DE2422530B2

DE2422530B2 - Verfahren zur konservierung von wasser- und/oder eiweisshaltigen homogenen lebensmitteln

Info

Publication number: DE2422530B2
Application number: DE19742422530
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Bach, Jean, Dr., 8032 Gräfelfing
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1974-05-09
Publication date: 1976-12-30
Also published as: FR2280287B1; DE2422530A1; NL7505394A; BE828843A; GB1507069A; CH595054A5; DE2422530C3; US3974355A; FR2280287A1; CA1023810A; DK196575A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konservierung von wasser- und/oder eiweißhaltigen homogenen Lebensmitteln, die in für elektromagnetische Wechselfelder durchlässige, geschlossene Behälter abgefüllt sind, mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes, wobei sich die Behälter in einer Flüssigkeit mit angepaßter Dielektrizitätskonstante befinden.

Nach einem Übersichtsartikel in »Ernährungsforschung«II, 1957, Seiten 345 bis 361 ist es bereits bekannt, Lebensmittel durch dielektrische Erwärmung mittels Hochfrequenzenergie zu konservieren, wobei die vorteilhafte Eigenschaft der Hochfrequenzenergie ausgenützt wird, homogene Lebensmittelprodukte in deren ganzem Querschnitt rasch und gleichmäßig zu erwärmen. Zur Behandlung mit Hochfrequenzenergie werden die z. B. in Glas- oder Kunststoffbehältern verpackten Lebensmittel Hochfrequenzfeldern ausgesetzt und dadurch erwärmt. In dem Übersichtsartikel wird aber auch darauf hingewiesen, daß ein Nachteil der Behandlung mit Hochfrequenzenergie darin liegt, daß mit zunehmender Feldstärke die Neigung zu unliebsamen Glimmentladungen und Überschlägen wächst. Solche Überschläge treten insbesondere dort auf, wo große Potentialdifferenzen aufgrund aneinandergrenzender Bereiche mit stark verschiedener Dielektrizitätskonstante vorliegen, also bei den Behälterwänden für die zu behandelnden Lebensmittel und in der Umgebung des freien bzw. mit Gas gefüllten Kopfraumes der Behälter. Die Durchschläge können die Behälterwände beschädigen und die zu behandelnden Lebensmittel nachteilig beeinflussen. Um Durchschläge zu vermeiden, könnte mit geringer Feldstärke gearbeitet werden. Dies würde aber wiederum eine erheblich längere Behänd- *>° lungsdauer bedingen. Andererseits kennte mit höheren Feldfrequenzen gearbeitet werden, bei denen die Neigung zu Durchschlägen geringer ist. Diese besitzen aber den Nachteil, daß für ihre Erzeugung ein mit der Frequenz stark wachsender Aufwand notwendig ist und daß die Eindringtiefe des Feldes mit zunehmender Frequenz stark sinkt.
Ein weiteres Problem bildet die Sterilisisrung eines Gasraums mit Spritzern oder Krümeln des Lebensmittels über dem zu behandelnden Lebensmittel im Behälter. Neben der Gefahr von Durchschlägen wegen starker Potentialdifferenzen aufgrund aneinandergrenzender Bereiche sehr unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante bringt der Gasraum den Nachteil mit sich, daß er durch Hochfrequenzenergie nur schwer und insbesondere nicht in gleichem Maße wie das Lebensmittel selbst erwärmt und damit sterilisiert werden kann. Nach der GB-PS 12 94 829 ist es bekannt, zur Sterilisierung auch eines Gasraumes über einer Flüssigkeit in einem Behälter den Behälter zu bewegen, beispielweise indem er geschüttelt, gedreht oder auf andere Weise bewegt wird, um auch eine Erwärmung des eingeschlossenen Gasvolumens zu erreichen. Dies ist in mehrfacher Hinsicht nachteilig. Zum einen müssen komplizierte, mechanische Apparaturen vorgesehen werden, welche die Bewegung der Behälter ausführen. Zum anderen bleibt das Problem von Überschlägen infolge sprunghafter Änderungen der Dielektrizitätskonstante ungelöst. Schließlich läßt sich das bekannte Verfahren nur auf Flüssigkeiten nicht dagegen auf Lebensmittel anderer Konsistenz, wie z. B. stichfesten Joghurt, anwenden.

Schließlich ist es bekannt (DT-OS 21 44 956, FR-PS 21 07 422, FR-PS 21 07 423), Lebensmittel zur Erwärmung durch ein elektromagnetisches Feld mit wenigstens Mikrowellenfrequenz zu führen, wobei die Lebensmittel dicht von einer Flüssigkeit mit solcher stofflicher Beschaffenheit umgeben sind, daß sie Energie von Mikrowellen (also elektromagnetischen Wechselfeldern mit verhältnismäßig hoher Frequenz) in erheblichem Maße absorbiert. Die Flüssigkeit dient dazu, infolge ihrer Erwärmung mittels der Energie von Mikrowellen eine ungleichmäßige Erwärmung der Lebensmittel an ihren Randbereichen zu verhindern. Da bei diesem bekannten Verfahren sehr hochfrequente Felder verwendet werden, besteht zwar die Gefahr von Durchschlägen nicht. Nachteilig ist aber bei dem bekannten Verfahren, daß die Erzeugung von elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenbereich, also im Bereich verhältnismäßig hoher Frequenzen, ohnehin sehr aufwendig ist. Ferner ist nachteilig, daß auch die die Lebensmittel umgebende Flüssigkeit durch die Mikrowellen mit erwärmt werden muß. Außerdem können nur solche Produkte erwärmt werden, die von ihren Behältern allseitig unmittelbar am Produkt anliegend umschlossen sind. Die Behandlung von Produkten mit Gasräumen im Behälter ist nicht vorgesehen. Des weiteren können als Behälter nur elastische Kunststofffolien und dergleichen verwendet werden, die Volumenänderungen der Produkte beim Erwärmen und Abkühlen folgen können.

Schließlich ist noch nachteilig bei dem bekannten Verfahren, daß die Erwärmung der Produkte mittels Mikrowellen ungleichmäßig ist, da Mikrowellen nur eine verhältnismäßig geringe Eindringtiefe besitzen. Die Erwärmung durch Mikrowellen findet also zum größten Teil in den Randbereichen des Produkts statt, wo dies durch konventionelle Methoden einfacher und leichter erfolgen könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein " Verfahren von der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß es eine wenig aufwendige; und rasche Erwärmung von wasser- und eiweißhaltigen Lebensmitteln auch dann erlaubt, wenn diese ihren Behälter nicht vollständig ausfüllen, ohne daß dabei die Gefahr von Durchschlägen besteht.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu behandelnden geschlossenen Behälter bis zur Höhe der Produktoberseite in eine Flüssigkeit mit einem niedrigen Verlustfaktor tan ö und einstellbarer Temperatur eingebracht werden, worauf das Produkt von den gegenüberliegenden Seiten durch die Flüssigkeit hindurch einem HF-\Yechselfeld ausgesetzt wird, und daß die Behälter von oben her von einem U H F-Wechselfeld bestrahlt werden.

Ein sehr wesentliches Merkmal der Erfindung bildet die Verwendung von elektromagnetischen Wechselfeldern wenigstens zweier verschiedener Frequenzbereiche zur Erwärmung der Lebensmittel, und zwar einmal Hochfrequenz- (HF-) Wechselfelder (Frequenzbereich bis etwa 400 MHz) und zum anderen die oft auch als »Mikrowellen« bezeichneten Ultrahochfrequenz-(UHF-) Wechselfelder (Frequenzbereich über etwa 400 MHz).

Beide Frequenzbereiche weisen Besonderheiten auf, die für ihren Einsatz bei der thermirchen Behandlung von Produkten von Bedeutung sind.

Da die Eindringtiefe der elektromagnetischen Wechselfelder ihrer Frequenz umgekehrt proportional ist, können UHF-Wechselfelder nur eine verhältnismäßig dünne, nahe der Oberfläche des Produktes liegende Schicht durchdringen. Obendrein erfordert die Erzeugung von UHF-Energie verhältnismäßig hohen Aufwand.

Die H F-Wellen dringen hingegen dank ihrer niedrigeren Frequenz tiefer in das Produkt ein; durch geeignete Wahl einer der für industrielle Zwecke freigegebenen Frequenzen kann die Eindnngtiefe auch relativ gut eingestellt werden. Der geringere Aufwand für die Erzeugung von HF-Energie ergibt, zusammen mit den zur Verfügung stehenden größeren Generator-Einheiten, bessere industrielle Anwendungsmöglichkeiten als diejenigen, die für UHF-Wechselfelder bestehen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen. Die Erwärmung der zu behandelnden Lebensmittel erfolgt zum überwiegenden Teil durch HF-Energie, deren Erzeugung verhältnismäßig geringen Aufwand, verglichen mit dem für die Erzeugung von UHF-Energie, erfordert. Das HF-Wechselfeld bietet zudem den Vorteil einer hohen Eindringtiefe, die wiederum eine gleichmäßige Erwärmung der Lebensmittel in ihrem gesamten Volumen gewährleistet.

Die Gefahr von Durchschlägen wird durch das Eintauchen des in seinem Behälter befindlichen Lebensmittels in seinem Behälter in die Flüssigkeit vermieden, da hierdurch kein unerwünschter Sprung der Dielektrizitätskonstante an der Behälterwand auftritt. Der noch verbleibende kritische Kopfraum im Behälter über dem Produkt, bei dem auch durch Eintauchen des Behälters mit dem Lebensmittel in die Flüssigkeit ein Sprung der Dielektrizitätskonstante nicht zu vermeiden ist, wird mittels eines U H F-Wechselfeldes von oben her bestrahlt, so daß er außerhalb der Bc handlungszone mit dem HF-Wechselfeld gehalten werden kann. Da im UHF-Wechselfeld ohnehin praktisch keine Durchschläge zu befürchten sind und der Kopfraum im Behälter gemäß der Erfindung außerhalb des HF-Wechselfeldes gehalten ist, können auch in diesem kritischen Bereich Durchschläge mit Sicherheit vermieden werden.

Mit dem durch die Erfindung angegebenen Verfahren kann bei Vermeidung der unerwünschten Durchschläge ⁶S erreicht werden, daß jeweils zu einem Zeitpunkt die gleiche Temperatur in allen Teilen des Lebensmittels erreicht wird. Die geringe Eindringtiefe der verwendeten UH F-Energie schadet bei dem Verfahren gemäß der Erfindung nicht, da durch die UHF-Energie lediglich diejenige verhältnismäßig dünne Schicht an der Oberseite des Lebensmittels behandelt werden soll, die wegen der Durchschlagsgefahr nicht mehr mit dem HF-Wechselfeld beaufschkgt wird.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung kann die Erwärmung des Lebensmittels auf die gewünschte Temperatur auch sehr rasch erfolgen, da selbst bei den hierfür notwendigen H F-Wechself eidern mit höheren Feldstätken keine Gefahr von Durchschlägen besteht

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es also, daß zu jeweils einem Zeitpunkt die gleiche Temperatur in allen Teilen des Lebensmittels erreicht wird. Weiterhin ergibt sich eine sowohl in der berechneten Temperatur, als auch in der Aufheizzeit vorbestimmbare, gleichmäßige Erwärmung, deren Endwert und Anstiegskurve beeinflußbar sind. Unter »gleichmäßiger Erwärmung« sollen Differenzen der Endtemperaturen zwischen inneren und äußeren Bereichen, sowie zwischen oberen und unteren Teilen der behandelten Lebensmitteleinheit von maximal 4 bis 5° C eingeschlossen sein. Verglichen mit den bisher üblichen Verfahren handelt es sich also um sehr geringe Unterschiede der Temperaturen in den verschiedenen Teilen des Lebensmittels zu jeweils einem Zeitpunkt. Durch entsprechend genaue Einstellung können — insbesondere bei größeren Stückzahlen — die Temperaturdifferenzen in der Größenordnung von etwa I⁰C gehalten werden.

Von dem UHF-Wechselfeld werden auch kleine, in dem Gasraum über den Lebensmitteln im Behälter befindliche Teilchen — z. B. Spritzer oder Krümel — des Gutes erfaßt, und — wie der Rest — erwärmt.

Da sich die Wirkungen der kombinierten Behandlungsarten — der HF- und der UHF-Wechselfelder — in der kritischen Zone überlagernd ergänzen, sind sie auch aufeinander abstimmbar.

Weiterhin kann das Lebensmittel, gleichmäßiger als zuvor möglich, so erwärmt werden, daß bei relativ niedrigen lokalen Temperaturen und der daraus folgenden größeren Erhaltung seiner ursprünglichen Eigenschaften ein Grad der Haltbarmachung erreicht wird, der für viele Güter als ausreichend angesehen werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Massenprodukte, bei welchen alle Einheiten gleiche oder zumindest einander sehr ähnliche physikalische Eigenschaften haben, bei denen also u. a. auch Gewicht, Ausgangstemperatur, Abmessungen, dielektrische Werte des Lebensmittels sowie der Umhüllung praktisch gleich sind. Diese Massengut-Einheiten werden üblicherweise in Umhüllungen oder Behältern aus Glas oder Kunststoff eingeschlossen. Solche Umhüllungen stören den Behandlungsvorgang nur wenig oder gar nicht, schützen jedoch das Produkt vor nachträglicher Verschmutzung oder Infektion. Aus Metall gefertigte Umhüllungen verhindern die Anwendung des Verfahrens wegen deren Abschirmwirkung füi elektromagnetische Wellen.

Da beim erfindungsgemäßen Verfahren, im Gegen satz zu den meisten der bisher üblichen Methoden, die Umhüllungen oder Behälter nicht gänzlich durch da! Lebensmittel ausgefüllt werden müssen, sondern auri mit Gas, wie z. B. mit Luft oder Stickstoff, gefüllt« Raiimteile enthalten können, ergeben sich Anwen dungsmöglichkeiten für die Haltbarmachung vor Lebensmitteln, deren Qualität durch derartige Gasein

flüsse verbessert wird, oder die ohne solche Gaseinschlüsse nicht ohne weiteres herstellbar wären.

Das Lebensmittel muß in seinem Inneren überall einen möglichst gleichen Wert der relativen Dielektrizitätskonstante ε und des Verlustfaktors tangens δ aufweisen, um eine gleichmäßige Erwärmung durch sein ganzes Volumen sicherzustellen.

Die HF-Elektroden reichen zweckmäßig nach unten so weit, wie das Lebensmittel im Behälter nach abwärts reicht.

Vorteilhaft sind die HF-Elektroden vertikal angeordnet und zweckmäßig zueinander parallel ausgerichtet und eben ausgebildet. Die durch den Behälter vorgegebene Form des Lebensmittels kann es aber auch notwendig machen, eine von der ebenen Form abweichende Gestaltung zu wählen.

Die HF-Elektroden können neben der Anordnung in der Flüssigkeit selbst auch an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters angebracht sein, der in diesem Falle aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material gefertigt sein muß.

Die Behandlung mit Wechselfeldern der verschiedenen Frequenzbereiche kann wahlweise gleichzeitig oder auch nacheinander geschehen. Die UHF-Wechselfelder werden vorzugsweise mittels oberhalb der Behälter angeordneter Parabolstrahler gebündelt eingestrahlt. Die bevorzugten Frequenzen sind im HF-Bereich 27,12 und 13,56 MHz und im UHF-Bereich 915 und 2450 MHz, wobei alle diese Frequenzen für industrielle Zwecke freigegeben sind. Im HF-Bereich wird vorzugsweise mit Feldstärken im Bereich von etwwa 50 bis etwa 400 V/cm und insbesondere etwa 200 V/cm gearbeitet.

Als bevorzugte Flüssigkeit wird reines Wasser verwendet. In allen Anwendungsfällen sollte aber die Flüssigkeit einen möglichst niedrigen Verlustfaktor tangens <5 besitzen, damit Energieverluste der elektromagnetischen Wechselfelder in der Flüssigkeit unter Erwärmung derselben möglichst weitgehend vermieden werden. Die Flüssigkeit sollte ferner eine relative Dielektrizitätskonstante besitzen, die derjenigen des Lebensmittels möglichst nahe kommt. Letzeres dient der Vermeidung von Potentialdifferenzen.

Um zu möglichst gleichmäßigen Behandlungsergebnissen zu kommen, wird die Temperatur der Flüssigkeit konstant gehalten und zwar vorteilhaft etwa auf der Mitte zwischen Anfangs- und Endtemperatur des Produkts.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert:

Es zeigen:

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Haltbarmachung von wasser- and/oder eiweißhaltigen Lebensmitteln;

Fig.2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Haltbarmachung von joghurt in verschlossenen Behältern;

Fig.3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. I;

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie III-III von F i g. 2.

Gemäß Fig. 1 befindet sich ein Lebensmittelprodukt (nachfolgend kurz »Produkt« genannt) 10 in einem Behälter 11 aus einem for elektromagnetische Wellen durchlässigen Material.

AJs Material für den Behälter and gegebenenfalls für dessen Deckel werden Kunststoffe bevorzugt

Afc Produkt 10 kommen solche Lebensmittel in Frage, deren Haltbarkeit durch Erwärmung erhöht werden kann.

In dem Behälter U befindet sich über dem Produkt 10 ein abgeschlossener Raum 13, der mit einem Gas, wie z. B. Luft, gefüllt ist. Um das Produkt 10 haltbar zu machen, müssen auch das im Raum 13 befindliche Gas und andere darin befindliche Bestandteile behandelt werden. Anwendungsfälle hierfür sind z. B. Joghurt in Bechern, Saft in Flaschen, andere Lebensmittel in Dosen, Schalen, Beutel, etc.

ίο Der Behälter 11 mit dem Produkt 10 und dem gasgefüllten Raum 13 wird zur Behandlung in eine Flüssigkeit 16 eingetaucht, damit bei der noch zu beschreibenden Behandlung mit HF-Wellen Entladungen vermieden werden. Der tan ό-Wert der Flüssigkeit 16 soll möglichst gering sein, um die Absorptionsfähigkeit derselben für elektromagnetische Wellen möglichst gering zu halten und auf diese Weise Verluste an elektrischer Energie zu vermeiden, die bei Erwärmung des Wassers durch elektromagnetische Wechselfelder auftreten würden.

Weiterhin sollte die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit 16 ähnlich der des Produktes 10 sein, so daß sich bei wasserhaltigen Produkten mit einer relativen Dielektrizitätskonstante in der Nähe von 80 Wasser als Flüssigkeit anbietet. Da Wasser, insbesondere entmineralisiertes bzw. destilliertes Wasser, einen niedrigen tan ό-Wert hat. wird die Verwendung von Wasser als Flüssigkeit bevorzugt. Der Behälter 11 wird durch Haltevorrichtungen 14 in der Flüssigkeit 16 so fixiert.

daß der Flüssigkeitsspiegel etwa auf der Höhe der

Oberseite des Produkts 10 liegt. Der Flüssigkeitsspiegel

darf jedenfalls nicht über die Oberseite des Produktes zu liegen kommen.

Zwei Elektroden 18 und 20 für das H F-Wechselfeld (im folgenden kurz HF-Elektroden genannt), die über Anschlüsse 22 und 24 mit einem Hochfrequenz-Generator 26 mit vorzugsweise einer Frequenz von 27,12 MHz (einer in der Bundesrepublick Deutschland für industrielle Zwecke zugelassenen Frequenz) verbunden sind,

sind in die Flüssigkeit 16 des Beckens 12 eingetaucht. Sie sind an zwei gegenüberliegenden Seiten des Behälters 11 angeordnet und reichen in vertikaler Richtung mindestens so tief hinab wie die eingetauchten Behälter. Nach oben hin sind die Abmessungen der Elektroden 18

und 20 weniger kritisch. Nach einer bevorzugten Anordnung befinden sich die Oberkanten der H F-Elektroden 18 und 20 auch unter dem Flüssigkeitsspiegel.

Die oberen Enden der HF-Elektroden 18 und 20 hegen vorzugsweise tiefer als der unterste Teil des in

dem Behälter 11 eingeschlossenen Gases bzw. der über dem Wasser befindlichen Atmosphäre. Da es zwischen dieser Ebene und dem Boden des Beckens 12 keine nennenswerten Potentialdifferenzen gibt, weil die Flüssigkeit 16 die Zwischenräume zwischen den

einzelnen Behältern sowie zwischen den Behältern und den Wänden des Beckens Ϊ2 ausfüllt und ihre Dielektrizitätskonstante nur unwesenrach von denen der mit diesem Verfahren zu behandelnden Produkte Iff differiert, ist keine Gefahr von Durchschlägen äufgruncf

des HF-Wechselfeldes vorhanden. Die Flüssigkeit 16 und die in einzelne Einheiten aufgeteilten Produkte fD' stellen zwar eine Mischung unterschiedlicher Stoflbestandteile dar; bezüglich der dielektrischen EigenScfiaf- J ten kann dieses Gemisch jedoch in der PoOaS."*

^ωε?^{η§1ιβΓΐ} ak einheiffiches Medium betrachtet werfet»

Mit dieser Anordnung wird also das in dem BehaUSF

IiIlbefindliche Produkt 10 mit Ausnahme seines Sbef«Be= 'JJ

HF-Elektroden 18 and 20 bzw. den iä

646,*

hinausragenden Teils und damit des an den Gasraum angrenzenden Teils des Produkts gleichmäßig aufgewärmt, wenn die beiden Elektroden 18 und 20 mit der HF-Energie gespeist werden. Außerdem absorbiert auch die Flüssigkeit 16 Energie aus diesem elektromagnetischen HF-Wechselfeld und erwärmt sich dadurch etwas, was für eine gleichmäßige Erwärmung der Außenseite des Behälters 11 ausgenutzt wird.

Die obersten Schichten des im Behälter 11 eingeschlossenen Produkts 10 müssen ebenfalls auf die gleiche vorherbestimmte Temperatur wie die tiefer liegenden Teile gebracht werden, wobei der Temperaturanstieg dieser beiden Zonen möglichst gleichmäßig verlaufen soll. Dabei sollten auch im Gasraum 13 schwebende oder an den Innenwänden des Oberteils des Behälters haftende Teilchen des Produkts 10, sowie in diesem Raum oder an der Produktoberfläche befindliche Mikroorganismen oder Keime auf die vorgesehene Temperatur gebracht werden.

Dies wird dadurch erreicht, daß zusätzlich zu den erwähnten, die horizontale Einstrahlung bewirkenden HF-Elektroden 18 und 19, über der Oberfläche der Flüssigkeit und über dem Behälter 11 ein Parabolstrahler 28 angeordnet ist, welcher den Behälter 11 von oben her einer Bestrahlung mit einem elektromagnetischen UHF-Wechselfeld aussetzt. Bedarfsweise können auch mehrere, neben- oder hintereinander angeordnete derartige Parabolstrahler vorgesehen werden. Selbst bei der relativ hohen, in der Bundesrepublik Deutschlang für industrielle Zwecke im UHF-Bereich zugelassenen Frequenz von 2,450 MHz besitzt dieses Feld noch eine ausreichende Eindringtiefe, um den vom horizontal eingestrahlten H F-Wechselfeld nur unzureichend erwärmten obersten Teil des Behälters 11 und insbesondere die im Gasraum 13 enthaltenen flüssigen und festen Materialteilchen auf die gewünschte Temperatur zu bringen.

Im Bedarfsfall kann auch eine UHF-Behandlung mit anderen zugelassenen Frequenzen im UHF-Bereich z.B. mit 915 MHz, oder mit 433 MHz, durchgeführt werden.

Die Einstrahlung mit dem UHF-Wechselfeld erfaßt also außer den obersten Lagen des Produktes 10 auch den Gasraum 13, der in dem Behälter 11 eingeschlossen ist, sowie in diesen vorhandene Produktpartikeln oder Mikroorganismen.

Da die vorzugsweise gebündelt eingestrahlten Wellen des UHF-Wechselfeldes bei der benötigten Feldstärke in Luft keine Entladung verursachen, ist in diesem Bereich keine Beschädigung des Behälters 11 bzw. des Produkts 10 zu befürchten.

Die Gase, wie z. B. Luft oder Stickkstoff, die sich in dem vom UHF-Wechselfeld getroffenen Gasraum befinden, werden nicht durch Strahlung erwärmt; infolge der Berührung mit dem Produkt 10 und mit von ihm aufsteigendem Dampf ergibt sich jedoch eine Wärmeübertragung, die ebenfalls zu einer Temperaturerhöhung des Gases führt.

Zur Erzielung reprozierbarer Ergebnisse muß die Flüssigkeitstemperatur konstant gehalten werden. Da bei einer Verschmutzung der Flüssigkeit 16 ihre Absorpäonsfähigkeit für das horizontale HF-Wechselfeld zunimmt und damit eine unkontrollierbare Erwärmung zur Folge hat, muß die Flüssigkeit ständig gereinigt werden, um deren tan β-Wert niedrig zu halten.

Es läßt sich erkennen, daß der nach unten hin abnehmenden Wirksamkeit der Erwärmung aufgrand der begrenzten Eindringtiefe des vertikalen UHF-Wechselfeldes eine in der gleichen Richtung hin zunehmende Wirksamkeit der Erwärmung infolge des H F-Wechselfeldes entspricht. Auf solche Weise ergänzen sich die beiden miteinander kombinierten Wechselfelder in der kritischen Zone nahe der Oberfläche des Produkts, indem sich ihre Wirkungen überlagern.

Im folgenden soll als Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens die nach bisherigen ίο Methoden nicht mögliche Haltbarmachung von Joghurt in versiegelten, luftgefüllte Raumteile enthaltenden Kunststoffbehältern erläutert werden, wie es in den F i g. 2 bis 4 dargestellt ist.

Joghurt wird traditionell so hergestellt, daß mit Lactobakterium bulgaricus oder mit Lactobaktcrium jogurti und mit Streptococcus lactis infizierte, sonst aber möglicht keimarme Milch bei etwa 40 bis 50⁰C in Kunststoffbehälter abgefüllt wird. Da dieses Abfüllen sehr schnell vor sich gehen muß, können die Behälter nur bis etwa 90% ihres Raumgehaltes gefüllt werden.

Die Gefäße werden sofort versiegelt: so entsteht in jedem ein luftgefüllter »Gasraum«, der außer Spritzern von geimpfter Milch auch saprophytäre Keime enthält.

Die so eingeschlossene Milch wird während der nun folgenden Bebrütung von den eingeimpften Bakterien in Joghurt umgesetzt.

Da die übliche metallische Abdeckfolie das Produkt gegen die Wellen abschirmen würde, werden im vorliegenden Verfahren nichtmetallische Abdeckfolien verwendet.

In den aus der Brutkammer kommenden, mit Joghurt 32 gefüllten Bechern 30 herrscht ein innerer Überdruck. Die Becher werden von zwei synchron übereinander laufenden Transportbändern 34 und 38 aus Material mit niedrigem tan «5-Wert geführt. Das Transportband 34 wird von Rollen oder Gleitflächen 36 gestützt, während das Transportband 38 von Rollen oder Gleitflächen 40 gestützt wird. Die beiden Transportbänder sind so gesteuert, daß sie mit den Bechern 30 in Eingriff kommen und einen nicht unerheblichen in vertikaler Richtung wirkenden Druck auf dieselben ausüben. Dieser Druck hält die Becher in ihrer Lage zwischen den Transportbändern fest und bestimmt so ihren Weg durch das Wasserbad, das weiter unten beschrieben ist Die Transportbänder 34 und 38 führen die Becher 30 in eine Faradaysche Behandlungskammer, welche verhindern soll, daß die Wechselfelder nach außen dringen. In dieser Kammer durchqueren sie ein Becken 12 mit einer geeigneten Flüssigkeit 16, vorzugsweise reinem Wasser, welches von der Seite her mit HF-Wechselfeldern bestrahlt wird. Die räumliche Anordnung der seitlichen HF-Elektroden 18 und 20, sowie des über der Flüssigkeitsoberfläche angeordneten UHF-Strahlers 28 entspricht der in F i g. 1 dargestellten. Die eingestrahlten elektromagnetischen Wellen wirken auch auf die Flüssigkeit 16. Um den dadurch bedingten Energieverbrauch gering zu halten, wird reines, möglichst chemisch reines, Wasser verwendet, dessen Menge durch entsprechende Gestaltung des Beckens 12 gering gehalten werden kann. Übrigens wird die Flüssigkeit 16 fast ausschließlich durch das relativ wenig Aufwand für seine Erzeugung erfordernde, weil niederfrequente, HF-Wechselfeld aufgeheizt.

Während der Zeitdauer, innerhalb welcher die Becher 30 mit den Wechselfeidem behandelt werden, steigt die Temperatur des Joghurt 32 auf den gewünschten Wert, der vorzugsweise zwischen etwa 60° C und etwa 75°C liegen solL Der Durchgang durch das in der Faraday-

«09553/294

sehen Kammer angeordnete Flüssigkensbecken 12 — und damit die Behandlung des Joghurt — nimmt in der Regel zwischen 30 und 150 Sekunden in Anspruch.

Damit die mit den Behälterwänden in Kontakt stehenden Teile des Joghurt 32 nicht durch die Flüssigkeit gekühlt werden, wird die Flüssigkeit 16 zweckmäßig auf einer Temperatur von etwa 45⁰C gehalten.

Die Becher 30 sollten keine stark nach innen gewölbten Böden haben, in denen sich Lufteinschlüsse bilden können, denn diese wären geeignet, im HF-Wechsclfeld Entladungen hervorzurufen.

Nach abgeschlossener Behandlung werden die Becher freigegeben, indem die beiden Förderbänder 34 und 38 sich voneinander entfernen.

Als Ergebnis der beschriebenen Behandlung wurde in langen Versuchsreihen festgestellt, daß der Joghurt von von nachweislich vorhanden gewesenen Infektionen mit Schimmelpilzen und deren Sporen, mit Hefezellcn und mit Escherichia coli befreit wurde, ohne daß dabei seine Eiweißstruktur, sein Aussehen, Geschmack oder Aroma beeinträchtigt worden wären. Die weiter oben erwähnten eingeimpften säurebildenden Bakterienstämme blieben jedoch weiterhin nachweisbar.

Ferner wurde ohne die geringste Gefahr einer auch nur örtlichen Überhitzung des thermisch hochempfindlichen Gutes das bisher unabwendbare Abgleiten des pH-Wertes vermieden oder zumindest stark verzögert, und dies bei gleichzeitiger erheblicher Schädigung der beim Abfüllen in den Gasraum eingedrungenen saprophytären Keime.

Aus dem soeben Gesagten folgen weitere Vorteile:

Der wie oben vorstehend behandelte Joghurt wird vorübergehende Temperaturerhöhungen — etwa auf dem Transport — weit besser vertragen; der konstante pH-Wert, der lange im Bereich zwischen 4,2 und 4,6 gehalten werden kann, ermöglicht es sogar, die bei der Behandlung gelegentlich austretende Molke zu readsorbieren. Letzterer Vorgang dauert erfahrungsgemäß bei Zimmertemperatur etwa 2 bis 3 Stunden.

Das vorzugsweise chemisch reine (entmineralisierte) Wasser des Durchlaufbeckens nimmt sehr viel weniger Energie auf als der unter Behandlung stehende Joghurt. In der Energieaufnahme sind Relationen von 1 :20 (Wassenjoghurt) erreicht worden.

Aufwandwäßig ergab sich, daß die insgesamt zugeführte Energie sich zu 15% auf UH F-Wellen und zu 85% auf HF-Wellen verteilt.

Andere Molkereinprodukte, wie B. Sauerrahm, Kefir. Dickmilch und Sauermilch verhielten sich während und nach der Behandlung, wenn nicht gleich, so doch sehr ähnlich wie Joghurt.

In einer weiteren Versuchsreihe wurde ein Produkt anderer Art und ßeschaffenheit, nämlich Bier, und auch eine vom bisher Dargelegten abweichende Versuchsanordnung gewählt Um das Anwendungsgebiet breiter abzustecken, wurde Bier sowohl in Glas- als auch in Kunststoff-Flaschen behandelt Im folgenden wird nur der Versuch mit Glasflaschen beschrieben, weil die Ergebnisse praktisch einander glichen.

Wie dies schon bei den Versuchen mit Molkereiproduktenzu Konlrollzwecken geschah, so wurde auch hier das ProduktJmit denjenigen Mikroorganismen infiziert die bei <Ier industriellen Herstellung die meisten Lfagelegenheiten bereiten. Im Falle von Bier fiel die Watt! natürlich auf Kalturhefen, Milchsäure-Bakterien und aaf Sarcinen<l?edikokken).

Die mit sterilem, hellem Bier gefüllten 031 Glasfla-

sehen wurden entweder mit je 24.000 bis 120.000 Milchsäurebakterien, oder mit 6.000 bis 30.000 Hefezellen, oder mit 4.000 bis 20.000 Sarcinen beimpft und mit Kunststoff-Kronkorken verschlossen. Die zugeführten Keimzahlen stellen ein Vielfaches der in der Praxis gewöhnlichen infizierenden Menge dar.

Die so präparierten Bierflaschen wurden nicht einzeln, sondern auf fünf Reihen zu je vier Flaschen fassenden Kunststoff-Steigen, also in Gruppen von 20

ίο Flaschen, behandelt. Diese den Bedürfnissen der Industrie nahe kommende Anordnung zwang zu einigen Änderungen der oben beschriebenen Apparatur in der weiter unten angegebenen Weise; sie diente gleichzeitig zur Prüfung der Flexibilität des Verfahrens.

Die großen und schweren Einheiten zwangen dazu, die weiter oben beschriebenen Transportbänder 34 und 38 durch eine mit Mitnehmern versehene, aus Kunststoff gefertigte Gliederkette zu ersetzen.

Das obere Transportband wurde durch einen Niederhaltebügel ersetzt und das große Volumen der neuen »Einheiten« zwang dazu, die im Becken befindliche Flüssigkeit ähnlich schnell strömen zu lassen, wie sich das Produkt durch die Behandlungskammer hindurch bewegte. Dies war notwendig, um eine»Bugwelle« und damit eine unbeabsichtigte und lokale Ablenkung der Wirkung des ersten elektromagnetischen Wechselfeldes nach oben hin zu vermeiden.

Ferner machte diese Anordnung eine größere Eindringtiefe der elektromagnetischen Wechselfelder

erforderlich. Dies wurde dadurch erreicht, daß die Frequenz der Felder gemäß der weiter oben gemachten Ausführungen verringert wurde.

Da es nunmehr vier Flaschen zu durchdringen galt, wurde für das horizontale H F-Wechselfeld eine Frequenz von 13,560 MHz gewählt. In Anbetracht der oben sich verengenden Flaschenkörper, die bei jeder kleinen Über- und Unterfüllung zu erheblichen Höhenunterschieder des eingefüllten Biers führte, wurde für das vertikale U H F-Wechselfeld eine Frequenz von 915

MHz gewählt.

Die behandelten Proben wurden — zusammen mit den unbehandelten Kontrollen — während 6 Wochen in Thermostaten bei 3O⁰C aufbewahrt. Während die Kontrollen sich ausnahmslos schon nach 14 Tagen stark

trübten und dadurch Keimwachstum anzeigten, waren

die behandelten Proben auch nach 6 Wochen noch blank. Die mikroskopische Untersuchung ergab bei

allen behandelten Proben Keimfreiheit

Da das Ziel in diesem Falle Sterilität war und da auf die Wärmebeständigkeit der Umhüllung keine Rücksicht genommen werden mußte, wurden höhere Endtemperaturen als bei den Molkereiprodukten eingestellt. Diese blieben aber immer noch erheblich unter 100⁰C.

Als weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sei schließlich die haltbannachende Behandlung von Brühwürstchen, oft auch »Wiener Würstchen« genannt, angeführt Die in üblicher Weise hergestellten Würstchen

wurden noch vor dem Brühen zu sechs Stück in sogenannte »kochfeste« Kunststoffbeutel eingebracht, und den Würstchen wurde noch so viel etwa 0,5 prozentige wässerige Kochsalzlösung beigegeben, da» sie bei senkrechter Anordnung von der Lake bedecJet

⁶S waren.

Bei der Versiegelung der Beutel wurde darfuff geachtet, daß eine Luftblase mit eingeschlossen winde. Diese dieme dazu, innere Überdrückerdie während*!«·

thermischen Behandlung oder auch durch mechanische Einwirkungen auf das bereits behandelte Produkt entstehen können, elastisch auszugleichen.

Dem innerhalb der Beutel befindlichen Wasser wurde darum Kochsalz beigegeben, weil bei reinem Wasser die Gefahr des Auslaugens der Würstchen bestanden hätte. Außerdem nivelliert es die dielektrischen Unterschiede zwischen dem reinen Beckenwasser und den etwa 0,8% Kochsalz enthaltenden Würstchen. Daß es etwas mehr Energie aufnimmt, als reines Wasser, erscheint nach dem oben Gesagten und in Anbetracht der relativ geringen in Frage stehenden Menge unerheblich.

Innerhalb der Beutel können im Wirkungsbereich der HF-Einstrahlung keine Potentialdifferenzen und somit auch keine Endtladungen auftreten, denn die Lake verhindert die Bildung von Luftblasen in diesem Bereich.

Bei senkrechter Stellung der Würstchen — und in dieser Position befinden sie sich während der Behandlung — wird die mit eingeschlossene Luftblase sich über den von Lake bedeckten oberen Enden der Würstchen befinden. Auf diese Weise kommt die Luftblase in den Wirkungsbereich der von oben her eingestrahlten UHF-Wellen, deren Wirkung auf derartige, gasgefüllte, Räume weiter oben beschrieben wurde.

Die je sechs Würstchen enthaltenden Beutel werden wiederum zu je sechs zu Beutelpaketen mit je 36 Würstchen zusammengefaßt. Diese Zusammenfassung kann vorteilhaft mit nicht zu stramm sitzenden

Gummiringen bewerkstelligt werden. Fünfzehn solchei Beutelpakete kommen, in fünf Reihen zu drei Beutelpa keten, in eine Kunststoffsteige, die so beschaffen ist, daf; sie die »aufrechte« Stellung der in den Beutelr befindlichen Würstchen gewährleistet. Eine solch? Steige enthält 540 Stück bzw. 270 Paar Würstchen.

Die Steigen werden von Kunststoffpaketen mi Mitnehmern durch den Faradayschen Kasten und da: entmincralisierte Wasser enthaltende Becken sowie durch die beiden elektromagnetischen Wechselfeldei geführt.

Als H F-Wechselfeld wurde eines mit einer Frequen; von 27,120 MHz gewählt, während für das UHF-Wech selfeld die Frequenz von 915 MHz genommen werder mußte, denn bei der oben beschriebenen Anordnung de: Gutes konnte ein genaues Niveau der Laken-Oberflä ehe nicht garantiert werden. Eine größere Eindringtief( schien geboten.

Bis auf die Abmessungen der HF-Elektroden und dei Parabolstrahler für UHF-Wellen blieben die Vorrich tungen im wesentlichen die Gleichen wie bei dei Behandlung von Bier verwendeten.

Auch bei diesem Produkt blieb die Endtemperatu trotz des geforderten hohen Pasteurisierungsgrade: erheblich unter der 100°C-Grenze.

Als Ergebnis der Behandlung konnte eine Haltbar keitsdauer von etwa einem Jahr, bei einer Lagerungs temperatur von etwa 6 bis 9° C, verzeichnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Konservierung von wasser- und/oder eiweißhaltigen homogenen Lebensmitteln, S die in für elektromagnetische Wechselfelder durchlässige geschlossene Behälter abgefüllt sind, mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes, wobei sich die Behälter in einer Flüssigkeit mit angepaßter Dielektrizitätskonstante befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden geschlossenen Behälter bis zur Höhe der Produktober-■ seite in eine Flüssigkeit mit einem niedrigen Verlustfaktor tan ό und vorgegebener Temperatur eingebracht werden, worauf das Produkt von den 'S gegenüberliegenden Seiten durch die Flüssigkeit hindurch einem HF-Feld ausgesetzt wird, und daß die Behälter von oben her von einem UHF-FeId bestrahlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit entmineralisiertes bzw. destilliertes Wasser, welches ständig gereinigt wird, verwendet wird.