DE3422683A1

DE3422683A1 - Verfahren zur sterilisierung von packstoffen fuer die aseptische abfuellung von fruchtsaft und wein

Info

Publication number: DE3422683A1
Application number: DE19843422683
Authority: DE
Inventors: Hong-An Dr. 7024 Filderstadt Duong; Erwin W. Dr. 7000 Stuttgart Wartenberg
Original assignee: TETRA PAK RESEARCH GmbH; Tetra Pak Research GmbH
Current assignee: TETRA PAK RESEARCH GmbH; Tetra Pak Research GmbH
Priority date: 1984-06-19
Filing date: 1984-06-19
Publication date: 1985-12-19
Also published as: CA1239768A; EP0165573B1; ES8608892A1; AR240783A2; JPH0548111B2; AU575955B2; EP0165573A2; JPS6181773A; AU4370085A; ATE38809T1; EP0165573A3; AR240783A1; DE3422683C2; ES544310A0

Description

A 46 141 m Anmelder: Tetra Pak Research GmbH m - 176 Waldburgstraße 79

7. Juni 1984 7000 Stuttgart 80

Beschreibung

Verfahren zur Sterilisierung von Packstoffen für die aseptische Abfüllung von Fruchtsaft und Wein

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sterilisierung von Packstoffen für die aseptische Abfüllung von Fruchtsaft und Wein unter Verwendung schwefliger Säure.

Da Bakteriensporen in Fruchtsäften und Weinen aufgrund ungeeigneter Wachstumsbedingungen nicht zur Entwicklung kommen/ ist für die aseptische Abfüllung von Wein ein Einsatz des bei anderen Getränken, z.B. Milch, üblichen Wasserstoffperoxids zur Sterilisation des Verpackungsmaterials - Flaschen, Beutel und Gefäße aus Kunststoff oder kunststoffbeschichtetem Papier - nicht erforderlich. Als Ersatz käme an sich schweflige Säure infrage, die auch bisher schon, z.B. bei der Weinvergärung und Weinabfüllung, gegen Pilzwachstum verwendet wurde. Jedoch ist die Abtötungswirkung schwefliger Säure gegen Bakterien zu gering, um eine Keimfreiheit in produktionstechnisch erwünschten, kurzen Zeiten von einigen Sekunden zu erreichen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Sterilisierung von Packstoffen für die aseptische Abfüllung von Fruchtsaft und Wein unter Verwendung schwefliger Säure anzugeben, welche in kurzer Zeit eine befriedigende Keimabtötung bewirkt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man den Packstoff mit wässrigen Lösungen aus schwefliger Säure und Alkoholen behandelt.

Es wurde in überraschender Weise gefunden, daß eine solche Mischung synergistisch wirkt und für die in Rede stehende Getränkeverpackung und -abfüllung eine mikrobizide Wirkung hat, die diejenige von schwefliger Säure ohne Alkoholzusatz erheblich übertrifft.

Die nachstehende Beschreibung dient im Zusammenhang mit zwei Tabellen und mehreren Figuren der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Die Figuren 1 bis 16 zeigen die Abtotungswirkung (Reduzierung der Keimzahl in Abhängigkeit von der Zeit) von schwefliger Säure und Alkohol jeweils allein sowie von Mischungen aus schwefliger Säure und Alkoholen im Einsatz gegen verschiedene Hefen, Pilze und Bakterien.

Im Verlaufe der im Zusammenhang mit der Erfindung unternommenen Untersuchung der mikrobiziden Wirkung von schwefliger Säure allein und von schwefliger Säure in Verbindung mit Alkohol wurden folgende Mikroorganismen eingesetzt:

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Hefen (Saccharomyces cerevisiae) Schimmelpilze (Aspergillus niger und Mucor)

Essigbakterien (Acetobacter aceti und Gluconobacter)

Milchsäurebakterien (Leuconostoc dextranicum).

Als Testsubstanzen dienten wässrige Mischungen (Lösungen) von Natriumdisulfit (Na₃S₂O₅) und Ethanol, wobei Ethanol in einer Konzentration zwischen 96 und 100% vorlag. Da schweflige Säure in stark saurem Bereich ihre stärkste keimtötende Wirkung entfaltet, wurde das verwendete Natriumdisulfit nach Lösung in Wasser mit Zitronensäure auf einen pH-Wert von 3,0 angesäuert. Die so angesäuerte, alkoholhaltige Na₂S₂O₅-Mischlösung enthält neben Alkohol schweflige Säure in verschiedenen Dissoziationsstufen, wobei die schweflige Säure das wirksame antiseptische Mittel ist.

Die keimabtötende Wirkung wurde in Abhängigkeit von der Konzentration bei verschiedenen Temperaturen untersucht.

Fig. .1 zeigt die Abtötungszeitkurven von Saccharomyces cerevisiae bei 22⁰C und bei verschiedenen H₉SO,-Konzentrationen (Einwaage als Na₇S-O₅). Die Ab— tötung ist bei einer Konzentration von 40.000 ppm am schnellsten. Hier wird ein D-Wert von D₃₃ = 2 Sekunden erreicht. (Der D-Wert gibt diejenige Zeit an, nach welcher bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Keimzahl um eine Zehnerpotenz abgesunken ist.)

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Die Abhängigkeit der Abtötung der Hefe S. cerevisiae von der Temperatur ist in Fig. 2 dargestellt. Bei einer einheitlichen Konzentration an Na-S₃O₅ von 10.000 ppm ergibt sich die stärkste Abtötung bei 50⁰C. Die dezimale Reduktionszeit beträgt hier ebenfalls ca. 2 Sekunden (D₅₀ = 2 Sekunden).

Die keimabtötende Wirkung der schwefligen Säure wird durch Zugabe von Alkohol (Ethanol) sprunghaft verstärkt, wie die Fig. 3 zeigt. Mit schwefliger Säure allein (10.000 ppm, 22⁰C) ergibt sich bei der Abtötung von S. cerevisiae ein D-Wert von D₃₂ = 37 Sekunden. Durch Zugabe von Ethanol (15 Gew.%) lässt sich die Abtötung erheblich beschleunigen. Der D --Wert beträgt jetzt nur noch etwa 2 Sekunden. Wie ebenfalls aus Fig. 3 hervorgeht - vgl. die obere Kurve -, zeigt Ethanol allein praktisch keine keimtötende Wirkung. Somit lässt sich der synergistische Effekt der verwendeten Mischung aus schwefliger Säure und Alkohol aus Fig. 3 deutlich ablesen.

Im Vergleich mit Fig. 1 und 2 ergibt sich, daß bei Ausnutzung der gefundenen synergistischen Wirkung eine Erhöhung der Konzentration der schwefligen Säure auf 40.000 ppm (Fig. 1)bzw. der Temperatur auf 50⁰C (Fig. 2) nicht mehr notwendig ist.

Im Vergleich mit Hefen.lassen sich die Konidien des Schimmelpilzes Aspergillus niger von schwefliger Säure leichter abtöten. Die H₂SO_-Konzentration und die

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Temperatur üben auf die Abtötung nur einen geringen Einfluß aus (Fig. 4). Bereits bei einer Konzentration von 10.000 ppm ergibt sich bei Zimmertemperatur ein D-Wert von D₃₂ = 2,45 Sek.

Die synergistische Wirkung, die sich durch Kombination von H₂SO₃ mit Alkohol (Ethanol) ergibt, ist mit D₃₃ = 1,8 Sek. nur schwach ausgeprägt XFig. 5).

Der Schimmelpilz Mucor ist gegen H₂SO₃ noch resistenter als Aspergillus niger. Die Abtötungszeitkurven von Mucor bei unterschiedlichen H₂S0₃-Konzentrationen und bei verschiedenen Temperaturen sind in Fig. 6 bzw. 7 dargestellt. Ein D-Wert im Bereich von einigen Sekunden wird bei 30.000 ppm (22⁰C) bzw. bei 10.000 ppm (6O⁰C) erreicht.

Die synergistische Wirkung des H₂S0₃-Alkohol-Gemisches kommt auch bei Mucor deutlich zum Ausdruck (Fig. 8 und 9). Sowohl bei Zimmertemperatur (22⁰C) als auch bei 50⁰C lässt sich mit dem Alkoholzusatz eine Verbesserung der Abtötungswirkung von schwefliger Säure erzielen.

Essigsäurebakterien weisen eine ziemlich hohe Resistenz gegen schweflige Säure auf. Wie aus Fig. 10 und 11 ersichtlich ist, lässt sich das Essigsäurebakterium Gluconobacter nur langsam abtöten. Sowohl eine hohe Konzentration von H₃SO₃ als auch eine Temperaturerhöhung vermögen die keimabtötende Wirkung nicht

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wesentlich zu verbessern. Eine technisch verwertbare rasche Keimabtötung mit entsprechenden D-Werten im Bereich weniger Sekunden, vorzugsweise unter 3 Sekunden, wird sogar bei der hohen Konzentration von 100.000 ppm bei Zimmertemperatur nicht erreicht. Der D₃₃~Wert beträgt hiemmmer noch 15 Sek.

Die Zugabe von Ethanol zu schwefliger Säure erweist sich bei Gluconobacter als ein entscheidender Faktor zur Verstärkung der mikrobiziden Wirkung. Eine Kombination von 30.000 ppm Na₃S₃O₅ und Alkohol (30 Gew.% Ethanol) wirkt bei Zimmertemperatur synergistisch und ermöglicht dadurch eine schnelle Abtötung mit D₃₃ = ca. 1,6 Sek. (Fig. 12).

Wird die Abtötungstemperatur auf 50⁰C erhöht, so lässt sich ein vergleichbarer D-Wert (D__Q =1,5 sek.) auch bei niederer Konzentration an schwefliger Säure '. (20.000 ppm) und geringerem Alkoholgehalt (15 Gew.%) erreichen (Fig. 13).

Ebenso wie Gluconobacter zeigt auch Acetobacter aceti hohe Resistenz gegen schweflige Säure. Eine schnelle Abtötung mit einem D_5Q-Wert von 1,7 Sek. ist jedoch auch hier bei diesem Essigsäurebakterium aufgrund der synergistischen Wirkung der Mlschlösung schweflige Säure/Alkohol (20.000 ppm/15 Gew.%) erreichbar (Fig. 14)

Die Abhängigkeit der AbtÖtungszeit des Milchsäurebakteriums Leuconostoc dextranicum von der Temperatur ist

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in Fig. 15 dargestellt. Die stärkste Abtötung erreicht man bei 6o C mit einer Konzentratii Der D_6o-Wert beträgt hier 1,45 Sek.

man bei 6o° C mit einer Konzentration von I0.000 ppm.

Auch bei L. dextranicum ist eine synergistische Wirkung des erfindungsgemäß eingesetzten Gemisches schweflige Säure/Alkohol deutlich feststellbar. Aus Fig. 16 geht hervor, daß die keimabtötende Wirkung der schwefligen Säure (2o.ooo ppm Na₃S₂O₅ bei pH 3,o) durch Zugabe von Ethanol (15 Gew.%) erheblich verstärkt wird. Es läßt sich ein D-Wert von D₃₂ =1/5 Sek. erreichen.

Die synergistische Wirkung des KUSC^-Alkohol-Gemisches kommt auch deutlich zum Ausdruck, wenn statt Ethanol andere Alkohole eingesetzt werden. Die Zugabe von 1-Propanol (Fig. 17), 2-Propanol (Fig. 18), 1-Butanol (Fig. 1i), 2-Butanol (Fig. 2o) und η-Amylalkohol (Fig. 21) zu schwefliger Säure trägt deutlich zur Verstärkung der mikrobiziden Wirkung gegen Hefen (Saccharomyces cerevisae) bei. Der Alkohol 1-Propanol beschleunigt ebenfalls in Kombination mit schwefliger Säure die Abtötung von Schimmelpilzen - Mucor - (Fig. 22), Essigsäurebakterien - Gluconobacter - (Fig. 23) und Milchsäurebakterien - L. dextranicum - (Fig. 24).

Zusammenfassend ist festzustellen, daß sich anhand der beschriebenen und dargestellten Versuchsergebnisse eine synergistische Wirkung von schwefliger Säure und Alkohol bei der Abtötung der untersuchten Keime deutlich erkennen läßt. Die Kombination von schwefliger Säure mit Alkohol ermöglicht durch entsprechende Wahl der H₂SO_-Konzentration, des Alkoholgehaltes und der

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Temperatur eine schnelle Abtötung der vorhandenen Keime mit D-Werten zwischen 1 und 2 Sekunden, so daß die vorgeschlagene Mischlösung in vorteilhafter Weise auch großtechnisch, insbesondere bei der Sterilisierung von kunststoffbeschichteten Packstoffen zur Fruchtsaft- und Weinabfüllung oder bei der Sterilisierung von Weinflaschen eingesetzt werden kann.

Als Alkohol wird bevorzugt Ethanol verwendet, obwohl auch andere Alkohole eingesetzt werden können. Die schweflige Säure liegt vorzugsweise in einer Konzentration von 1O.OOO bis I00.000, insbesondere 10.000 bis 50.000 ppm bezogen auf die Mischung vor. Besonders vorteilhafte Alkoholkonzentrationen liegen im Bereich von 1o bis 3o, insbesondere 1o bis 2o Gew.% bezogen auf die Mischung. Durch erfindungsgemäße Behandlung sind Temperaturen zwischen 2o und 80, vorzugsweise 2o und 5o° C geeignet. Die schweflige Säure gewinnt man am besten durch Umsetzung salzartiger Schwefelverbindungen mit Säure. Außer Na₂S-C₅ eignet sich allein oder in Verbindung mit der vorgenannten Substanz auch Na₃SO₃. Als Säure zur Einstellung des pH-Werts verwendet man bevorzugt Zitronensäure.

Der Packstoff kann durch Tauchen, Besprühen oder dergleichen mit der erfindungsgemäßen, synergistisch wirkenden Mischlösung behandelt werden. Dabei ist es auch möglich, diejenige salzartige Schwefelverbindung, z. B. Na₃S₂O₅ t welche die schweflige Säure liefert, separat auf den Packstoff aufzubringen und ihn anschließend durch Zugabe einer angesäuerten, wässrigen Alkohollösung aufzulösen.

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Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen zusammengefaßt.

Abtötung von Weinschädlingen mit Schwefliger Säure in Kombination mit

Ethanol

Na₃S₂O₅ Äthanol Temp. D - Wert

1. Hefe

(Saccharomyces cerevisiae) 10.000 ppm 15% 22 C D₃₂ *= 2 sek.

2. Schimmelpilze
(Aspergillus niger)

3. Essigbakterien
(Gluconobacter)

(Acetobacter aceti)

10.000 ppm 15% 22 C O₀₀ = 1,8 sek.

30.000 ppm 30% 20.000 ppm 15% 20.000 ppm 15%

4. Milchsäurebakterien

(Leuconostoc dextranicum) 20.000 ppm 15%

22⁰C	D₂₂ =	1	,6	sek
50⁰C	^D50 ⁼	1	,5	sek
50⁰C	D_Crt =	1	,7	sek

C D₂₂ = 1,5 sek.

*»
U σ»
ß -»
ö vo -»
H- ro *»

K) CJ) CX) CjO

Abtötung von Weinschädlingen mit schwefliger Säure in Kombination · , ^ mit Alkoholen (Propanol, Butanol, Amylalkohol) bei 22° C c -»°*

τ λ , , ,r t3 VO-»

1-Propanol 2-Propanol 1-Butanol 2-Butanol η-Amylalkohol D₃₃-WeTt io g

1. Hefe I0.000 ppm 1o% 15% 5% 5% 1% ca.· 2 s

(Saccharomyces
cerevisiae)

2. Schiimelpilze I0.000 ppm 15 % - - - ca. 2 s
(Mucor)

3. Essigbakterien I0.000 ppm 15 % - - - - ca. 2 s ^ (Gluconobacter) 1

4. Milchsäurebakterien 2o,ooo ppm 1o % . - ' - -. ca. 2 s

(L. dextranicum)

'fr

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Claims

1. Verfahren zur Sterilisierung von Packstoffen für die aseptische Abfüllung von Fruchtsaft und Wein unter Verwendung schwefliger Säure, dadurch gekennzeichnet, daß man den Packstoff mit wässrigen Lösungen aus schwefliger Säure und Alkoholen behandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkohol Ethanol benutzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkohol Butanol, Propanol und Amylalkohol benutzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schweflige Säure in einer Konzentration von 1O.OOO bis I00.000 ppm bezogen auf die Mischung verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schweflige Säure in einer Konzentration von I0.000 bis 50.000 ppm verwendet wird.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Alkoholkonzentration von 1o bis 3o Gew.% bezogen auf die Mischung verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Alkoholkonzentration von 1o bis 2o Gew.% verwendet.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung bei einer Temperatur zwischen 2o und 8o C vorgenommen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung bei einer Temperatur zwischen 2o und 5o C vorgenommen wird.

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die schweflige Säure durch Umsetzung salzartiger Schwefelverbindungen mit Säure gewinnt.

11. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schwefelverbindung Na₂S₃O₅ und/oder Na₃SO₃ und als Säure Zitronensäure verwendet.