a treatment duration of at least 180 s. The germination capacity is not affected up to a treatment period of 300 s, slightly damaged with longer treatment times. With a treatment duration of 10 minutes, the temperature limitation to 70 ° C still achieves a germination rate of 84%, although the fungus was completely killed after only 3 minutes.

Die Ergebnisse zeigen, daß eine Abtötung des Pilzes bei Erhalt der Keimfähigkeit ohne Regelung der Temperatur zwar möglich ist, es jedoch durch leicht ansteigende Temperaturen nach längerer Behandlungszeit zu einer thermischen Schädigung der Keimfähigkeit kommen kann. Der Einsatz noch höherer Temperaturen führt schon bei sehr kurzen Behandlungszeiten zur Schädigung der Keimfähigkeit. Wie auch bei der Heißwasserbeizung und der Heißlufterwärmung im Trockenschrank ist bei der Mikrowellenapplikation eine längere Behandlungsdauer auf niedrigerem Temperaturniveau vorzuziehen, da hierdurch die Differenz zwischen notwendiger Zeit zur Abtötung des Pilzes und maximaler Behandlungsdauer ohne Schädigung der Keimfähigkeit am größten ist. Die Versuche zeigen, daß Weizensaatgut mit einem Feuchtegehalt von 15% bei einer Mikrowellenleistung von 300 W, Behandlungszeiten von über 180 s und einer Oberflächentemperatur von 70°C sicher vom Krankheitserreger F. culmorum befreit wird. Dabei bleibt die Keimfähigkeit auf einem Niveau von über 85%, wie es für Weizensaatgut gefordert wird.The results show that killing the fungus at Maintaining germination without regulating the temperature is possible, but it is due to a slight increase Temperatures after a long treatment period thermal damage to the ability to germinate. Of the Using even higher temperatures leads to very short treatment times to damage the Germination ability. As with hot water pickling and Hot air heating in the drying cabinet is at the Microwave application a longer treatment time lower temperature level preferable because of this the difference between the time required to kill the Fungus and maximum duration of treatment without damaging the Germination capacity is greatest. The experiments show that Wheat seeds with a moisture content of 15% at one Microwave power of 300 W, treatment times of over 180 s and a surface temperature of 70 ° C safely from Pathogen F. culmorum is released. That remains germination at a level above 85% like it is required for wheat seeds.

Die bisherigen Versuche zur Mikrowellenbehandlung von infiziertem Weizensaatgut sind mit Probenmaterial durchgeführt worden, das auf eine übliche Erntefeuchte von 15% konditioniert wurde. Um einen Einfluß der Wiederbefeuchtung, die zu anderen Wasserbindungs verhältnissen im Korn führen kann, auszuschließen, sind Versuche mit einem natürlichen Feuchtegehalt von 12% durchgeführt worden. Dieser sehr niedrige Wassergehalt ist in der Praxis selten aufzufinden, würde jedoch das Verfahren zusätzlich absichern da eine thermische Pilzabtötung bei sehr niedrigen Feuchtegehalten besonders schwierig ist. In den Abb. 9 und 10 ist der Abtötungserfolg nach der Mikrowellen-Dampf-Behandlung von Weizensaatgut mit einem Wassergehalt von 12% dargestellt. Die Versuche wurden mit Behandlungszeiten von 180 bis 600 s durchgeführt, indem durch Regelung der Mikrowellenleistung verschiedene Oberflächentemperaturen eingestellt wurden.The previous attempts to microwave treatment of infected wheat seeds have been carried out with sample material that has been conditioned to a usual harvest moisture of 15%. To rule out the influence of rewetting, which can lead to other water binding conditions in the grain, tests with a natural moisture content of 12% have been carried out. This very low water content can rarely be found in practice, but would additionally secure the process since thermal fungus killing is particularly difficult at very low moisture levels. Figures 9 and 10 show the success of killing after the microwave steam treatment of wheat seed with a water content of 12%. The tests were carried out with treatment times of 180 to 600 s by setting different surface temperatures by regulating the microwave power.

Bei einem Feuchtegehalt von 12% ist im Gegensatz zu den bisherigen Versuchen bei 70°C Oberflächentemperatur keine vollständige Abtötung des Pilzes möglich (Abb. 9). Eine zunehmende Behandlungsdauer führt zu geringfügig besseren Abtötungsergebnissen, sofern die Zieltemperatur erreicht wird. Höhere Oberflächentemperaturen von 75 und 80°C führen unabhängig von der Behandlungsdauer zu einer vollständigen Abtötung des Pilzes. Durch den geringeren Wassergehalt im Korn hat sich die Letaltemperatur des Pilzes um etwa 5 K erhöht. Die Temperatur und die Behandlungsdauer zeigen in den untersuchten Bereichen einen nur sehr geringen Einfluß auf die Keimfähigkeiten (Abb. 10). Mit zunehmender Temperatur wird die Keimfähigkeit nur geringfügig geschädigt. Es werden in allen Behandlungsvarianten, außer bei einer Behandlungsdauer von 300 und 600 s bei 80°C, Keimfähigkeiten von über 80% erreicht. Auch bei extrem trockenem Getreide ist folglich mit der Mikrowellen- Dampf-Behandlung und zusätzlicher Erwärmung der Garraumwände eine vollständige Abtötung des Pilzes F. culmorum bei Erhalt der Keimfähigkeit mit sehr kurzen Behandlungszeiten von 3 min möglich.At a moisture content of 12%, in contrast to previous tests at 70 ° C surface temperature, the fungus cannot be completely killed ( Fig. 9). An increasing duration of treatment leads to slightly better kill results if the target temperature is reached. Higher surface temperatures of 75 and 80 ° C lead to a complete kill of the fungus regardless of the duration of the treatment. Due to the lower water content in the grain, the lethal temperature of the mushroom increased by about 5 K. The temperature and duration of treatment show only a very slight influence on the germination capacity in the examined areas ( Fig. 10). With increasing temperature, the germination ability is only slightly damaged. In all treatment variants, with the exception of a treatment duration of 300 and 600 s at 80 ° C, germination capacities of over 80% are achieved. Consequently, even with extremely dry grain, microwave steam treatment and additional heating of the cooking space walls can completely kill the fungus F. culmorum while maintaining germination with very short treatment times of 3 minutes.

Die Temperatur ist der wichtigste Parameter für die thermische Schädigung des Pilzes und des Keimlings. Die Letaltemperaturen sind sehr stark abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt des Produktes. Die Abtötung von biologischen Materialien unterliegt dabei einer Temperatur-Zeit-Funktion.The temperature is the main parameter for that thermal damage to the fungus and seedling. The Lethal temperatures are very dependent on Moisture content of the product. The killing of biological materials are subject to one Temperature-time function.

Bei der Behandlung von biologischen Produkten im Mikrowellenfeld ist besonders wichtig, daß eine gleichmäßige Erwärmung stattfindet. Es kommt durch eine ungleichmäßige Feuchteverteilung im Produkt und eine ungleichmäßige Massenverteilung auf dem Probenteller zu Temperaturschwankungen. Die Wirkung einer inhomogenen Feuchteverteilung bei den eigenen Versuchen kann vernachlässigt werden, da das Material kontrolliert befeuchtet und anschließend durchmischt worden ist. Eine absolut gleichmäßige Verteilung des Saatgutes auf dem Probenteller kann jedoch nicht garantiert werden. Mit Hilfe eines x-t-Schreibers, der das Meßsignal des Infrarot-Oberflächentemperaturfühlers aufzeichnet, lassen sich die Temperaturschwankungen auf dem Probenteller erfassen. In Abb. 11 ist für verschiedene Mikrowellenbehandlungsvarianten der Temperaturverlauf und deren Schwankungsbereich während der Behandlungszeit dargestellt.When treating biological products in the microwave field, it is particularly important that uniform heating takes place. An uneven moisture distribution in the product and an uneven mass distribution on the sample plate lead to temperature fluctuations. The effect of an inhomogeneous moisture distribution in our own experiments can be neglected, since the material has been moistened in a controlled manner and then mixed. However, an absolutely even distribution of the seeds on the sample plate cannot be guaranteed. With the help of an xt recorder, which records the measurement signal of the infrared surface temperature sensor, the temperature fluctuations on the sample plate can be recorded. Fig. 11 shows the temperature curve and its fluctuation range for different microwave treatment variants during the treatment period.

Es ist deutlich zu sehen, daß ohne eine gleichzeitige Dampfbehandlung mit zunehmender Behandlungsdauer erhebliche Temperaturschwankungen entstehen. Diese betragen bei 300 W Leistung gegen Ende des Versuchs 5 K (A) und bei einer Mikrowellenleistung von 600 W bereits 8 K (B). Eine ansteigende Mikrowellenleistung hat daher zunehmende Inhomogenitäten in der Temperaturverteilung im Behandlungsgut zur Folge. Bei der kombinierten Mikrowellen-Dampf-Behandlung ergibt sich sowohl für den Temperaturverlauf als auch für den Schwankungsbereich ein deutlich verändertes Verhalten. Die zusätzliche Dampfbehandlung bei einer Leistung von 300 W (C) führt zu einem schnelleren Temperaturanstieg und zu einer um 25 K höheren Temperatur bei Versuchsende. Obwohl dieses deutlich höhere Temperaturniveau erreicht wird, treten erheblich geringe Temperaturschwankungen auf, die maximal 2 K erreichen. Die zusätzliche Beheizung der Garraumwände (D) führt zu einem noch stärkeren Temperaturanstieg und weiter erhöhten Endtemperaturen. Die Beheizung der Wände hat nur einen sehr geringen positiven Einfluß auf die Temperaturschwankungen, die während der gesamten Versuchsdauer zwischen 1 und 2 K betragen. Die Dampfbehandlung hat also nicht nur einen erheblichen positiven Effekt auf die Abtötung des Pilzes (bei gleichen Oberflächentemperaturen ist ohne Dampf keine Pilzabtötung möglich), sondern verbessert auch die Mikrowellenapplikation, indem eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf und in dem Produkt entsteht.It can be clearly seen that without a simultaneous Steam treatment with increasing treatment time considerable temperature fluctuations arise. This amount to 5 K at 300 W power towards the end of the experiment (A) and with a microwave power of 600 W already 8 K (B). An increasing microwave power has therefore increasing inhomogeneities in the temperature distribution in the Result of treatment. In the combined Microwave steam treatment results for both Temperature curve as well as for the fluctuation range significantly changed behavior. The additional Steam treatment at a power of 300 W (C) leads to a faster temperature rise and a 25K higher temperature at the end of the test. Although this significantly higher temperature level is reached considerably small temperature fluctuations, the maximum Reach 2 K. The additional heating of the cooking space walls (D) leads to an even greater temperature rise and further increased final temperatures. Heating the walls has very little positive impact on the Temperature fluctuations throughout the Test duration between 1 and 2 K. The So steam treatment doesn't just have a significant one positive effect on killing the fungus (at the same surface temperature is not possible without steam Fungal killing possible), but also improves the Microwave application by an even Temperature distribution on and in the product arises.

Der Einfluß der Temperatur auf die Abtötung des Pilzes und die Schädigung des Keimlings ist zum Teil bei der Untersuchung der anderen Versuchsparameter bearbeitet worden. Es wurde erwartungsgemäß festgestellt, daß bei steigenden Temperaturen eine zunehmende Abtötung von Pilz und Keimling auftritt. In Abb. 12 ist für alle Versuche, die mit der Sorte Kanzler, einer Masse von 100 g, einem Feuchtegehalt von 15%, einer Leistung von nicht mehr als 300 W, einer Behandlungszeit von mindestens 150 s, gleichzeitiger Dampfbehandlung und Beheizung der Garraumwände durchgeführt worden sind, der Pilzbefall und die Keimfähigkeit dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß unter Einhaltung der beschriebenen Parameter bei Temperaturen oberhalb 70°C eine vollständige Abtötung des Pilzes erfolgt und bei Temperaturen bis 75°C keine Schädigung der Keimfähigkeit eintritt. Die Mikrowellen-Dampf-Behandlung muß also unter diesen Bedingungen im Temperaturbereich zwischen 70 und 75°C stattfinden. Betrachtet man in diesem Zusammenhang nochmals die Temperaturschwankungen, so wird deutlich, daß ohne eine Dampfbehandlung keine vollständige Abtötung des Pilzes bei gleichzeitigem Erhalt der Keimfähigkeit stattfinden kann, weil die Inhomogenitäten der Temperaturverteilung das präzise Einstellen dieses Bereiches ohne Dampfapplikation nicht erlauben. Um diese Temperaturen zu erreichen, müßte beispielsweise mit einer Mikrowellenleistung von über 600 W behandelt werden, bei der Temperaturschwankungen von mehr als 8 K auftreten. Dieser Temperaturschwankungsbereich ist aber schon größer als der Bereich in dem eine Behandlung "zulässig" ist (70 bis 75°C).The influence of temperature on the killing of the fungus and the damage to the seedling was partly worked on when examining the other test parameters. As expected, it was found that the fungus and seedling were killed off with increasing temperatures. In Fig. 12, all tests carried out with the Kanzler variety, a mass of 100 g, a moisture content of 15%, a power of no more than 300 W, a treatment time of at least 150 s, simultaneous steam treatment and heating of the cooking space walls the fungal infestation and the ability to germinate. It can be clearly seen that if the parameters described are observed, the fungus is completely killed at temperatures above 70 ° C. and there is no damage to the germination capacity at temperatures up to 75 ° C. The microwave steam treatment must therefore take place in these conditions in the temperature range between 70 and 75 ° C. If we consider the temperature fluctuations again in this context, it becomes clear that without steam treatment, the fungus cannot be completely killed while at the same time maintaining the ability to germinate, because the inhomogeneities in the temperature distribution do not allow precise adjustment of this area without steam application. In order to reach these temperatures, for example, a microwave power of over 600 W would have to be used, in which temperature fluctuations of more than 8 K occur. However, this temperature fluctuation range is already larger than the range in which treatment is "permissible" (70 to 75 ° C).

Neben der Sorte Kanzler, die durch die künstliche Infektion mit Fusarium culmorum besonders stark mit dem Krankheitserreger befallen war, wurden einige Untersuchungen an der Sorte Boheme durchgeführt. Diese zeichnet sich durch einen schwächeren Befall aus, ist jedoch in der Kontrolle auch vollständig mit dem Pilz befallen. Wie schon in Abb. 13 sind für diese Sorte die Versuchsergebnisse, die unter den gleichen Bedingungen ermittelt worden sind, zusammenfassend dargestellt.In addition to the Chancellor variety, which was particularly affected by the pathogen due to the artificial infection with Fusarium culmorum, some tests were carried out on the Boheme variety. This is characterized by a weaker infestation, but is also completely infested with the fungus in the control. As already in Fig. 13, the test results for this variety, which were determined under the same conditions, are summarized.

Mit der Sorte Boheme wurden nur Versuche unternommen, die eine Oberflächentemperatur von über 70°C erreichten. Bei allen Versuchen wird eine vollständige Abtötung des Pilzes erreicht. Es kann daher keine Aussage darüber getroffen werden, ob bei einer Temperatur unter 70°C wie bei der Sorte Kanzler keine vollständige Abtötung des Erregers erreicht wird. Der Verlauf der Keimfähigkeit zeigt eine sehr gute Übereinstimmung mit dem der Sorte Kanzler. Bei einer Temperatur von unter 75°C werden Keimfähigkeiten von über 85% erreicht. Über 75°C erfolgt ebenfalls in einem Bereich von 2 bis 3 K eine sehr starke Abnahme der Keimfähigkeit. Bei beiden Sorten ist daher in dem Temperaturbereich 70 bis 75°C eine vollständige Abtötung des Pilzes bei Keimfähigkeiten von mehr als 80% möglich.Only attempts have been made with the Boheme variety reached a surface temperature of over 70 ° C. At all attempts will completely kill the Mushroom reached. It can therefore make no statement about it be taken whether at a temperature below 70 ° C like the Chancellor variety does not completely kill the Pathogen is reached. The course of germination shows very good agreement with that of the variety Chancellor. Be at a temperature below 75 ° C Germination capabilities of over 85% achieved. Over 75 ° C also very strong in a range of 2 to 3 K. Decrease in germination. For both varieties is therefore in the temperature range 70 to 75 ° C a complete Killing the fungus with germination capabilities of more than 80% possible.

In den Untersuchungen zur Mikrowellenbehandlung von Weizensaatgut wurde festgestellt, daß eine gleichzeitige Zufuhr von Dampf in den Behandlungsraum zwingend notwendig ist, um die Keimfähigkeit bei einer vollständigen Abtötung des Pilzes zu erhalten. Um dieses Ergebnis zu erzielen, müssen bei der Mikrowellen-Dampf-Behandlung bestimmte Parameter eingehalten werden. In den folgenden Versuchen soll festgestellt werden, welchen Einfluß die ausschließliche Dampfbehandlung auf die Abtötung des Pilzes hat. Die Versuche wurden unter den gleichen Bedingungen im Garraum ohne Mikrowellenapplikation durchgeführt. Es wurde eine Probenmasse von 100 g bei gleichzeitiger Erwärmung der Garraumwände für Zeiten von 180 bis 600 s mit Wasserdampf behandelt.In the studies on microwave treatment of Wheat seed was found to be simultaneous Steam must be fed into the treatment room is necessary to ensure the ability to germinate to obtain complete killing of the fungus. To this To achieve result, use the microwave steam treatment certain parameters are observed. In the The following experiments should determine which one Influence the exclusive steam treatment on the Has killed the fungus. The experiments were carried out under the same conditions in the cooking space without Microwave application carried out. there has been a 100 g sample mass with simultaneous heating of the Cooking space walls for times from 180 to 600 s with steam treated.

Die maximal erreichte Oberflächentemperatur entspricht der gemessenen Temperatur des Wasserdampfes. Bereits nach 180 s wird diese Temperatur erreicht und beträgt bei allen Versuchsvarianten zwischen 67,5 und 68,5°C. Durch die ausschließliche Wasserdampfbehandlung erfolgt schon bei geringen Behandlungszeiten eine deutliche Abtötung des Pilzes. Eine zunehmende Behandlungsdauer führt erwartungsgemäß zu einer ansteigenden Abtötung des Krankheitserregers. Eine vollständige Abtötung des Pilzes wird jedoch nicht erreicht. Die Keimfähigkeit zeigt eine sehr geringe Abhängigkeit von der Behandlungsdauer und wird erst bei einer Zeit von 600 s geringfügig geschädigt (Bild 14).The maximum surface temperature reached corresponds to the measured temperature of the water vapor. This temperature is reached after only 180 s and is between 67.5 and 68.5 ° C in all test variants. Due to the exclusive steam treatment, the fungus is clearly killed even with short treatment times. As expected, an increasing duration of treatment leads to an increasing killing of the pathogen. However, the fungus is not completely killed. The ability to germinate shows a very low dependence on the duration of treatment and is only slightly damaged after 600 s ( Fig. 14).

Die Ergebnisse machen deutlich, daß allein die Dampfbehandlung zu einer beträchtlichen Abtötung des Pilzes führt. Eine vollständige Abtötung ist jedoch bei dieser Versuchsanstellung nicht möglich, da nur Temperaturen von unter 70°C erreicht werden.The results show that only the Steam treatment to a considerable degree kill the Leads mushroom. A complete kill is however with this experiment is not possible because only Temperatures below 70 ° C can be reached.

Die ausschließliche Wasserdampfbehandlung führt jedoch zu einer Befeuchtung des Materials, die eine anschließende Nachtrocknung nötig macht. Die Anwendung bei Materialien, die durch Feuchtigkeit zum Verkleben neigen, ist daher nicht möglich.The exclusive steam treatment leads to a moistening of the material, which is a subsequent Post-drying is necessary. The application to materials, that tend to stick due to moisture is therefore not possible.

Zusammenfassend ist die Temperatur als wichtigster Einflußfaktor herauszustellen, der die Abtötung des Pilzes und des Keimlings bestimmt. Die Letaltemperatur von Erreger und Embryo werden vom Feuchtegehalt des Behandlungsguts stark beeinflußt.In summary, the temperature is the most important To emphasize the factor influencing the killing of the Mushroom and seedling. The lethal temperature of pathogen and embryo are dependent on the moisture content of the Treated goods strongly influenced.

Für die erfindungsgemäße Verfahrenskombination (Mikrowelle mit Dampf) beträgt (bei F.culmorum und Weizensaatgut mit einem Feuchtegehalt von 15%) die Mindesttemperatur (bei max. 300 W Leistung) zur Schädigung des Erregers 65 bis 70°C und des Keimlings 75 bis 80°C (siehe Bild 12). For the process combination according to the invention (microwave with steam), the minimum temperature (for F. culmorum and wheat seeds with a moisture content of 15%) (at max. 300 W output) for damage to the pathogen is 65 to 70 ° C. and the seedling 75 to 80 ° C (see picture 12).

Diese Temperaturbereiche liegen also extrem eng beieinander, was der Erfindung besonders hohe Bedeutung verleiht.These temperature ranges are extremely narrow together, which is of particular importance to the invention gives.

Durch den Einsatz der kombinierten Mikrowellen-Dampfbehandlung wird eine vollständige Abtötung der Erreger bereits beim Aufwärmen bis zur Zieltemperatur erreicht, die allerdings niedrig zu halten ist, so daß eine zusätzliche Behandlungszeit darüber hinaus vermeidbar ist und der Keimling geschont wird.By using the combined microwave steam treatment will completely kill the Pathogen already when warming up to the target temperature reached, which must be kept low, so that an additional treatment time beyond is avoidable and the seedling is spared.

Durch die schonende Behandlung von biologischem Material durch das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt seine Anwendung auch die Entkeimung von hochwertigen Produkten, wie Lebensmitteln, Gewürzen, Arzneipflanzen und dergleichen, weil - im Gegensatz zur bisherigen reinen Mikrowellenbestrahlung - die ungleichmäßige Temperatur verteilung - durch die zusätzliche Dampfbehandlung aufgrund der Vergleichmäßigung des Mikrowellenfeldes (Bild 15) deutlich vermindert wird.Due to the gentle treatment of biological material by the method according to the invention, its application also includes the disinfection of high-quality products, such as food, spices, medicinal plants and the like, because - in contrast to the previous pure microwave radiation - the uneven temperature distribution - due to the additional steam treatment due to Homogenization of the microwave field ( Figure 15) is significantly reduced.

Claims

1. Process for extracting ingredients from biological materials as well as for the treatment of seed and Propagation material to kill the harmful material Germination with electromagnetic vibration energy in the Frequency range of microwaves in combination with the simultaneous presence of water vapor or Water vapor mist in the treatment area, namely under Equalization of the energy field of the electromagnetic or microwave vibrations, wherein the cooling limit temperature of the goods in the existing Atmosphere not significantly undercut and preferably just above the state of a first in Approach beginning to develop condensation effects is leveled off.

2. The method according to claim 1, characterized characterized in that the equalization by Effect of condensation on uneven and one optimally narrow distribution spread exceeding Humidity range is controlled.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the cooling limit temperature of the Good things are not essential in the existing atmosphere undershot and preferably just above State of the first formation of Condensation effects leveled off.

4. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that added aqueous systems with additives, especially for Improve the homogenization of the energy field be supplemented.

5. The method according to any one of claims 1-4, characterized characterized in that the addition of water vapor or fog intermittent action of the microwaves takes place.

6. The method according to any one of claims 1-5, characterized characterized in that the water mist formation by Ultrasonic atomization of water takes place.

7. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the comparison moderation of the treatment area by means of Laser beam exposure is supplemented.

8. The method according to claim 6, characterized characterized in that the to be atomized by ultrasound Water through homeopathic imprint or natural Active ingredients is modified (or effective traces of Active ingredients).

9. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the synergistic Influence of microwaves and low temperature water vapor by applying pressure to the water vapor atmosphere is modified.

10. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the pressure is exercised pulsatingly.

11. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the microwave treatment only after visible wrapping of the goods start with water vapor or water vapor mist.

12. Use of the method especially after Claim 1 and one of claims 2-11 for the controlled induction of stress on the seed and Propagation material under limited and targeted Decrease in its germination capacity and / or driving force as well as vitality.