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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entkeimung und Entwesung von
Oberflächen
gemäß Oberbegriff
des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens gemäß Oberbegriff
des Anspruches 20.
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Die
Entkeimung, d. h. Reduzierung der vorhandenen Mikroorganismen-Keimzahlen
pro Materialmenge in Gramm, ist in der Regel eine entsprechende
Behandlung von Oberflächen,
da das Materialinnere zumeist als keimfrei angesehen werden kann.
Bei einer Entkeimung von Oberflächen,
wie von natürlichen
Oberflächen von
Pflanzenteilen oder Fleischstücken
oder künstlichen
Oberflächen,
kommt es darauf an, neben einer hohen Entkeimungswirksamkeit auch
die durch die Oberflächen
begrenzten Materialien möglichst
in ihrem Ausgangszustand zu belassen, also zu schonen. Dies gilt
besonders für
die natürlichen
Materialien, bei denen der unveränderte
Ausgangszustand einen hohen Wert hinsichtlich Ernährung und
Gesundheit darstellt. Dabei besteht im Fall von Schüttungen
von Materialpartikeln und inneren Porositäten der Materialien selber
die Notwendigkeit der Wirksamkeit des Verfahrens auch an den inneren
Oberflächen.
Außerdem
darf wegen einer späteren
Lagerbarkeit der Materialien die Feuchte nicht über ein materialabhängiges Niveau
gesteigert werden. Insbesondere pflanzliche Materialoberflächen müssen häufig durch
Entwesungsverfahren von Schadorganismen befreit werden. In der Regel
können
zur Entwesung gleiche oder ähnliche
Verfahren wie zur Entkeimung, aber bei milderen Bedingungen aufgrund
der höheren
Empfindlichkeiten der Schadorganismen wie z. B. Nematoden, Mottenlarven
etc., verwendet werden.
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Zur
Entkeimung sind verschiedene Verfahren bekannt, die sich in chemische,
physikalische und thermische Verfahren unterteilen lassen. Sie eignen
sich also auch zur Entwesung.
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Chemische
Verfahren sind die Ethylenoxid- und die Ozonbehandlung. Erstere
darf in Deutschland zur Keimzahlreduzierung von Gewürz- und
Heilpflanzen seit 1983 und nun in Europa aufgrund gesundheitlicher Bedenken
nicht mehr eingesetzt werden. Nach der Ozonbehandlung werden in
der Regel nur geringe Keimreduzierungen festgestellt, bestimmte
Keimarten wie Enterobakterien und speziell Escherichia coli sind
dem Verfahren gegenüber
unempfindlich. Außerdem
werden starke geschmackliche und optische Abweichungen vom Ausgangszustand
festgestellt.
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Die
Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen als die wesentliche physikalische
Methode ist in Deutschland bis auf die Verwendung der UV-Wellen,
die allerdings nicht genügend
tief zu den inneren Oberflächen
in die Lebensmittel eindringen, zur Entkeimung von Lebensmitteln
und Heilpflanzen verboten. Bei der Verwendung von gamma- und beta-Strahlen
werden Farb-, Geschmacks- und Geruchsveränderungen registriert und gesundheitliche
Gefahren durch den Verzehr derart bestrahlter Materialien befürchtet.
Hochdruckverfahren zum Entkeimen bei 2.000 bis 7.000 bar sind nur
wirksam, wenn die zu entkeimenden Oberflächen der Materialien mit Wasser
benetzt sind, so daß die
Materialien Suspendate darstellen, von denen nachher durch ein aufwendiges
Trocknungsverfahren das Wasser entfernt werden muß. Außerdem sind
Strukturänderungen
durch den hohen Druck denkbar.
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In
Extrudern soll durch hohe Scherkräfte gemäß
EP 0 012 813 B1 eine Entkeimung
von Gewürzen möglich sein.
Es sind bei dieser Methode ebenfalls Strukturänderungen zu befürchten.
Möglicherweise
werden die Keimreduzierungen durch den immer notwendigen Entspannungsvorgang
verursacht. Alle genannten physikalischen Verfahren gelten als kostenintensiv
und nicht wirksam gegenüber
Sporen.
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Rechtlich
uneingeschränkt
verwendbar sind die thermischen Entkeimungsverfahren, wozu auch
die Mikrowellen- und Hochfrequenzbehandlungen zu zählen sind,
da bei diesen die Keimreduzierungen aufgrund einer durch die Behandlungen
verursachten Erwärmung
des in der Regel zuzugebenden Wassers begründet werden. Ohne genügende Wasseranteile
sind diese Verfahren nicht ausreichend wirksam. Durch ungleichmäßige Verteilung
des im übrigen
später
zu entfernenden Wassers kann es zu lokalen Überhitzungen und damit zu Produktschädigungen
durch chemische Reaktionen im Material kommen.
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Als
thermisches Verfahren gilt auch die Verwendung von überhitztem
Dampf, wie es in dem GB-Buch „Engineering
and food", Vol.
2, Elsevier, London 1984 auf S. 595 zur Entkeimung pulverförmiger Lebensmittel vorgeschlagen
wird. Der Nachteil überhitzten
Dampfes liegt aber in der fehlenden Möglichkeit, durch Kondensieren
des Dampfes in kurzer Zeit eine große Energiemenge auf das Material
zu übertragen.
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Ebenfalls
zu den thermischen Verfahren gehört
die Gruppe der Entkeimungsverfahren mit Sattdampf. Es wurden bereits
eine Vielzahl von Varianten der Sattdampfentkeimung vorgestellt,
um die Hauptnachteile der klassischen Sattdampfbehandlung zu vermeiden,
bei denen Sattdampf nach Evakuieren des Behandlungsraumes, in den
das oberflächlich
zu entkeimende Material eingebracht wurde, für eine bestimmte Zeit zur Erwärmung der
Oberflächenzonen
unter Kondensation des Sattdampfes einwirkt. Dabei gilt die Regel,
daß je
höher die
Temperatur des eingesetzten Sattdampfes ist, desto kürzere Behandlungszeiten
zum Erreichen des gleichen Entkeimungsgrades gewählt werden können. Je
höher die
Sattdampftemperatur und damit kürzer
die Entkeimungszeit, desto eher wird der Ausgangszustand der Materialien
und damit deren Wert gewahrt. Zur Reduzierung der Anzahl von Sporen
und sporenbildender Mikroorganismen sind Temperaturen über 120°C erforderlich.
Hauptnachteil der Sattdampfverfahren sind bei pflanzlichen Materialien
Farbverblassungen, Veränderungen
im Inhaltsspektrum (s. u.) oder bei Fleisch die sogenannte Vergrauung
der Oberfläche.
Es ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, die das Prinzip „Hochtemperatur-Ultrakurzzeit" nutzen.
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Der
Behandlungsraum wird bei den klassischen Sattdampfverfahren langsam
unter gleichzeitiger Verdrängung
der vorher enthaltenen Luft aufgeheizt und nach der Behandlung nur
langsam abgekühlt,
wobei häufig
ein Ventil zum Druckausgleich geöff net
wird. Durch Absaugen der Luftanteile vor der eigentlichen Behandlung
(Vorvakuum) und nachträglicher
Evakuierung (Nachvakuum) oder anderen Kühlverfahren in moderneren Verfahren,
die absatzweise geführt
werden, können
die zur Entkeimung weniger wirksamen Temperaturbereiche, bei denen
aber aufgrund der Temperatur-Zeit-Einwirkung
Materialschädigungen
eintreten können,
schnell passiert werden. Sehr kurze Verfahren können so erst realisiert werden.
Zu den Materialschädigungen
können vielfältige Zersetzungsreaktionen
aufgrund der Temperatur bei entsprechender Zeit (z. B. Oxidationen
von Inhaltsstoffen der oberflächlich
zu entkeimenden Materialien), aber auch unter den vorhandenen feuchten
Bedingungen (Hydrolysen), Proteindenaturierungen wie auch Verluste
an ätherischen Ölen (bei
pflanzlichen Materialien) durch den Effekt der Wasserdampfdestillation
gerechnet werden.
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Als
weiteres Sattdampfentkeimungsverfahren ist in der
EP 0 269 257 A2 eine quasikontinuierliche
Entkeimung nach McCormick angeführt.
Kernstück
der Anlage sind zwei doppelwandige, zylindrische Behälter, die über eine
Schleuse verbunden sind. Der eine Behälter wird zur Entkeimung, der
andere zur Kühlung
und Trocknung verwendet. Der Transport des Materials zwischen den
Behältern
erfolgt durch Druckdifferenz.
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Zur
Vermeidung vor allem der Verluste an ätherischen Ölen wird in der DE-Zeitschrift „Die Ernährungsindustrie – DIE", Heft 11 (1992)
ein Verfahren für
unterschiedliche Temperaturen und Behandlungszeiten erwähnt, bei
denen die zu entkeimenden Gewürzpartikel
verkapselt werden, so daß sie
bei der anschließenden satzweisen
Sattdampfentkeimung im Material verbleiben. Dadurch werden allerdings
die abzutötenden
Keime weniger dem kondensierenden Sattdampf ausgesetzt, wodurch
die Entkeimungswirksamkeit leidet. Es sind auch andere derartige „Coating"-Verfahren bekannt,
z. B. erwähnt
in der WO 86/05956 und in der Zeitschrift „European Food and Drink Review", Autumn 1990.
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Das
schnelle Passieren der für
die Entkeimung weniger wirksamen Temperaturbereiche beim Aufheizen
und Abkühlen
wird auch erreicht, wenn die Sattdampfbehandlung derart kontinuierlich
durchgeführt
wird, daß die
zu entkeimenden Materialien, die dann aber pulverförmig sein
sollten, über
Schleusen in den Behandlungsraum ein- und wieder ausgetragen werden.
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Ebenfalls
zur Entkeimung von Materialien, die ätherische Öle beinhalten, eignet sich
ein Verfahrensprinzip der Sattdampfentkeimung, das die Reduzierung
des freien Dampfvolumens im Behandlungsraum („Prinzip des kleinen relativen
Volumens") vorsieht
(DE-Zeitschrift „Pharmazeutische
Industrie Pharm. Ind." 58, 7
(1996)). Es kann satzweise unter Berücksichtigung jeglicher Temperatur-Zeit-Kombinationen
oder aber auch kontinuierlich in einer extruderähnlichen Apparatur, die zwei
Schleusen aufweist, realisiert werden. Grundsätzlich ist bei allen kontinuierlichen
Verfahren der Ein- und Austrag der günstigerweise pulverförmigen Materialien in
den bzw. aus dem Behandlungsraum aufgrund von Abdichtungsproblemen
problematisch, wodurch verhindert wird, daß Drücke über 3 bis 4 bar ohne kostenintensive
Dampfverluste aufrechterhalten werden können. Dies gilt auch für ein Verfahren
(erwähnt
in VMT 25, 6 (1992)), bei dem das zu entkeimende Material innerhalb eines
großvolumigen
Druckraumes mit Hilfe eines Transportbandes in Richtung Austragsschleuse
gefördert wird.
Bei diesem Transportprinzip erleidet das zu entkeimende Material,
in der Regel kleine Pflanzenteile bis zu Pulvern, Verluste an ätherischen Ölen und
es können
Verschleppungen auftreten.
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Das
deutsche Patent
DE
27 08 168 C2 beschreibt ein ganz ähnliches Verfahren, bei dem
der Transport innerhalb des Druckraumes mit Hilfe einer Schwingrinne
realisiert wird.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
39 02 679 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur kontinuierlichen Behandlung von pflanzlichen Produkten, wie
Bohnen, insbesondere Kakaobohnen, Kernen, Getreide, das dadurch
charakterisiert ist, daß das
Material dampfdruckfrei ohne Schleusen in ein Zellenrad, damit auch eine
Rotationsapparatur, gebracht wird, indem das Material auf einer
Kreisbahn durch Zonen unterschiedlicher Dampfzustände transportiert
und dampfdruckfrei wieder ausgebracht wird. Ziel des Verfahrens
ist eine thermische Behandlung, die eine einmalige Kondensation
beinhaltet.
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Weiterhin
schlägt
das amerikanische Patent
US 5
281 428 zur Entkeimung der Oberflächen von Fleisch-Material vor,
eine Sattdampf-Kurzzeitbehandlung in der Form durchzuführen, daß folgende
Schritte nacheinander durchgeführt
werden: Einbringen des Materials in den Behandlungsraum, Evakuieren,
Spülen des
Behandlungsraumes mit Niederdruckdampf, eigentliche Behandlung (hier
sind aufgrund der kurzen Zeit höhere
Temperaturen zur Erzielung eines thermischen Entkeimungseffektes
notwendig), Evakuieren zum Kühlen
und Materialentnahme. Dieses Verfahren soll aufgrund der Schnelligkeit
verhindern, daß das
Innere des Materials thermisch belastet, bei Fleischmaterial also
gekocht wird. Bei Nichterreichen der gewünschten Keimzahl kann das Verfahren
wiederholt werden. Das Patent schlägt eine Rotationsapparatur
zur Realisierung vor, die aber sehr aufwendig gestaltet ist und
vor allem die Entkeimung großer
Materialstücke
schwerlich zuläßt. Ziel
des Verfahrens ist eine thermische Behandlung mit jeweils einmaliger
Kondensation des Sattdampfes auf der Oberfläche der zu entkeimenden Materialien,
wobei eine Haltezeit bei den erreichten Temperaturen und Drücken zur
Durchführung
der thermischen Entkeimung zwingend notwendig ist. Diese soll zwar
grundsätzlich kurz
sein, um eine Denaturierung des Fleisches zu vermeiden, doch muß sie ausreichend
lang sein, um eine Abtötung
der jeweils außenliegenden
Keime zu gewährleisten.
Hierdurch tritt eine mehr oder minder große Schädigung der außenliegenden
Schichten des Fleisches ein, die von Nachteil sind.
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Weiterhin
ist die
DE 44 17 512
C2 bekannt, bei der zur Dampf-Sterilisierung von Müll ein Sterilisierungsprozeß mehrfach
durchlaufen wird. Aus der
DE
34 25 412 C2 ist ebenfalls ein mehrstufiger Prozeß im Rahmen
der Sterilisierung bekannt, wobei aber die mehrfache Druckveränderung
zur Entlüftung
des Behandlungsgutes genutzt wird und eine Sterilisierung erst anschließend stattfindet.
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Aus
der
DE 39 02 432 A1 ist
ein kombiniertes Bedampfungs-Ausblasverfahren bekannt, bei dem das Innere
von Verpackungsbehältern
aus unempfindlichen anorganischen Substanzen wie Glas oder dgl.
mittels eingeblasenem Wasserdampf beaufschlagt und das niedergeschlagene
Kondensat mittels steriler Druckluft abgerakelt wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Entkeimungs- und Entwesungsverfahren
sowie eine zur Durchführung
des Verfahrens geeignete Vorrichtung vorzuschlagen, bei der Substanzen,
insbesondere organische Substanzen besonders schonend einem mittels
Dampf arbeitenden physikalischen Entkeimungsverfahren unterworfen
werden, ohne daß der
Wert bzw. Gehalt der zu entkeimenden Substanz merkbar beeinträchtigt wird
und gleichzeitig eine sichere Verfahrensführung auch für unterschiedliche
Substanzen gewährleistet
ist.
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Die
Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe
ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des
Oberbegriffes sowie hinsichtlich der Vorrichtung aus den Merkmalen
des Anspruches 20. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
geht aus von einem Verfahren zur Entkeimung und Entwesung der Oberflächen von
Substanzen, insbesondere der Oberflächen pflanzlicher, tierischer
oder künstlicher
Substanzen, in mindestens einem Behandlungsraum mit Hilfe eines
kondensierbaren Gases, bei dem in einem ersten Schritt nach dem
Befüllen
des Behandlungsraums mit der Substanz der Behandlungsraum evakuiert
wird, in einem zweiten Schritt die Oberfläche mit dem kondensierbaren
Gas beaufschlagt und in einem dritten Schritt das auf der Oberfläche kondensierte
Gas wieder von der Oberfläche
entfernt wird, wobei die Oberfläche
auf diese Weise wiederholt dem kondensierbaren Gas ausgesetzt wird.
Ein derartiges Verfahren wird dadurch weiter entwickelt, daß das kondensierbare
Gas unmittelbar nach der Kondensation auf der Oberfläche durch
eine Druckabsenkung mit einem hohen Druckgradienten im Behandlungsraum
wieder von der Oberfläche
entfernt wird, wobei das kondensierende Gas die Keime jeweils von
der Oberfläche
löst und
dann von der Oberfläche entfernt
und/oder inaktiviert. Durch die wiederholte Kondensation von Dampf
während
einer Behandlung und sofort nachfolgender Entfernung des Kondensates
bzw. Inaktivierung wird eine wirksamere Entkeimung realisiert als
bei einer vergleichbaren klassischen, lediglich den thermischen
Effekt nutzenden, auch Hochtemperatur-Kurzzeit-Sattdampfentkeimung
mit kurzer Haltezeit bei der Behandlungszieltemperatur, weil die
zu entkeimenden Mikroorganismen durch den wiederholten Vorgang der
Kondensation von den Oberflächen
abgeschwemmt, werden durch nachfolgende Schritte entweder vom zu
entkeimenden Material abgeführt
(Kondensatentfernung) oder aufgrund erhöhter Empfindlichkeit nunmehr
nicht an der Oberflächen
befindlicher Keime bei geringeren Temperaturen oder in kürzerer Zeit
abgetötet
werden. Hierbei werden die Einzelzyklen des Verfahrens bestehend
jeweils aus Kondensation des Dampfes und Entfernung des Kondensates
mit Kühlung
des zu entkeimenden Materials so gestaltet, daß nach Erreichen der gewünschten
maximalen Temperatur und dem maximalen Druck am Ende der jeweiligen
Dampfaufgabe keine sogenannte Haltezeit, d. h. kein konstantes Temperatur-
und Druckniveau, existiert. Die Kondensatentfernung, vorzugsweise
durch Druckabsenkung, wird also sofort angeschlossen.
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Durch
die erhöhte
Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die Gesamt-Behandlungszeit bei der gewünschten Maximal-Temperatur
abgekürzt
und materialschädigende
Zersetzungsreaktionen reduziert werden oder bei gleicher thermischer
Belastung eine verbesserte Keimreduzierung erzielt werden, wobei
sich eine deutliche Wirksamkeitssteigerung gegenüber einer klassischen Sattdampfentkeimung
mit kurzer Haltezeit bei gleicher Maximal-Temperatur, die also thermische
Effekte zur Entkeimung nutzt, bei mindestens zweimaligerm Zyklus
einstellt. Mit der Zahl der Zyklen steigt die Wirksamkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren
mit sehr vielen Zyklen und bestimmten Randbedingungen könnte daher
auch als Sattdampfverfahren mit oszillierender Dampfzugabe bezeichnet
werden. Ein Zwischenspülen
im einzelnen Zyklus ist nicht erforderlich.
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Das
Verfahren läßt sich
auf Wunsch zur Bewahrung des Ausgangszustandes der Materialien mit
den bekannten Methoden der Hochtemperatur-Kurzzeit-Behandlung, des
Prinzips des kleinen relativen Volumens und der Vorvakuum- wie auch
der Vakuumtechnik bequem kombinieren. Der Behandlungsraum oder die
Behandlungsräume
können
von außen
beheizt werden, damit die Kondensation überwiegend nur an den Oberflächen des
zu behandelnden Materials stattfindet, oder mit Ultraschall beschallt
werden. Je höher
gespannt das bereitgestellte, zuzugebende kondensierbare Gas und
je höher
dessen Temperatur, desto schneller erfolgt das Einströmen und
der Druckaufbau und damit die Kondensation an den zu entkeimenden
Oberflächen
bei der jeweiligen Kondensationstemperatur, wodurch parallele Zersetzungsreakionen
im Material, dessen Oberflächen
entkeimt werden sollen, im Sinne einer Materialschonung vermieden
werden. Durch deutliches Zwischenkühlen des Behandlungsraumes
auf eine beliebige Temperatur, das entweder durch Verdampfungskühlung aufgrund
von Druckabsenkung während
der Kondensatentfernung oder direkte Zwischenkühlung des Materials erfolgen
kann, ergibt sich aufgrund der höheren
Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei gleicher Keimreduktion wie beim klassischen Verfahren eine noch
bessere Materialschonung. Weiterhin ist ohne Probleme eine Dampfwiederverwendung
realisierbar, indem das entfernte Kondensat wieder aufbereitet und
wieder als kondensierbares Gas verwendet wird, beispielsweise um
Verluste an ätherischen Ölen bei
der Behandlung von Gewürzen
oder Arzneipflanzen, die derartige Stoffe enthalten, insgesamt zu
verringern.
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Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie der dazu benutzbaren Vorrichtung zeigt die Zeichnung.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines möglichen
Aufbaues der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Entkeimung
und Entwesung anhand einer Fließbildskizze,
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2 ein
Beispiel für
einen Druck- bzw. Temperaturvorlauf in der Beispielvorrichtung.
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Der
erste Schritt bei der Durchührung
einer Keimreduzierung des zu entkeimenden Materials in der Beispielvorrichtung
ist die Eingabe der Behandlungszeiten in eine speicherprogrammierbare
Steuerung 1 zur Festlegung der Öffnungszeiten von Dampfventil 5 und
Vakuumventil 4. Als nächstes
wird an einem Druckregler 16, der sich am Auslaß des nicht
dargestellten Dampferzeugers befindet, der notwendige Zieldruck
und damit die gewünschte
Temperatur im Behandlungsraum 2 (der 0,3 l Volumen beinhaltet),
die am Thermoelement 7 kontrolliert wird, eingestellt.
Der dritte Vorbereitungsschritt beinhaltet das Einbringen des beispielsweise
pulverförmigen
Materials in den Behandlungsraum 2, das sich bei diesem
Beispielverfahren und in der Beispielvorrichtung in einem Gewebesack
zur Verhinderung von Materialverlusten befindet. Zum Öffnen wird
eine nicht weiter dargestellte Kammer vom Deckel abgedreht. An der
Innenseite des Deckels ist eine Aufhängung eingeschraubt, an der
das zu behandelnde Gut befestigt wird. Anschließend wird der Behälter wieder
geschlossen und das Dampfventil 5 mehrfach geöffnet. Hierdurch
wird die Rohrleitung der Apparatur vorgeheizt und außerdem Vorab-Kondensat über das
geöffnete
Belüftungsventil 8 und
den Wärmetauscher 11 entfernt.
Durch das Schließen
des Ventils 3 vor dem Behandlungsraum 2 wird vermieden,
daß in
diesen bereits zu früh
Dampf eintritt. Nach dem Starten der Vakuumpumpe 9 wird
mit einem Schalter das Vakuumventil 4 geöffnet und
gleichzeitig das Belüftungsventil 8 geschlossen,
falls erwünscht
ist, den Behandlungsraum 2 vorher zu evakuieren. Dann erfolgt
wahlweise die Evakuierung des Systems einschließlich des Behandlungsraumes 2,
dessen Ventil 3 jetzt geöffnet wird. Durch gleichzeitiges,
stoßweises Öffnen des
Dampfventils 5 kann die verbliebene Luft mit Dampf vermischt
und so der Luftanteil minimiert werden. Nach dem Starten der Meßwerterfassung
der Signale des Drucksensors 14 und der Thermoelemente 7, 13 beginnt
die eigentliche Behandlung. Erst jetzt wird der Schalter 10, 12,
der das Öffnen
des Vakuumventils 5 und Schließen des Belüftungsventils 8 bewirkt,
von Hand zurückgesetzt,
damit es nicht zu einem zwischenzeitlichen Öffnen des Belüftungsventils 8 kommt.
Nach Ablauf der eingegebenen Zeit schließt das Vakuumventil 4.
Das aus Sicherheitsgründen
verzögerte Öffnen des Dampfventils 5 bewirkt
das Einströmen
des Dampfes in den Behandlungsraum 2. Während der Behandlungen kann
manuell mit Hilfe des Dampfdruckreglers nachgeregelt werden, was
einen sehr konstanten Verlauf der Druck- und Temperaturkurven zum
Ergebnis hat. Nach Ablauf der vorgegebenen Behandlungsdauer wird
das Dampfventil 5 wieder geschlossen. Falls eine Ablaufwiederholung
zur erfindungsgemäßen wiederholten
Kondensation programmiert wurde, startet der Zyklus wieder mit dem Öffnen des
Vakuumventils 4. Am Ende der Behandlung werden alle Ventile 3, 4, 5, 8 in
ihren Grundzustand versetzt. Dies bedeutet, daß das Belüftungsventil 8 offen
ist. Da jedoch eine rasche Abkühlung
und Trocknung des behandelten Produktes erwünscht ist, muß direkt
im Anschluß an
die Dampfbehandlung das Belüftungsventil 8 weiter
geschlossen bleiben und das Vakuumventil 4 geöffnet werden.
Dies geschieht manuell durch Betätigen
des entsprechenden Schalters. Nach dem so erfolgten Abkühlen der
Probe wird der Behandlungsraum 2 belüftet und geöffnet. Danach wird die Probe
entnommen und anschließend
mikrobiologisch auf die Keimreduktion hin untersucht.
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In 2 ist
ein Beispiel für
einen Druck- bzw. Temperaturverlauf in der Beispielvorrichtung für folgende Bedingungen
dargestellt: 3 × 35
s Sattdampfzugabe auf Maximaldruck 1,8 bar und Maximaltemperatur
115 °C mit
jeweils 33 s Haltezeit bei diesen Bedingungen, dazwischen jeweils
10 s Vakuum.
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Es
wurden nun wider Erwarten bei der Entkeimung von mit 1 × 10
8 nicht thermisch aktivierter Sporen von
Bacillus subtilis pro g verkeimten Paprikapulvers gefunden, daß nach der
Durchführung
von wiederholten Kondensationen von Wasser-Sattdampf mit einer definierten
Gesamtbehandlungsdauer inklusive der zwischenzeitlichen Evakuierungsphasen
zur zwischenzeitlichen Kondensatentfernung (also mehr fachen Zyklen) eine
geringere Keimzahl (KBE) pro g festgestellt als bei einer einmaligen
Dampfzugabe entsprechend einer einmaligen Kondensation mit der gleichen
Gesamtbehandlungsdauer. Beispielergebnisse für das Verfahren in der Beispielvorrichtung
bei beispielhaften Prozeßparametern
sind in Form der Tabelle 1, in der die wesentlichen Beispielprozeßparameter
sowie die klassischen Behandlungen, bei denen nur einmalige Kondensationen
(1 Zyklus) erfolgten, zusammengefaßt.
Tabelle
1
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In
der ersten Spalte ist die Haltezeit nach Zugabe und Kondensation
von Wasser-Sattdampf
sowie die Anzahl der Kondensationen abzulesen. In der zweiten Spalte
wird die Gesamtdauer des Versuchs angegeben. Damit ist die Zeit
gemeint, die vom Öffnen
des Dampfventils des ersten Zyklus bis zum Schließen des
Dampfventils des letzten Zyklus vergeht, einschließlich der
zwischenzeitlichen Druckabsenkungsphasen, hier auf Vakuum. In der
dritten Spalte ist die vorgegebene Entkeimungstemperatur angegeben.
Bei den beispielhaften Prozeßparametern
entspricht der erreichte Maximaldruck im Behandlungsraum dem vorgegebenen
Zieldampfdruck (Vordruck), da eine Haltezeit gewählt war und besitzt einen Wert
gemäß Dampftemperatur
entsprechend der Wasser-Dampfdruckkurve.
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In
weiteren Beispielen wurden natürlich
verkeimte Holunderblüten
mit Wasser-Sattdampf
unter verschiedenen Bedingungen in einer Beispielapparatur behandelt.
Entsprechende Beispielergebnisse hierzu sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
Tabelle
2
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Allerdings
war hier keine Haltezeit realisiert, sondern es wurde während des
Druckanstieges im Behandlungsraum in Richtung Zieldampfdruck nach
3 s das bereits gebildete Kondensat wieder durch Abblasen gegen
Atmosphäre
entfernt (=1 Zyklus). Auch hier zeigte sich überraschenderweise eine Steigerung
der Wirksamkeit des Entkeimungsverfahrens bei Wiederholung der Kondensation
gegenüber
den erwarteten (= berechneten) Gesamtkeimzahlen, wobei die Wirksamkeitssteigerung
mit Anzahl der Zyklen zunimmt. Die berechnete Gesamtkeimzahl wurde
jeweils ermittelt, indem aus den Ergebnissen von Versuchen mit einmaliger Dampfaufgabe
unter Variation von Haltezeit bei entsprechender Sattdampftemperatur
und von Sattdampftemperatur selber durch sogenannte Arrhenius-Auswertung
eine für
das System Holunderblüte/natürliche Verkeimung/Wasser-Sattdampf
charakteristische Entkei mungs-Aktivierungsenergie Ea und
ein Geschwindigkeitsfaktor k0 ermittelt
wurde und diese Werte dann herangezogen wurden, um zusammen mit
den in der Beispielapparatur jeweils herrschenden und aufgezeichneten,
schwingenden Temperaturverläufen,
die dazu in kleine Zeitintervalle eingeteilt wurden, eine je nach
im Intervall zugrundegelegter Temperatur eine pro Intervall abnehmende
Gesamtkeimzahl KBE/g bis hin zum Behandlungsende zu berechnen.
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- 1
- Speicherprogrammierbare
Steuerung
- 2
- Behandlungsraum
- 3
- Dampfventil
- 4
- Vakuumventil
- 5
- Druckregler
- 6
- Auslaß Dampferzeuger
- 7
- Thermoelement
- 8
- Belüftungsventil
- 9
- Vakuumpumpe
- 10
- PC
- 11
- Wärmetauscher
- 12
- Transmitter
- 13
- Thermoelement
- 14
- Drucksensor
- 15
- Kühlwasser
- 16
- Druckregler
