DE3689935T2

DE3689935T2 - Vorrichtung und verfahren zur erhöhung der haltbarkeit von flüssigen nährmitteln.

Info

Publication number: DE3689935T2
Application number: DE3689935T
Authority: DE
Inventors: Joseph Edward Rancho La Costa Ca 92008 Dunn; Jay S. San Diego Ca 92117 Pearlman
Original assignee: Foodco Corp
Current assignee: PurePulse Technologies Inc
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1986-11-26
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2006-11-27
Also published as: EP0340212A4; JP2781558B2; EP0340212A1; WO1988003763A1; AU6771087A; EP0340212B1; FI892535A; JPH02501348A; FI892535A0; NO883258D0; US4695472A; NO883258L; DE3689935D1; AU598509B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und eine Vorrichtung zum Konservieren fluider flüssiger Nährmittel und insbesondere auf solche Verfahren und Vorrichtungen zum Ausdehnen der Haltbarkeit verderblicher flüssiger Nährmittel, wie z. B. Milchprodukte, Fruchtsäfte und Flüssigeiprodukte, die ein Wachstumsmedium für Mikroorganismen sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf konservierte flüssige Nährmittel, die eine ausgedehnte Haltbarkeit haben.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es wurden wesentliche technische Anstrengungen auf die Konservierung verderblicher fluider Lebensmittelprodukte, wie z. B. Milchprodukte, natürliche Fruchtsäfte und Flüssigeiprodukte gerichtet, die normalerweise eine große Vielfalt an Mikroorganismen enthalten und die exzellente Kulturmedien für Mikroorganismen sind.
Praktische Konservierungsverfahren, die eine signifikante kommerzielle Anwendung gefunden haben, verwenden vorwiegend eine Wärmebehandlung, wie z. B. Pasteurisierung, um die Mikroorganismenpopulation zu inaktivieren oder zu verringern. So werden z. B. Milchprodukte herkömmlicherweise bei einer minimalen Temperatur von zumindest 72ºC für 15 Sekunden pasteurisiert (oder einer äquivalenten Zeit/Temperatur-Beziehung), um pathogene Bakterien und die meisten der nichtpathogenen Organismen zu zerstören, wobei Abbauenzymsysteme auch teilweise oder vollständig inaktiviert werden. Dennoch sind auf diese Art und Weise verarbeitete Produkte im allgemeinen immer noch nicht steril und haben eine begrenzte Haltbarkeit selbst bei kühler Temperatur. Die Haltbarkeit flüssiger Nährmittel kann wesentlich ausgedehnt werden durch Behandlungsprozesse bei höherer Temperatur, wie z. B. "Ultra-Hoch- Pasteurisierung" oder "Ultra-Hitze-Behandlung" ("UHT"), wie z. B. eine Behandlung bei Temperaturen von 94ºC für 3 Sekunden bis 150ºC für 1 Sekunde zusammen mit einer aseptischen Verpackung, um eine vollständige Zerstörung aller Bakterien und Sporen zu erzielen. Eine solche Hitzebehandlung beeinträchtigt jedoch typischerweise den Geschmack des Lebensmittelprodukts, denaturiert zumindest teilweise seinen Proteingehalt oder beeinträchtigt anderweitig gewünschte Eigenschaften des fluiden Lebensmittelprodukts. Andere Vorgehens weisen zur Konservierung flüssiger Nährmittel, die auch gewisse Nachteile haben, beinhalten die Verwendung chemischer Additive oder ionisierender Strahlung.
Die bakteriziden Wirkungen elektrischer Ströme wurden auch seit dem Ende des 19. Jahrhunderts untersucht, wobei verschiedene Anstrengungen gemacht wurden, um elektrische Ströme zur Behandlung von Lebensmittelprodukten zu verwenden, wie es z. B. in den US Patenten 1,900,509, 2,428,328. 2,428,329 und 4,457,221 und den deutschen Patenten 1,946,267 und 2,907,887 beschrieben ist. Die letalen Wirkungen niederfrequenten Wechselstroms mit einer geringen elektrischen Feldstärke wurden zum Großteil der Bildung elektrolytischer chemischer Produkte durch das Anlegen des Stroms durch direkte Kontaktelektroden zugeordnet, sowie einer ohmschen Erwärmung, die durch einen Stromfluß durch ein elektrisch resistives Medium erzeugt wird. Wie in dem US-Patent 3,594,115 beschrieben, wurden letale Wirkungen von Hochspannungs-Bogenentladungen auch elektrohydraulischen Schockwellen zugeordnet. Derartige elektrolytisch chemische Produkte können jedoch in flüssigen Nährmitteln ungewünscht sein, und die Verwendung explosiver Bogenentladungen zur Erzeugung mikrobiologisch letaler Schockwellen hat keine weitverbreitete Anwendung bei der Bereitstellung verzehrbarer flüssiger Nährmittel mit ausgedehnter Lebensdauer gefunden.
Erst neulich wurde getrennt von der bekannten Technik der Lebensmittelkonservierung die Auswirkung starker elektrischer Felder auf Mikroorganismen in Nichtlebensmittel-Medien untersucht als ein Mechanismus zum reversiblen und irreversiblen Erhöhen der Durchlässigkeit der Zellmembran von Mikroorganismen und einzelner Zellen (Sale, et al., "Effects of High Electric Fields on Microorganisms III. Lysis of Erythrocytes and Protoplasts", Biochimica et Biophysica Acta, 163, Seiten 37-43 (1968); Hulsheger, et al., "Killing of Bacteria with Electric Pulses of High Field Strength", Radiat. Environ Biophys, 20, Seiten 53-65 (1981); Hulsheger, et al., "Lethal Effects of High-Voltage Pulses on E. coli K12", Radiat. Environ. Biophys. 18, Seiten 281-288 (1980), Zimmermann, et al., "Effects of External Electrical Fields on Cell Membranes", Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 3, Seiten 58-63 (1976); Zimmermann, et al., "Electric Field-Induced Cell-to-Cell Fusion", J. Membrane Biol., 67, Seiten 165-182 (1982); Hulsheger, et al., "Electric Field Effects on Bacteria and Yeast Cells", Radiat. Environ. Biophys; 22, Seiten 149-162 (1983); U. Zimmermann, et al., "The Development of Drug Carrier Systems: Electrical Field Induced Effects in Cell Membranes", Biochemistry and Bioenergetics, 7, Seiten 553-574 (1980); Jacob, et al., "Microbiological Implications of Electric Field Effects II. Inactivation of Yeast Cells and Repair of Their Cell Envelope", Zeitschrift für allgemeine Mikrobiologie, 21,3, Seiten 225-233 (1981); Kinositas, Jr., "Formation und Resealing of Pores of Controlled Sizes in Human Erythrocyte Membrane", Nature, 268, 4, Seiten 438-440 (August, 1977); Neamann, et al., "Gene Transfer into Mouse Lyoma Cells by Electroporation in High Electric Fields", IRI Fress Limited, Oxford, England, Seiten 841-845). Die Anwendung hoher elektrischer Felder, um reversibel die Durchlässigkeit von Zellen zu erhöhen, wurde eingesetzt, um eine Zellfusion lebendiger Zellen durchzuführen und normalerweise aus geschlossene Bestandteile in lebende Zellen einzuführen. Elektrische Felder in Nichtnährmittel-Medien haben eine direkte letale Wirkung auf Mikroorganismen, wobei die Abtötungsrate abhängig ist von der Feldstärke oberhalb eines kritischen Feldpegels und der Dauer des angelegten Hochspannungsimpulses oder der Impulse.
Diese Untersuchungen postulieren die Zellmembran als den Ort einer kritischen Wirkung, und zwar den reversiblen oder irreversiblen Verlust der Membranfunktion als der semipermeablen Grenze zwischen der Zelle und ihrer Umgebung. Man nimmt an, daß ein äußeres Feld kurzer Dauer ein auferlegtes Transmembranpotential induziert, das eine dramatische Erhöhung der Membrandurchlässigkeit oberhalb eines kritischen Werts des elektrischen Felds erzeugt. Da eine Erhöhung der Zelldurchlässigkeit den Ausgleich von Differenzen der Osmalität des Zellgehalts und der umgebenden Medien verhindert, kann es zu einem Austausch oder Verlust von Zellinhalt, einer Zellysis als einem Sekundärmechanismus in Nichtnährmittel-Medien kommen, welche die Fähigkeit der Zellen sich zu reparieren begrenzen und die durchlässige Zellen durch osmotische Druckdifferenzen zwischen dem Medium und dem Inneren der Zelle beeinträchtigen.
Derartige Forschung hat jedoch zu keiner praktischen Anwendung hinsichtlich Verfahren zur Bereitstellung flüssiger Lebensmittelprodukte mit ausgedehnter Haltbarkeit geführt. Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Apparaturen zum Ausdehnen der Haltbarkeit verderblicher Lebensmittelprodukte, wie z. B. Milchprodukte, natürliche Fruchtsäfte und Flüssigeiprodukte bereitzustellen. Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen, bei denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verarbeitungssystems ist zum Ausdehnen der Haltbarkeit verderblicher flüssiger Nährmittel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsseitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Verarbeitungszelleneinheit für eine gepulste elektrische Feldbehandlung ist, die in dem System von Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig. 4 eine Querschnittsseitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Behandlungszellenanordnung kontinuierlichen Stroms und hohen elektrischen Feldes ist, die in dem Verarbeitungssystem von Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig. 5 eine zum Teil aufgeschnittene Draufsicht eines Abschnitts der Zellenanordnung für eine elektrische Behandlung von Fig. 4 ist;
Fig. 6 eine zum Teil aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Behandlungszelle mit einem statischen gepulsten elektrischen Feld ist zum Testen der Wirkung gepulster elektrischer Feldbehandlung auf verderbliche flüssige Nährmittel zusammen mit einem elektrischen Schaltbild des Hochspannungs-Impulserzeugungsschaltkreises für die Testapparatur;
Fig. 7 eine grafische Darstellung einer Oszilloskopspur von Spannungs- und Stromantwort durch ein flüssiges Lebensmittelprodukt nach einer gepulsten Entladung der Apparatur von Fig. 6 ist;
Fig. 8 eine grafische Darstellung der Ausdehnung der Haltbarkeit ist, die durch eine gepulste elektrische Feldbehandlung von natürlichem Orangensaft mit hohem Fruchtfleischanteil erzielt wird;
Fig. 9 eine grafische Darstellung der Wirkung einer gepulsten elektrischen Feldbehandlung auf den mikrobiologischen Inhalt über die Zeit auf flüssige Milch ist, die mit Salmonella Dublin geimpft ist, und zwar im Vergleich zu einer unbehandelten Vergleichsprobe;
Fig. 10 eine grafische Darstellung der Haltbarkeitsausdehnung, bei mit einem geringen Pegel von Hefe geimpftem Joghurt ist, und zwar durch eine gepulste elektrische Feldbehandlung unter Verwendung der Apparatur von Fig. 6, die nach einer festgelegten Zeitdauer erneut mit Hefe geimpft wurde;
Fig. 11 eine grafische Darstellung der Haltbarkeitsausdehnung ist, die an mit einem geringen Pegel von Hefe geimpftem Joghurt erzielt wird, und zwar durch gepulste elektrische Feldbehandlung unter Verwendung der Apparatur von Fig. 6;
Fig. 12 eine grafische Darstellung der Zunahme der Haltbarkeitsausdehnung von Joghurt ist, der mit Temperatursteuerungsparametern versehen ist, durch eine gepulste elektrische Feldbehandlung unter Verwendung der Apparatur von Fig. 6;
Fig. 13 eine grafische Darstellung der mikrobiologischen Population pasteurisierter Flüssigeiprodukte ist, die chemische Konservierungsmittel als eine Funktion der Zeit nach einer gepulsten elektrischen Feldbehandlung enthalten, und zwar im Vergleich mit Vergleichsproben;
Fig. 14 eine grafische Darstellung der mikrobiologischen Population nichtpasteurisierter und pasteurisierter Flüssigeiprodukte ist mit chemischen Konservierungsmitteln als eine Funktion der Zeit nach einer gepulsten elektrischen Feldbehandlung;
Fig. 15 eine grafische Darstellung der mikrobiologischen Population pasteurisierter und nichtpasteurisierter Flüssigeiprodukte ist, und zwar ohne chemische Konservierungsmittel bei einer Lagertemperatur von 40ºC als eine Funktion der Zeit nach einer gepulsten elektrischen Feldbehandlung;
Fig. 16 eine grafische Darstellung der mikrobiologischen Population nichtpasteurisierter und pasteurisierter Flüssigeiprodukte ist, und zwar mit chemischen Konservierungsmitteln bei einer Lagertemperatur von 10ºC als eine Funktion der Zeit nach einer gepulsten elektrischen Feldbehandlung; und
Fig. 17 eine grafische Darstellung der mikrobiologischen Population pasteurisierten Flüssigeiprodukts ist, welches chemische Konservierungsmittel enthält, und zwar als eine Funktion der Zeit nach einer gepulsten elektrischen Feldbehandlung bei einer Temperatur, die auf ungefähr 60ºC erhöht ist, und zwar im Vergleich mit Vergleichsproben.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es werden allgemein in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung Verfahren und Apparaturen bereitgestellt zum Konservieren flüssiger Nährmittel, welche normalerweise exzellente bakteriologische Wachstumsmedien sind. Mit "flüssiges Nährmittel" meint man ein verzehrbares pumpbares Lebensmittelprodukt mit einer Viskosität von weniger als einer Pascalsekunde (1000 centipoise) und vorzugsweise weniger als 0.15 Pascalsekunden (150 centipoise) bei einer Temperatur oberhalb von 0ºC, und zwar in dem Bereich von 50-95 Gew.% Wasser und von 4-50 Gew.% Feststoffen, die ausgewählt werden unter Proteinen, Kohlehydraten und Fetten und deren Mischungen, und zwar auf der Grundlage des Gesamtgewichts des flüssigen Nährmittels. Die Viskosität des Nährmittels kann im allgemeinen bei einer Umgebungstemperatur (z. B. ungefähr 23ºC) oder einer erhöhten Prozeßtemperatur (z. B. 65ºC) am besten bestimmt werden. Unter "bakteriologischen Wachstumsmedien" versteht man, daß nach einer Lagerung bei einer Temperatur im Bereich von 10ºC bis ungefähr 30ºC das flüssige Nährmittel mit seiner natürlichen mikrobiologischen Population oder wenn es mit Testorganismen geimpft wird, eine Zunahme des biologischen Inhalts oder der Aktivität als eine Funktion der Zeit eintritt, wie es z. B. erfaßbar ist durch direkte mikroskopische Zählungen, Koloniebildungseinheiten auf geeigneten Sekundärmedien, Stoffwechsel- und Produktanalysen, biologische Trocken- oder Naßgewicht- oder andere qualitative oder andere quantitative Vorgehensweisen zum Aufzeichnen einer Zunahme der biologischen Aktivität oder des Inhalts. Z.B. kann unter derartigen Bedingungen die mikrobiologische Population eines flüssigen Nährmittels, welches ein bakteriologisches Wachstumsmedium ist, sich über eine Zeitdauer von zwei Tagen zumindest verdoppeln. Die flüssigen Nährmittel haben eine elektrische Leitfähigkeit von zumindest 0,001 Ohm&supmin;¹ cm&supmin;¹, obwohl entionisierte Lebensmittelprodukte auch behandelt werden können, welche geringere Leitfähigkeiten und einen kombinierten Natrium- und Kaliumgehalt von zumindest 0,10 Gew.% auf der Grundlage des Gesamtgewichts des flüssigen Nährmittels haben. Die Zusammensetzungen typischer flüssiger Lebensmittelprodukte, welche biologische Wachstumsmedien sind, und zwar abgeleitet von "Nutritive Value of American Foods in Common Units", Agriculture Handbook No. 456 of the U.S. Department of Agriculture (1975), sind die Folgenden: Flüssige Nährmittel Flüssige Lebensmittel Wasser Gew.-· Protein Fett Kohlenhydrate Vollmilch Joghurt Roher Orangensaft Traubensaft in Spuren Roher Zitronensaft Roher Pampelmusensaft Apfelsaft Frische Volleier Frisches Eiweiß Spalterbsensuppe Tomatensuppe Tomatenketchup kondensiert-kommerziell aus teilentrahmter Milch
In Übereinstimmung mit den vorliegenden Verfahren wird das gesamte flüssige Nährmittel einer sequentiellen Vielfalt hoher elektrischer Feldimpulse ausgesetzt, die jeweils eine minimale Feldstärke von zumindest 5000 V/cm und vorzugsweise von zumindest 12000 V/cm haben und jeweils eine Dauer von zumindest einer Mikrosekunde und vorzugsweise eine Dauer im Bereich von 5-100 Mikrosekunden haben, um ein flüssiges Nährmittel bereitzustellen, das durch ein elektrisches Feld unter Druck gesetzt wird. Das gesamte flüssige Nährmittel sollte sequentiell zumindest zwei hohen elektrischen Feldimpulsen und insbesondere zumindest 5 Impulsen ausgesetzt werden. Das Behandlungsintervall zwischen Impulsen sollte vorzugsweise weniger sein als eine Minute und vorzugsweise weniger als eine Sekunde. Mit der "Dauer" eines elektrischen Feldimpulses meint man die Spanne der Zeit, in der das elektrische Feld die minimale Feldstärke überschreitet. Wie angezeigt, sollte das gesamte elektrisch behandelte flüssige Nährmittel der Mehrfachimpulsbehandlung ausgesetzt werden.
Es ist auch wünschenswert, daß gleichzeitig mit den elektrischen Hochspannungsfeldimpulsen das flüssige Nährmittel hoher elektrischer Stromdichte innerhalb des gesamten flüssigen Nährmittels ausgesetzt wird, und zwar von zumindest einer Mikrosekunde und vorzugsweise in dem Bereich von 5 Mikrosekunden bis 100 Mikrosekunden. Typischerweise sollte für flüssige Lebensmittelprodukte mit einem elektrischen spezifischen Widerstand im Bereich von 1-100 Ohm-cm die Stromdichte der Stromimpulse zumindest 5 Ampere/Quadratzentimeter und vorzugsweise zumindest 12 Ampere/Quadratzentimeter sein.
Das elektrisch beaufschlagte flüssige Nährmittel sollte unter im wesentlichen sterilen Bedingungen gehalten werden und- kann verpackt werden, um ein verpacktes Lebensmittelprodukt mit einer ausgedehnten Haltbarkeit bereitzustellen. Wünschenswerterweise kann das elektrisch beaufschlagte flüssige Nährmittel unter aseptischen Bedingungen aufrechterhalten und verpackt werden, nachdem es der gepulsten elektrischen Feldbehandlung unterworfen worden ist.
In Übereinstimmung mit verschiedenen bevorzugten Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung kann die Temperatur, bei der das flüssige Nährmittel behandelt wird, so gesteuert werden, daß sie im wesentlichen die Haltbarkeit des behandelten Produkts erhöht. In dieser Hinsicht kann das gesamte Lebensmittelprodukt zumindest einem derartigen elektrischen Feldimpuls bei einer Temperatur von zumindest 45ºC und noch besser bei zumindest 55ºC unterworfen werden. Indem man das flüssige Lebensmittelprodukt einer gepulsten elektrischen Feldbehandlung bei Pasteurisierungstemperaturen, wie z. B. im Bereich von 63-75ºC, aussetzt, können wesentlich verbesserte Haltbarkeitsausdehnungen gegenüber denjenigen durch Pasteurisierung allein erzielt werden, ohne die Beeinträchtigungen des flüssigen Lebensmittelprodukts, die sich aus der UHT-Behandlung bei hohen Temperaturen ergeben. Zusätzlich kann durch schlagartiges Abkühlen des mit einem elektrischen Feld behandelten flüssigen Nährmittels auf eine Kühltemperatur von weniger als 10ºC und vorzugsweise in dem Bereich von 0ºC bis 9ºC eine weitere wesentliche Verbesserung der Haltbarkeit erzielt werden. Wünschens werterweise sollte das Lebensmittelprodukt auf eine Kühltemperatur innerhalb von 30 Minuten und vorzugsweise innerhalb von 3 Minuten nach der elektrischen Feldbehandlung abgekühlt werden. Das mit einem elektrischen Hochspannungsfeld behandelte flüssige Nährmittel kann schnell abgekühlt werden mittels Wärmetauschereinheiten mit kontinuierlichen Fluß vor dem Verpacken oder der .Lagerung in großen Behältern. Man glaubt, daß man auf diese Weise elektrisch behandelte Organismen mit Zellwandbeschädigung zu einem inaktiven metabolischen Zustand abkühlen kann, bevor eine Zellwandreparatur durchgeführt werden kann, wodurch die Produkthaltbarkeit erhöht wird.
Diese synergistische Beziehung zwischen der elektrischen Feldbehandlung und der Temperatur während und nach der Behandlung ist derart, daß die Verwendung des Erhitzens und/oder des Abkühlens und des elektrischen Felds auf eine vorsichtig gesteuerte Art und Weise die Wirkung des Prozesses stark erhöht gegenüber derjenigen, die man unter Verwendung des elektrischen Felds oder des Erwärmens oder Kühlens allein erzielt. Die Temperatursteuerung wird so durchgeführt, daß das verarbeitete flüssige Nährmittel jeweils oberhalb oder unterhalb des optimalen Temperaturbereichs für eine biologische Aktivität ist. Während der elektrischen Feldbehandlungsphase kann der elektrische Hochspannungs- Impulsbehandlungsprozeß entweder diskontinuierlich sein, wobei diskrete Teile von flüssigem Nährmittel als eine Einheit behandelt werden, indem man das gesamte flüssige Nährmittel einer Sequenz gepulster elektrischer Felder aussetzt, welche jeweils eine im wesentlichen gleichförmige Feldstärke innerhalb des gesamten zu behandelnden flüssigen Lebensmittelprodukt haben. Die Verarbeitung kann auch kontinuierlich sein, wobei das behandelte Nährmittel in einem stationären Fluß in das Behandlungssystem hinein fließt und aus ihm wieder emittiert wird. Eine Erwärmung des flüssigen Nährmittels für eine Temperatursteuerung während der Verarbeitung kann durchgeführt werden durch eine Beaufschlagung mit elektrischer Feldenergie (resistives Erwärmen) oder durch andere Einrichtungen, wie z. B., aber nicht darauf begrenzt, thermischer Wärmeaustausch, eine Dampfinjektion, resistives Heizen durch eine zu dem primären elektrischen Feldtreiber sekundäre resistive Quelle oder durch Mikrowellenheizen.
Typische Betriebsbedingungen für das System beinhalten die Bereitstellung elektrischer Impulse mit elektrischen Feldstärken von 5 kV/cm bis zu 25 kV/cm mit abgeflachten oder exponentiell abfallenden Impulsformen einer typischen Dauer zwischen 1 und 100 Mikrosekunden und Wiederholungsraten zwischen 0,1 und 100 Hertz. Höhere elektrische Feldstärken können bereitgestellt werden, wie z. B. bis hinauf zu 30 kV/cm, insbesondere für Impulse sehr kurzer Dauer und in Abhängigkeit von den Eigenschaften des gerade verarbeiteten flüssigen Nährmittels. Die Gleichförmigkeit des elektrischen Felds und der Stromdichte durch das flüssige Nährmittel nehmen jedoch bei hohen Feldstärken als eine Funktion der Zeit ab mit einer Tendenz, Bögen oder Stromfäden zu bilden. Demgemäß können Impulse höherer Feldstärken eine Hochpräzisionssteuerung der Feldgleichförmigkeit und Impulslänge erfordern, um die Entwicklung derartiger Fäden oder Bögen zu verhindern. Wo ein Erwärmen durch ein elektrisches Feld Vorteile mit sich bringt, werden exponentiell abfallende Impulsformen verwendet; wo ein Erwärmen durch elektrische Feldbehandlung auf einem Minimum gehalten werden soll, werden verhältnismäßig abgeflachte elektrische Feldimpulse verwendet.
Die elektrische Feldbehandlung sollte am besten mit elektrischen Impulsen durchgeführt werden, die eine elektrische Feldstärke im Bereich von 12 kV/cm bis 25 kV/cm haben. Je nach der Anwendung, d. h. dem selektiven Abtöten eines besonderen Organismus gegenüber dem Breitspektrum abtöten gemischter Bakterienpopulationen, sollte die Impulsdauer im Bereich von 1-100 Mikrosekunden und bevorzugterweise bei Werten zwischen 10 und 40 Mikrosekunden liegen. Die Variierung der Impulsdauer kann verwendet werden, um ein Erwärmen innerhalb des gerade behandelten flüssigen Lebensmittelprodukts zu steuern. Z.B. können lange Impulslängen verwendet werden, um die Temperatur der Probe auf Temperaturen anzuheben, die mit dem elektrischen Effekt synergistisch sind; mehrfache kurze Rechteckwellenimpulse können dann schnell zugeführt werden, um die Behandlung zu vervollständigen.
Sequentielle elektrische Feldimpulse (und gleichzeitig wirkende elektrische Ströme) können die gleiche Polarität haben, oder sie können eine sequentiell wechselnde Polarität haben. Es ist auch zu bemerken, daß das gepulste elektrische Feld vorzugsweise zwischen Elektroden aufgebaut wird, die eine jeweilige positive und negative Polarität bezüglich eines Erstpotentials haben, oder zwischen Elektroden, deren eine generell auf Erdpotential gehalten wird und deren andere bei entweder positivem oder negativem Potential bezüglich des Erstpotentials gepulst wird. Es können jedoch auch elektrische Hochspannungsimpulse bereitgestellt werden zwischen Elektroden, von denen beide entweder auf positivem oder negativem Potential bezüglich des Erdpotentials sind.
Wie gezeigt, betreffen verschiedene bevorzugte Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung die synergistische Verwendung der Effekte der elektrischen Feldbehandlung bei erhöhten und gesteuerten Temperaturen zusammen mit der Steuerung einer Nachbehandlungsinkubation oder einer Lagertemperatur. Man hat herausgefunden, daß eine derartige gesteuerte Verarbeitung nicht nur das Ausmaß der mikrobiologischen Abtötung unmittelbar nach der Behandlung beeinflußt, sondern auch die mikrobiologische Langzeitlebensfähigkeit, d. h., die Haltbarkeit.
Vor oder während der elektrischen Feldbehandlung verwendete Wärme kann verwendet werden, um mikrobiologische Abtötungsraten in dem flüssigen Nährmittel zu erzeugen, die größer sind als diejenigen, die man durch ein elektrisches Feld oder Wärmebehandlung allein erzielt. Das Anheben der Wärme während der Behandlung auf eine die Mikroorganismen einem Streß aussetzende, aber für sie nicht letale Temperatur für die angewandte Zeit, erhöht, so glaubt man, den während der Behandlung auftretenden Membranschaden. Dies kann auftreten durch eine Erhöhung der Membranfluidität oder -porosität, was zu einem größeren Schaden pro Behandlungsdosierung führt, eine Abnahme der Fähigkeit der beschädigten Mikroorganismen, eine Reparatur während und nach der Behandlung durchzuführen auf Grund der eingreifenden Wirkungen einer derartigen streßreichen Temperatur auf den Zellstoffwechsel, und/oder ein Anstieg jeglicher osmotischer Wirkungen, die zu dem Membran schaden durch ein elektrisches Feld sekundär sind. Durch schnelles Kühlen des elektrisch behandelten flüssigen Nährmittels auf eine Kühltemperatur wird, so glaubt man, der normale Zellmechanismus für die Reparatur oder die Abnahme der durch das elektrische Feld induzierten Zellmembrandurchlässigkeit verzögert, wodurch die Zellverletzbarkeit erhöht wird, und die Fortpflanzungsfähigkeit der verbleibenden Bakterien oder Sporen, welche die elektrische Feldbehandlung überleben, verringert wird.
Wenn Mikroorganismen starken elektrischen Feldern für ausreichend lange Zeitperioden ausgesetzt werden, bildet sich eine Zelldurchlässigkeit, und eine transzellulare Ionen- und osmotische Strömung können auftreten. Diese Strömung kann unterbrochen werden, weil biologische Membranen außerordentlich nachgiebig sind und die induzierten Transmembranporen rechtzeitig wieder versiegelt sind, damit die Zelle überlebt. Eine durchlässige Zelle, die durch die elektrische Feldbehandlung nicht zerstört worden ist, muß ihre Membran wieder versiegeln, den aktiven Transport wieder herstellen und ihren internen Ionen- und Fluidgehalt wieder einstellen, wenn sie überleben soll.
In Nährmedien, wie z. B. Milch, natürlichen Fruchtsäften und natürlichen Flüssigeiprodukten, können Zellen, welche zu der Zeit der Behandlung aktiv wachsen, sich unter geeigneten Bedingungen wieder erholen. Dennoch kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine effektive Verarbeitung in Nährmedien durch eine Temperatursteuerung durchgeführt werden. Eine Inkubation bei Kühltemperaturen nach der Behandlung kann den metabolischen Pegel elektrisch behandelt-er Mikroorganismen verringern und somit dazu neigen, die Erholung und Reparatur zu verringern. Ähnlich kann eine Erhöhung der Temperatur der Probe während der Behandlung verwendet werden, um den Abtötungspegel zu erhöhen. In einer der Kühlung ähnlichen Weise beeinflußt die Wärme den Zellstoffwechsel bei Temperaturen, die größer sind als die Wachstumstemperatur der Bakterien, selbst wenn die erhöhte Temperatur weniger ist als diejenige, welche durch unmittelbare Einwirkung abtötet.
Selbst wenn die Behandlungstemperatur nicht hoch genug ist, um eine signifikante Haltbarkeitsausdehnung allein zu bewirken, können erhöhte Temperaturen, welche die behandelten Bakterien unter Streß setzen, die durch die Behandlung erzielte Abtötung und die Haltbarkeitsausdehnung stark erhöhen. Darüberhinaus beeinflussen Nachbehandlungs-Inkubationsbedingungen weiterhin signifikant die Haltbarkeitsausdehnung. Es ist möglich, daß elektrisch behandelte flüssige Lebensmittelprodukte, die bei Raumtemperaturen nach der Behandlung inkubiert wurden, sich unmittelbar zu regenerieren beginnen, während Proben, die bei Kühltemperaturen (4-9ºC) inkubiert wurden, typischerweise erst nach einigen Tagen nach der Behandlung beginnen, ihre Anzahl zu erhöhen. Man glaubt, daß diese Beobachtungen mit dem Grad der Reparatur zusammenhängen, die während und nach der Probenbehandlung auftritt.
Wie gezeigt, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung das flüssige Nährmittel einer Vielzahl elektrischer Hochspannungsimpulse unterworfen. Das flüssige Lebensmittelprodukt kann einer derartigen Vielzahl von Impulsen durch eine Vielzahl von Verarbeitungstechniken unterworfen werden. In einem derartigen Verarbeitungsverfahren wird das flüssige Nährmittel in eine Behandlungszone zwischen zwei Elektroden eingeführt, welche eine Konfiguration haben, die so ausgelegt ist, daß ein im wesentlichen gleichförmiges elektrisches Feld dazwischen erzeugt wird. Elektrische Hochspannungsimpulse können an die Elektroden angelegt werden, um das flüssige Nährmittel einer Mehrfach-Impulsbehandlung auszusetzen durch eine Apparatur für ein gepulstes Feld, wie z. B. Schaltkreise mit konzentrierter Übertragungsleitung, Blumlein-Übertragungsschaltkreise und/oder kapazitive Entladungsschaltkreise. Wenn das flüssige Nährmittel kontinuierlich in die Behandlungszone eingeführt wird, an welche die Hochspannungsimpulse periodisch angelegt werden und flüssiges Nährmittel zur gleichen Zeit von der Behandlungszone abgezogen wird, sollte die Durchtrittsrate des flüssigen Nährmittels durch die Behandlungszone am besten mit der Impulsbehandlungsrate koordiniert werden, so daß das flüssige Nährmittel zumindest zwei Impulsen innerhalb der Behandlungszone unterworfen wird. Das flüssige Nährmittel kann einer Behandlung in einer sequentiellen Vielzahl derartiger Behandlungszonen unterworfen werden, wie im folgenden genauer beschrieben wird.
Auch in Übereinstimmung mit verschiedenen anderen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung können Verfahren zum effektiven Aussetzen des gesamten flüssigen Lebensmittelprodukts einer sequentiellen Serie hoher elektrischer Feld- und Stromimpulse durchgeführt werden, indem man das flüssige Nährmittel durch eine Öffnungszone beschränkter Länge und Querschnittsfläche von einer ersten Elektrodenzone zu einer zweiten Elektrodenzone zwängt, wobei ein elektrischer Strom zwischen der ersten Elektrodenzone und der zweiten Elektrodenzone kontinuierlich durch das flüssige Lebensmittelprodukt geleitet wird, so daß ein elektrisches Feld von zumindest 5000 V/cm in der beschränkten Öffnungszone aufrechterhalten wird. Die Durchtrittsrate des flüssigen Lebensmittelprodukts durch die beschränkte Öffnungszone mit hohem elektrischen Feld sollte zu einer effektiven gepulsten Behandlungszeit von zumindest einer Mikrosekunde für das Nährmittel führen, wenn es durch die Zone hindurchgezwängt wird.
In Übereinstimmung mit Apparaturgesichtspunkten der vorliegenden Erfindung wird eine Apparatur für eine gepulste Feldbehandlung zur Konservierung flüssiger Nährmittel bereitgestellt, die eine Behandlungskammer mit einem elektrischen Feld aufweist, welche aufweist: eine erste Elektrodeneinrichtung zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit flüssigem Nährmittel, welches sich neben der ersten Elektrodeneinrichtung in der Kammer befindet, eine zweite Elektrodeneinrichtung, die von der ersten Elektrodeneinrichtung beabstandet ist, um einen elektrischen Kontakt mit dem flüssigen Nährmittel herzustellen, welches in der Kammer zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweiten Elektrodeneinrichtung angeordnet ist, eine Einlaßleitungseinrichtung zum Einführen eines zu behandelnden flüssigen Nährmittels in die Behandlungskammer mit einem elektrischen Feld, eine Auslaßleitungseinrichtung zum Ausstoßen von flüssigem Lebensmittelprodukt, welches durch die Behandlungskammer hindurchgetreten ist, eine Einrichtung zum Anlegen elektrischer Hochspannungsimpulse an die erste und zweite Elektrodeneinrichtung mit einer Rate von zumindest 0,01 Impulsen pro Sekunde und vorzugsweise mindestens einem Impuls pro Sekunde, um ein elektrisches Feld von zumindest 5000V/cm zwischen den Elektroden durch ein dazwischen angeordnetes flüssiges Nährmittel bereitzustellen, und eine Einrichtung zum Pumpen eines flüssigen Nährmittels durch die Einlaßleitungseinrichtung mit einer derartigen Rate, daß das gesamte flüssige Nährmittel zumindest zwei Impulsen beim Hindurchtreten durch die Hochspannungsbehandlungszone ausgesetzt wird, bevor es von der Kammer durch die Auslaßleitungseinrichtung geleitet wird. Eine solche Apparatur kann weiterhin eine Einrichtung beinhalten zum Erwärmen des flüssigen Nährmittels auf eine vorbestimmte Temperatur von zumindest 45ºC und noch besser von zumindest 55ºC vor dem Einführen in die Behandlungskammer und kann weiterhin eine Einrichtung beinhalten zum Kühlen des flüssigen Nährmittels, welches durch eine oder mehrere Behandlungszonen hindurchgetreten ist, auf eine Kühltemperatur im Bereich von 0-10ºC.
Wünschenswerterweise können die erste und die zweite Elektrodeneinrichtung so ausgelegt werden, um eine direkte Elektrolyse des flüssigen Nährmittels nach Anlegen eines gepulsten elektrischen Feldes daran zu verhindern. In dieser Hinsicht können derartige Elektroden eine elektrisch leitfähige Elektrolyseelektrode, eine ionenpermeable Membran und einen Zwischenelektrolyt aufweisen, so daß eine ionische elektrische Verbindung mit dem flüssigen Nährmittel vielmehr durch die ionenpermeable Membran hergestellt wird, als durch direkten Kontakt mit der elektronisch leitfähigen Elektrode.
Bei der vorliegenden Erfindung wird auch eine Apparatur zur Behandlung mit einem elektrischen Feld betrachtet, welche aufweist: eine Einrichtung, die eine erste Elektrodenreservoirzone festlegt; eine Einrichtung, die eine zweite Elektrodenreservoirzone festlegt; eine Einrichtung, die eine beschränkte Öffnung zwischen der ersten Reservoirzone und der zweiten Reservoirzone festlegt; eine Einrichtung zum kontinuierlichen Leiten eines elektrischen Stroms in flüssigem Nährmittel zwischen der ersten Reservoirzone und der zweiten Reservoirzone und durch zumindest eine der beschränkten Öffnungen, um einen elektrischen Feldgradienten in der beschränkten Öffnung von zumindest 5000 V/cm bereitzustellen; und eine Einrichtung, um flüssiges Nährmittel von der ersten Elektrodenreservoirzone durch die beschränkte Öffnung in die zweite Elektrodenreservoirzone mit einer Rate zu zwingen, wodurch eine effektive Behandlungszeit mit einem gepulsten Feld in der beschränkten Öffnung von zumindest einer Mikrosekunde und vorzugsweise im Bereich 5-50 Mikrosekunden bereitgestellt wird. Durch Bereitstellen beschränkter Öffnungen von verhältnismäßig kurzer Kanallänge, wie z. B. weniger als 0,1 cm und vorzugsweise im Bereich von 0,05-0,005 cm, und durch Zwängen des flüssigen Lebensmittelprodukts durch die Öffnung bei einem hohen differentiellen Druck von zumindest 50 psi an der Öffnung, können kurze Behandlungszeiten und hohe Feldstärkegradienten auf der Basis kontinuierlicher Verarbeitung bereitgestellt werden.
Nachdem allgemein verschiedene Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, wird nun die Behandlung flüssiger Lebensmittelprodukte mit einem elektrischen Feld im besonderen beschrieben hinsichtlich des Verarbeitungssystems, welches schematisch in Fig. 1 gezeigt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt das System zur Lebensmittelverarbeitung mit einem elektrischen Feld ein Speicherreservoir 100 für das zu behandelnde flüssige Lebensmittelprodukt, eine Inline-Heizeinheit 102, eine Entlüftungsapparatur 104 mit einem ihr zugeordneten geeigneten Vakuumsystem 106, und eine Behandlungszelle 108 mit einem elektrischen Feld, in welcher die Behandlung des flüssigen Nährmittels mit dem elektrischen Feld durchgeführt wird. Die Behandlungszelle hat einen ihr zugeordneten Zellmonitor 110 mit geeigneter Sensorinstrumentierung, um die Temperatur- und Spannungszustände innerhalb der Zelle zu überwachen. Die Hochspannungsimpulse an die Zelle werden durch die Hochspannungsimpulsvorrichtung 112 bereitgestellt, welche ein Hochspannungsschaltkreis mit konzentrierter Übertragungsleitung sein kann, und zwar auf die Behandlungszelle impedanzabgestimmt, ein auf die Behandlungszelle 108 genau impedanzabgestimmter Blumlein- Übertragungsleitungs-Schaltkreis oder ein kapazitiver Entladungsschaltkreis. Die Temperatur- und Spannungsinformation von dem Zellenmonitor 110 wird als ein Dateneingabestrom an den Systemsteuerungs- und Analysemikroprozessor 114 weitergegeben, der den Betrieb der Hochspannungsimpulsvorrichtung 112 steuert. Der Systemsteuerungs- und Analysemikroprozessor 114 ist mit einer Fließbandschnittstelle 116 versehen, die ausgelegt ist, um als Schnittstelle mit einer automatisierten Fließbandapparatur mit Computersteuerungssystemen zu dienen. Das dargestellte System zur Verarbeitung mit einem elektrischen Feld umfaßt weiterhin eine Kühlapparatur 120 zum Kühlen des behandelten Prozeßstroms von dem Wärmetauscher 118, um einen gekühlten, mit einem elektrischen Feld behandelten Nährmittelstrom an die Apparatur 122 zur aseptischen Verpackung bereitzustellen. Die Verpackungsapparatur 122 verpackt den behandelten Prozeßstrom entweder in einzelne sterilisierte Verbraucherverpackungen 124 oder in sterilisierte Transportgroßbehälter, welche in einer Apparatur 126 zur gekühlten Lagerung bis zur Lieferung an den Verbraucher gelagert werden. Im Betrieb kann das zu behandelnde flüssige Lebensmittelprodukt, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel flüssige Milch, ein natürlicher Fruchtsaft, wie z. B. Orangensaft, oder ein flüssiges, natürliches Eiprodukt sein kann, von dem Speicherreservoir 100 zu der Wärmetauschereinheit 118 gepumpt, so daß die Wärmeenergie innerhalb des Behandlungssystems konserviert wird. In dieser Hinsicht wird das behandelte flüssige Lebensmittelprodukt, das durch die Zelle 108 hindurchgetreten ist, in eine Wärmeaustauschbeziehung mit dem flüssigen Lebensmittelprodukt geführt, das in die Behandlungszelle 108 mit Hilfe des Wärmetauschers 118 einzuführen ist. Nach dem Austreten aus der Wärmetauschereinheit 118 kann das zu behandelnde flüssige Lebensmittelprodukt durch eine Heizeinheit 102 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden. Das Ausmaß einer solchen Heizung, falls überhaupt, wird bestimmt durch die gewünschte Verarbeitungstemperatur innerhalb der elektrischen Impulsverarbeitungszelle 108. Da die Bearbeitung durch die elektrische Zelle auch die Temperatur des flüssigen Lebensmittelprodukts erhöhen kann, kann der durch die Heizeinheit 102 bereitgestellte Grad der Erwärmung in gewissem Maß von der Effizienz der Wärmetauschereinheit 118 abhängen. Typischerweise kann die Temperatur des von der Heizeinheit 102 austretenden Fluidprodukts zumindest 40ºC und in einigen Fällen zumindest 50ºC oder mehr sein.
Der erwärmte flüssige Lebensmittelproduktstrom von der Heizeinheit 102 wird zu der Entlüftungseinheit 104 geleitet. In der Einheit 104 wird die Flüssigkeit Vakuumbedingungen von zumindest 20 Inch Quecksilber unterworfen, um gelöste Gase und/oder Produktblasen zu entfernen, welche die Entwicklung eines im wesentlichen gleichförmigen elektrischen Felds in der Behandlungszelle 108 beeinträchtigen könnten.
Das entlüftete flüssige Lebensmittelprodukt wird kontinuierlich durch die elektrische Impulsbehandlungszelle 108 hindurchgeführt, in welcher es in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vielzahl elektrischer Hochspannungsimpulse bei einer Feldstärke von zumindest 12000 V/cm und einer Dauer im Bereich von 5 bis 50 Mikrosekunden ausgesetzt wird. Zumindest einer der Impulse wird bei einer Temperatur im Bereich von 50ºC bis 70ºC durchgeführt. Das behandelte flüssige Lebensmittelprodukt wird zu der Wärmetauschereinheit 118 zurückgeleitet, wo es durch das hereinkommende flüssige Lebensmittelprodukt gekühlt wird, und daraufhin zu der Kühleinheit 120 geleitet wird, wo es auf eine Temperatur von weniger als 10ºC und vorzugsweise weniger als 5ºC innerhalb von ungefähr einer Minute nach seiner Behandlung mit dem gepulsten elektrischen Feld abgekühlt wird. Während in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Kühleinheit verwendet wird, um im wesentlichen das Produkt auf eine energieeffiziente Art unmittelbar zu kühlen, sei bemerkt, daß das Produkt auch gekühlt werden kann, nachdem es verpackt worden ist. Der gekühlte elektrisch behandelte flüssige Lebensmittelproduktstrom wir daraufhin als ein Eingabestrom zu der aseptischen Verpackungsapparatur 122 eingeführt, welche das Produkt in sterilisierte Behälter 124 unter sterilen Bedingungen verpackt. Die verpackten Produktbehälter 124 werden durch eine geeignete Kühlspeicherungsapparatur 126 bis zur Verteilung an den Verbraucher unter Kühlbedingungen gehalten. Eine derartige Speicherapparatur kann Kühlspeichereinheiten bei der Verpackungsanlage, Kühltransporteinheiten im Verteilungssystem, und Kühlspeichereinheiten in dem Vertriebslagerhaus, dem Lebensmittelgeschäft oder einem anderen Verbraucher-Vertriebszentrum enthalten. Wegen der durch die elektrische Impulsbehandlung bereitgestellten ausgedehnten Haltbarkeitseigenschaften kann eine derartige gekühlte Speicherung über eine ausgedehnte Zeitdauer durchgeführt werden, wobei die Frische und die Qualitäten des verarbeiteten Lebensmittelprodukts aufrecht erhalten bleiben.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel 200 einer Zelleneinheit zur elektrischen Impulsbehandlung eines kontinuierlichen Flusses gezeigt, die in der Apparatur von Fig. 1 verwendet werden kann. Die dargestellte Zelleneinheit 200 umfaßt eine Behandlungszone 202 mit einem elektrischen Feld, die zwischen ebenen metallischen leitfähigen Platten 204, 206 festgelegt ist, die in einer parallelen Beziehung durch ein dielektrisches Abstandshalteelement 209 gehalten werden, das sich kontinuierlich um die Peripherie der Zelleneinheit 200 erstreckt. Die ebenen metallischen Platten können Elektroden bilden im direkten Kontakt mit dem zu behandelnden flüssigen Lebensmittelprodukt. In der dargestellten Zelleneinheit 200 kontaktieren jedoch die metallischen Elektroden 204, 206 nicht direkt das der elektrischen Feldbehandlung unterworfene flüssige Lebensmittelprodukt, um Elektrolyseprodukte von dem flüssigen Lebensmittelprodukt zu isolieren. In dieser Hinsicht wird die innere Behandlungszone 202 mit dem elektrischen Feld weiterhin durch ionische leitende Membranen 208, 210 festgelegt, welche zusammen mit dem dielektrischen Abstandshalte-Isolator 209 eine eingeschlossene Zone 202 festlegen, die von den Elektroden 204, 206 physikalisch isoliert ist. Die Membranen 208, 210 können aus jedem geeigneten ionendurchlässigen Material bestehen, welches wünschenswerterweise im wesentlichen gegenüber dem Durchtritt eines ionischen elektrischen Stroms inert ist. Das Ionenmembranmaterial sollte am besten eine spezifische Leitfähigkeit haben, die zumindest gleich der spezifischen Leitfähigkeit des zu behandelnden flüssigen Lebensmittelprodukts innerhalb der Behandlungszone 202 ist. Geeignete ionendurchlässig e Membranmaterialien von Lebensmittelqualität beinhalten kationenpermeable Membranmaterialien, wie. z. B. sulfoniertes Polystyrol, Acrylsäurekopolymere und fluorierte Kohlenwasserstoffpolymere mit angehängten ionischen Gruppen, wie z. B. Nafion-Polyfluoroethylenpolymeren mit angehängten Sulfonsäuregruppen. Derartige Polymere werden angepaßt, um einen Kationentransport durch die Membran nach dem Anlegen eines elektrischen Potentials durch die Membran zu gestatten, doch neigen sie dazu, einen Anionentransport durch die Membran auszuschließen. Andere ionenleitende Membranen, wie z. B. kommerziell erhältliche, hochleitfähige anionische und kationische Elektrophoresemembranen von Lebensmittelqualität können auch verwendet werden. Die Membranen können auf geeignete Weise gestützt werden, ohne daß man im wesentlichen die Gleichförmigkeit der elektrischen Feldentwicklung durch das zu behandelnde Lebensmittelprodukt beeinträchtigt.
Um für elektrische Leitung zwischen den metallischen Elektroden 204, 206 und den ionischen Membranen 208, 210 zu sorgen, sind Elektrolytzonen 212, 214 zwischen den jeweiligen Elektroden 204, 206 und den Ionentransportmembranen 208, 210 bereitgestellt. Der in den Ionenleitfähigkeitszonen 212, 214 bereitgestellte Elektrolyt sollte eine verhältnismäßig hohe Leitfähigkeit hinsichtlich der Leitfähigkeit des in der Zone 202 zu behandelnden flüssigen Lebensmittelprodukts haben. Darüberhinaus sollte der Elektrolyt am besten im wesentlichen von Bestandteilen frei sein, wie z. B. Chloridionen, die unerwünschte Elektrolyseprodukte erzeugen können, wobei man in jedem Fall erkennt, daß derartige Produkte von dem behandelten Lebensmittelprodukt durch die ionisch selektiven Membranen 208, 210 isoliert werden. Geeignete Elektrolytlösungen beinhalten Natriumkarbonat-, Natriumhydroxid-, Kaliumkarbonat- und Kaliumhydroxidlösungen und deren Mischungen. Der Kationengehalt der Elektrolyte kann so eingestellt werden, daß es zu keiner Nettoänderung des Kationengehalts des gerade behandelten Lebensmittelprodukts kommt. Der Elektrolyt kann kontinuierlich durch die Zonen 212, 214 zirkuliert werden, um Elektrolyseprodukte zu entfernen und/oder ein Temperaturgleichgewicht innerhalb der Behandlungszelle aufrechtzuerhalten, wobei besondere Sorgfalt dafür aufgewendet wird, die jeweiligen Elektrolytumwälzsysteme elektrisch zu isolieren.
Um ein ungewünschtes Ausmaß an Konzentration oder Entleerung ionischer Bestandteile als ein Ergebnis des Ionentransports zu oder von den Elektrolytzonen 212, 214 durch die jeweiligen Membranen zu verhindern, kann der zirkulierende Elektrolyt von der jeweiligen Zone von Zeit zu Zeit durch eine frische Elektrolytlösung ersetzt werden, die die gewünschte Zusammensetzung hat. Die Elektrolytlösung von einer Elektrolytzone kann auch periodisch mit der Elektrolytlösung von der anderen Zone ausgetauscht werden. Zusätzlich kann man die relative Polarität der an die jeweiligen Elektrolytzonen 212, 214 angelegten elektrischen Impulse nach jedem Impuls oder nach einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen wechseln, so daß der Nettotransport ionischer Bestandteile zu und von den jeweiligen Zonen über die Zeit gemittelt minimiert oder eliminiert wird.
Die Dicke der Zellbehandlungszone 202 entlang der Richtung des elektrischen Felds kann wünschenswerterweise zumindest 0,25 cm sein und ist vorzugsweise im Bereich von 0,5 cm bis 3 cm. Die Behandlungseinheit 200 hat eine rechteckige Form und ist ausgelegt, um in einer Anordnung von einer Vielzahl derartiger Zellen "gestapelt" zu werden, um die Behandlungsapparatur 108 zu bilden. Es kann wünschenswert sein, das aus einer Zelleinheit aus tretende flüssige Lebensmittelprodukt zu entgasen, bevor es in eine darauf folgende Zelleinheit in der Behandlungsapparatur eingeführt wird. Demgemäß kann z. B. eine Vakuum-Entgasungsapparatur an der Auslaßleitung 218 bereitgestellt sein, um den Ausgangsstrom zu entgasen, um einen entgasten behandelten Strom zu erzeugen für eine Einführung in die darauf folgende Zelle. Es können auch zwischen den konzentrischen Elektroden gebildete Behandlungszelleneinheiten verwendet werden.
Im Betrieb wird das zu behandelnde flüssige Lebensmittelprodukt, wie z. B. flüssige Milch oder natürlicher flüssiger Fruchtsaft, durch die Eingabeleitung 216 eingeführt, während elektrische Hochspannungsimpulse wiederholt an die metallischen Elektroden 204, 206 angelegt werden, und zwar mit einer Rate, die mit der Strömungsrate des Lebensmittelprodukts durch die Zone 202 koordiniert ist, so daß eine Vielzahl von zumindest zwei Impulsen angelegt wird während der Durchgangszeit der am schnellsten wandernden Bestandteile des durch die Zone 202 eingeführten Lebensmittelprodukts. Die Polarität der elektrischen Impulse kann umgekehrt werden nach abwechselnden Impulsen oder anderen Intervallen, so daß die ionischen Komponenten nicht ausgehen oder in den jeweiligen Zonen 212, 214 konzentriert werden. Darüberhinaus kann, wie in Fig. 3 gezeigt, die Behandlungszone mit Ablenkplatten versehen werden, um darin einen gewundenen Pfad bereitzustellen, um die minimale Verweilzeit des flüssigen Nährmittels in der Zone zu erhöhen.
Nach dem Austreten aus der Behandlungszone 202 wird die behandelte Flüssigkeit von der Zone durch die Leitung 218 geleitet, welche die Eingabeleitung zu einer anderen Behandlungseinheit 200 bilden kann. Die Länge der Flüssigkeit in der Behandlungsleitung 218 kann verhältnismäßig lang sein im Vergleich mit der Dicke der Behandlungszelle, um die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Zellen zu begrenzen.
Man wird erkennen, daß bei Abwesenheit der Kühlung zwischen den den Zellen 200 nachfolgende Zellen bei einer höheren Temperatur angesichts der ohmschen Erwärmung des behandelten flüssigen Lebensmittelprodukts arbeiten können. Da die Leitfähigkeit des Lebensmittelprodukts mit zunehmender Temperatur zur Zunahme tendiert, können höhere Ströme in einer darauffolgenden Zelle für ein gegebenes Impulspotential bereitgestellt werden, was die Lebensdauer des behandelten Produkts vorteilhaft erhöhen kann. Eine Vielzahl von zumindest zwei Behandlungszelleneinheiten 200 und vorzugsweise 3-10 solcher Einheiten können verwendet werden, um eine Einheit zur Behandlung mit elektrischen Impulsen, wie z. B. die Behandlungseinheit 180 von Fig. 1 zu bilden.
Wie gezeigt, ist es wichtig, daß ein im wesentlichen gleichförmiges elektrisches Feld innerhalb der gesamten Behandlungszone für das flüssige Nährmittel bereitgestellt wird. Falls ein gleichförmiges Feld nicht aufrechterhalten wird, können sich insbesondere bei höheren Feldgradientenpegeln oder bei Bedingungen einer Impedanz- Fehlanpassung zwischen der Hochspannungsquelle (z. B. einer Blumleinquelle) und der Behandlungskammer Stromfäden oder Strömungsbögen innerhalb der Behandlungszone entwickeln. Wenn elektrische Felder einen oberen Schwellenwert überschreiten, z. B. ungefähr 25 kV/cm für Milch, ändert sich die Feldverteilung innerhalb der Kammer sehr schnell nach dem Zünden, um Strömungsbögen zu ergeben. Diese führen zu einer sehr geringen Abtötung wegen ihrer kleinen Pfadfläche durch die Probe. Ein Überschreiten des Schwellenspannungswerts kann nicht nur große Bögen durch das flüssige Lebensmittelprodukt zwischen den Entladeelektroden erzeugen, welche die Behandlungskammer zerbrechen können und auf den Elektroden Gruben hinterlassen können, sondern können auch mehrfache kleine Strömungsbögen erzeugen, welche keinen sichtbaren Kammerschaden erzeugen, die jedoch keine richtige Behandlung der flüssigen Lebensmittelprodukte erzeugen.
Wie zuvor gezeigt, kann die gepulste elektrische Feldbehandlung bereitgestellt werden durch Anlegen eines gepulsten elektrischen Felds an eine Behandlungszone zwischen zwei Elektroden, welche ein im wesentlichen gleichförmiges Feld zwischen den Elektroden bereitstellen. Das zu behandelnde flüssige Lebensmittelprodukt kann auch einer gepulsten elektrischen Feldbehandlung unterworfen werden, indem man ein kontinuierliches elektrisches Feld mit hohem Gradienten in einer verhältnismäßig kleinen Behandlungszone erstellt und kontinuierlich und schnell das zu behandelnde flüssige Lebensmittelprodukt durch die kontinuierliche elektrische Feldzone mit hohem Gradienten hindurchtreten läßt.
Eine Apparatur 400 zur Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld, welche das flüssige Lebensmittelprodukt durch eine etablierte Behandlungszone mit einem elektrischen Feld mit hohem Gradienten hindurchtreten läßt, ist in Fig. 4 gezeigt. Die Apparatur umfaßt eine Vielzahl von Elektrodenreservoirzonen 404, 406, 408, 414, 416, 418, welche voneinander elektrisch isoliert sind durch eingreifende dielektrische Trennelemente 420, 422, 424, 430, so daß die einzige Einrichtung zum Durchtritt elektrischen Stroms und des flüssigen Lebensmittelprodukts selbst zwischen den Reservoirzonen eine oder mehrere kleine Durchtritte 432, 434, 440, 442 zwischen den Elektrodenreservoirzonen sind. Jede der Reservoirzonen kann auch im jeweiligen elektrischen Kontakt mit einer ionendurchlässigen Membran 454, 456, 458, 464, 466, 468 sein, wie z. B. einer kationendurchlässigen Membran von Lebensmittelqualität und zugeordneten metallischen Elektroden 455, 457, 459, 465, 467, 469. Ein geeigneter leitfähiger wäßriger Elektrolyt 474, 476, 478, 484, 486, 488, wie z. B. eine Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxid, -phosphat oder -karbonat sorgt für eine ionische Leitung zwischen den jeweiligen ionendurchlässigen Membranen und Metallelektroden von jedem der Elektrodenreservoirs. Andere geeignete Typen von Elektroden oder Einrichtungen zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit dem flüssigen Lebensmittelprodukt in den jeweiligen Reservoirzonen können auch verwendet werden.
Im Betrieb wird ein kontinuierliches Potential an jede der Elektroden von einer geeigneten Stromversorgung angelegt (nicht gezeigt) mit Hilfe von Kabeln 490, 492, 494, 496, 498, 500, so daß ein elektrisches Feld von zumindest 5000 V/cm durch die schlitzähnlichen Öffnungen 432, 434, 440, 442 zwischen den jeweiligen Elektrodenreservoirzonen 404, 406, 408, 414, 416, 418 erstellt wird. Die Länge der Öffnungen 432, 434, 440, 442 in der Richtung der Fluidwanderung zwischen den Elektrodenreservoirzonen ist verhältnismäßig klein, wodurch ein verhältnismäßig hoher Feldgradient innerhalb der Öffnung erzeugt wird.
Durch Einführen des zu behandelnden flüssigen Lebensmittelprodukts unter hohem Druck mit Hilfe der Einlaßleitung 402 kann das flüssige Lebensmittelprodukt mit einer hohen Geschwindigkeit durch die jeweiligen Öffnungen 432, 434, 440, 442 gezwungen werden. Da das gesamte flüssige Lebensmittelprodukt, welches von der Auslaßleitung 403 aus tritt, durch jede der Öffnungen 432, 434, 440, 442 hindurch getreten ist, erkennt man, daß das gesamte flüssige Lebensmittelprodukt effektiv einer Vielzahl von Behandlungen mit gepulsten hohen elektrischen Feldern unterworfen wird nach seinem Durch tritt durch die Vorrichtung 400.
Die durchschnittliche Verweilzeit des flüssigen Lebensmittelprodukts in jedem der Reservoirs 404, 406, 408, 414, 416, 418 sollte weniger als eine Minute sein und ist vorzugsweise weniger als fünf Sekunden. Die Geschwindigkeit des Lebensmittelprodukts durch die Öffnungen kann eingestellt werden, um die gewünschte Behandlungszeit innerhalb eines elektrischen Felds mit hohem Spannungsgradienten bereitzustellen.
Z.B. kann das flüssige Lebensmittelprodukt unter Druck bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 100 m/s durch die schlitzähnlichen Öffnungen mit einer Länge in der Richtung der Fluidwanderung von ungefähr 0,1 cm gezwungen werden, um eine Behandlungszeit von ungefähr 10 Mikrosekunden bereitzustellen. Die angelegte Spannung zwischen jeweiligen Elektrodenreservoirzonen kann in dem Bereich von 1000-2000 V sein.
Nachdem die Verfahren, Apparaturen und Verarbeitungssysteme der Fig. 1-5 im allgemeinen beschrieben worden sind, werden nun verschiedene Gesichtspunkte der Behandlung spezifischer flüssiger Lebensmittelprodukte mit einem gepulsten elektrischen Feld bei hoher Spannung unter Verwendung der Apparatur für eine Behandlung mit gepulstem elektrischen Feld vom Labormaßstab beschrieben. In Fig. 6 ist eine statische Testapparatur 600 für eine Behandlung mit gepulstem elektrischem Feld beschrieben, welche zwei im wesentlichen parallele Edelstahlelektroden 602, 604 hat, die eine Testkammer 608 mit einem zylindrischen Nylonabstandhalter 606 bilden. Die Kammer 608 hat eine Höhe von 2 cm und einen inneren Durchmesser von 10 cm, wenn sie an einem der beiden Enden durch die Elektroden abgedeckt ist.
Ein zu behandelndes flüssiges Nährmittel kann durch ein kleines Loch 610 in eine der Elektroden 602, 604 eingeführt werden, um die Kammer 610 vollständig zu füllen. Die dargestellte elektrische Impulsvorrichtung 612 umfaßt eine Hochspannungsstromversorgung 622, zwei 400 Kilohm-Widerstände 624, 626, zwei 50 Megohm-Widerstände 628, 630, eine Bank 632 von sechs parallel geschalteten 0,4 uF- Kondensatoren, einen Zündspaltschalter 634 und ein Ausgaberelais 636. Ein Strommonitor 638 und eine Spannungssonde 640 sind auch bereitgestellt zur Überwachung der Leistungsfähigkeit des Systems. Die elektrische Impulsvorrichtung 612 ist an eine Elektrode der Verarbeitungskammer mit flexiblen Kabeln 614, 616 und an die andere Elektrode mit Hilfe von Kabeln 618, 620 angeschlossen.
Im Betrieb wird die Füllöffnung 610 der Kammer 608 zum Erstellen von Temperaturmessungen verwendet. Hierfür wird ungefähr alle fünf Impulse ein Thermometer in die Kammer eingeführt, und die Temperatur wird gelesen, und dann wird die Kammer mit einer sterilen Lösung bis nach oben gefüllt, um die Flüssigkeit zu kompensieren, die durch die Einfügung des Thermometers entfernt wurde. Typischerweise stellt die Ersatzflüssigkeit weniger als ein Prozent des gesamten behandelten' Volumens dar.
Nach der Entladung der Impulsvorrichtung 612 hat die Kammer- Spannungswellenform eine abfallende exponentielle Form mit einer Wellenformzeitkonstanten, die gegeben ist durch das Produkt des Widerstands der Verarbeitungskammer und der Kapazität der Stromversorgung. Typische Spannungs- und Stromwellenformen für die Behandlung fluider Milch sind in Fig. 7 gezeigt, und zwar für eine charakteristische exponentielle Abfallzeit von ungefähr 20 Mikrosekunden. Die entsprechende "Behandlungszeit" steht in Beziehung zur Energiezufuhrzeit und ist daher die Hälfte der RC-Verzögerung. Die auf diese Art festgelegte Behandlungszeit ist ungefähr 10 Mikrosekunden für das Beispiel von Fig. 7.
Die für ein flüssiges Lebensmittelprodukt durch die Apparatur 600 von Fig. 6 bereitgestellte Behandlung zeit für eine besondere Kapazität und anfängliche Spannung ist eine Funktion des Widerstands des verarbeiteten flüssigen Lebensmittelprodukts. Der spezifische Widerstand von Lebensmittelprodukten kann stark schwanken (z. B. von ungefähr fünfzig Ohm/cm zu einigen hundert Ohm/cm). Darüberhinaus nahm der spezifische Widerstand eines flüssigen Lebensmittelprodukts typischerweise mit erhöhter Temperatur ab, so daß über einen Behandlungsverlauf, während dem die Temperatur des flüssigen Lebensmittelprodukts auf Grund ohmscher Erwärmung zunimmt, der Spitzenstrom auch zunimmt und die Behandlungszeit abnimmt. Der erhöhte Strom kann auch eine Deaktivierung erhöhen.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere nützlich im Hinblick auf die Konservierung, Dekontaminierung oder Haltbarkeitsausdehnung von Säften, Saftkonzentraten oder anderen Fruchtprodukten, die kontaminierende Mikroorganismen enthalten können, die von oder während der Verarbeitung der Quellfrucht auftreten.
In dieser Hinsicht wird eine Untersuchung der Wirkungen einer Behandlung mit gepulstem elektrischen Feld bei hoher Spannung auf einen frisch erzeugten natürlichen Orangensaft mit hohem Fruchtfleischanteil und einer kurzen Haltbarkeit durchgeführt unter Verwendung der Apparatur 600 von Fig. 6, die eine Elektrodenfläche von 78 cm² und eine Höhe von 2 cm hat. Eine Kapazität von 2,4 uF wurde in der Impulsvorrichtung 612 verwendet.
Insgesamt wurden 35 Hochspannungsimpulse an eine 156 Milliliter-Probe Orangensaft angelegt, der direkt von einem Lebensmittelladen gekauft wurde und der eine natürlich auftretende Mischung mikrobiologischer Verunreinigungen hat. Die mikrobiologische Population des gekauften Orangensafts war eine Mischung aus Hefen, Schimmeln und Bakterien mit vielen kleinen langsam wachsenden Kolonien, die in Plattenbeschichtungen beobachtet wurden. Der Behandlungsverlauf ist in Tabelle 1 gezeigt. Die Spannung reichte von 33,6 kV bis 35,7 kV über den Verlauf von 35 Impulsen, und der Strom stieg an von 5600 Ampere an dem fünften Impuls auf 9000 Ampere an dem zweiunddreißigsten Impuls. Somit war der Impedanzbereich für die Verarbeitungskammer mit dem Orangensaft 4 Ohm bis 6 Ohm.
Die Auswirkung der Behandlung war sehr stark mit mehr als 5 Logs (Basis 10) von beobachteter Inaktivierung an dem ersten Tag nach der Behandlung. Wie man aus Fig. 8 sehen kann, wurde eine Haltbarkeitsausdehnung von mehr als einer Woche über die normale Haltbarkeit von 3 Tagen hinaus beobachtet. Dem Orangensaft wurden zehn Tage später Proben entnommen, und man hat gefunden, daß er hinsichtlich Geschmack und Geruch akzeptierbar war. Die unbehandelte Probe erwies sich nach 4 Tagen als nicht akzeptierbar. Tabelle 1 Orangensaft mit hohem Fruchtfleischanteil mit elektrischer Behandlung Impulsanzahl Spitzenspannung Spitzenstrom (Ampere) Widerstand (Ohm) Spezifischer Widerstand (Ohm/cm) Temp. (ºC)
Für einen gegebenen Impuls wird das elektrische Spitzenfeld (in Einheit von kV/cm) bestimmt, indem man die oben gezeigte Spitzenspannung nimmt und durch 2 cm dividiert. Die Fläche der Behandlungskammer ist 78 cm². Die Impulsdauer ("RC-Zeit") ist gegeben durch das Produkt der Kapazität (2,4 uF) und des Widerstands.
Die mikrobiologischen Ergebnisse, welche erzielt wurden unter Verwendung von behandelten und nichtbehandelten (Kontroll-) Proben, die bei 9ºC (± 2ºC) nach der Behandlung ausgebrütet wurden, sind in Tabelle 2 gegeben. Koloniezählungen wurden an Proben durchgeführt, die seriell in einem sterilen salzhaltigen Medium verdünnt und an einem Standardplatten-Zählagar-Medium geschichtet wurden durch serielle (1/10) Verdünnungen, die mit einer sterilen salzhaltigen Lösung (0,87 Gew.% NaCl) als dem Verdünnungsmittel durchgeführt wurden. Fünf 25 Mikroliter-Tröpfchen jeder Verdünnung wurden auf eine Hälfte einer geteilten Standardplatten-Zählung sagarplatte aufgebracht (zwei Verdünnungen pro Platte) und bei 36ºC luftgetrocknet, bevor die Platte für die Inkubation umgedreht wurde. Tröpfchenkolonie-Zählungen wurden nach 24-48 Stunden nach dem Beschichten durchgeführt. Die Zählungen für jeden der 5 Tropfen wurden gemittelt. Der erzielte Mittelwert wurde 40· mit dem Verdünnungsfaktor multipliziert, um die ursprüngliche Zählrate/ml zu erzielen. Unter Verwendung dieser Technik ist eine minimale erfaßbare Zählrate ungefähr 400/ml. Wegen dieser Empfindlichkeitsgrenze wurden gelegentliche Verteilungsplatten vorbereitet durch Beschichten mit 1 mm unverdünnter Probe und 0,5 mm von 1/10 verdünnter Probe, um die Anzahl von Restorganismen und die Einleitung eines erneuten Wachstums zu beobachten. Tabelle 2 Kolonie in Orangensaft mit hohem Fruchtfleischanteil Zählraten nach elektrischer Behandlung Zeit nach der Behandlung (Std.) unbehandelt (CFU/ml) behandelt (10 Tage)
Die vorliegende Erfindung ist auch insbesondere nützlich bei der Konservierung, Dekontaminierung oder Haltbarkeitsausdehnung von Milch, Milchprodukten und von Milch oder Milchprodukten abgeleiteten flüssigen Nährmitteln, welche mikrobiologische Verunreinigungen auf Grund der Milchbasis enthalten können.
Um die Wirkung einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld auf Milch mit einer bekannten Menge spezifischer Mikroorganismen zu bestimmen, wurde homogenisierte und pasteurisierte Milch von einer kommerziellen Quelle gekauft, und ein im Labor herangezogener Escherichia Coli -ATCC-Stamm 10536 wurde hinzugefügt vor einer elektrischen Entladungsbehandlung bei einer Zellenkonzentration von 8,1 · 10&sup6; E. Coli pro ml. Diese Probe wurde in der zylindrischen Behandlungskammer mit 156 ml Volumen der Apparatur 600 von Fig. 6 behandelt, und zwar unter Verwendung von sechs parallel geschalteter 0,4 uF-Kondensatoren, die geladen wurden und dann durch die Milchprobe durch einen Zündspaltschalter mit der Erde verbunden wurden. Eine ausreichend langsame Behandlungsrate wurde verwendet, um eine Probenabkühlung zwischen Entladungen zu gestatten. Die Temperatur der mit Keimen versehenen Milchprobe zu Beginn der Behandlung war 13ºC. Die Behandlungshistorie ist in Tabelle 3 gegeben. Tabelle 3 Behandlungsverlauf von mit E. Coli geimpfter Milch Impulsanzahl Temp. (ºC) Spitzenspannung Spitzenstrom Diese Impulse wurden verwendet, um die Zelle vor 20 vollen Spannungsimpulsen zu prüfen.
Der Widerstand in Ohm bei Spitzenspannung- und Spitzenstrombedingungen kann für jeden Impuls berechnet werden durch dividieren des Spannungswerts durch den Stromwert. Der entsprechende Widerstandswert in Ohm/cm kann berechnet werden durch Multiplizieren dieses jeweiligen Widerstandswerts durch einen Faktor von 39 für die Apparatur von Fig. 6.
Die mikrobiologischen Ergebnisse, die unter Verwendung behandelter und unbehandelter (Kontroll-) Proben erzielt wurden, sind in Tabelle 4 dargestellt. Koloniezählungen wurden an Proben durchgeführt, die in einem sterilen salzhaltigen Medium seriell verdünnt wurden und auf einem Standardplatten-Zählagarmedium (Difco) geschichtet wurden, wie zuvor beschrieben. Der Abtötungsprozentsatz unmittelbar nach der Behandlung war 99,91% Tabelle 4 Zeit nach der Behandlung (Std.) unbehandelt (Zählrate/ml) behandelt (4 Tage) Diese Zählrate stellt eine gemischte Population von E.Coli und Milchbakterien dar, und ist daher nicht direkt mit den vorhergehenden Zahlen vergleichbar. Sie stellt jedoch eine obere Grenze dar.
Ein ähnlicher Testlauf wurde durchgeführt unter Verwendung von Milch, die vor der Behandlung mit einem Salmonella Dublin -Stamm geimpft wurde, der von dem California State Health Laboratory erhalten wurde.
In diesem Lauf wird eine homogenisierte und pasteurisierte Milch, die mit 3800 S.Dublin pro Millimeter geimpft wurde, 40 Hochspannungsentladungen über eine Zeitdauer von 25 Minuten ausgesetzt, wobei die Testapparatur von Fig. 6 mit den in Tabelle 5 dargebotenen Behandlungsparametern verwendet wurde. Tabelle 5 Behandlung von mit Salmonela Dublin geimpfter Milch Impulsanzahl Spitzenspannung (KV) Spitzenstrom (KA) Dichte (A/cm) Widerstand (Ohm) Spezifischer Widerstand (Ohm/cm) Temp. (ºC)
Das behandelte Produkt wird schnell auf 7-9ºC nach der Behandlung abgekühlt und bei dieser Temperatur gelagert. Es wird periodisch auf seinen mikrobiologischen Gehalt geprüft, wie zuvor beschrieben. Die Behandlungsergebnisse sind in Fig. 9 und in Tabelle 6 grafisch dargeboten.
Unmittelbar nach der Behandlung war die Kontrollzählrate 3800 S. Dublin während die behandelte Probe keine S. Dublin zeigte und weniger als 20 Milchbakterien zeigte. In dem Haltbarkeitstest wurden die Proben für eine Zeitdauer von 8 Tagen verfolgt. Nach einem Tag zeigte die Überprüfung eine Mischung von Milchbakterien und S. Dublin mit einer gesamten Zählrate von 4600/ml, während keine S. Dublin in der behandelten Probe gesehen wurden. Nach 192 Stunden (8 Tagen) zeigte die Kontrollprobe ein wesentliches Bakterienwachstum mit einer Zählrate von mehr als 107 Zählwerten/ml. Die behandelte Probe hatte andererseits nach 8 Tagen nur einen Bakterienzählwert von ungefähr 400/ml, und kein S. Dublin wurde während der gesamten Zeitdauer des Tests beobachtet. Diese Ergebnisse während der gesamten Zeitdauer des Tests beobachtet. Diese Ergebnisse können nahelegen, daß die Deaktivierung durch den Behandlungsprozeß mit einem gepulsten elektrischen Feld selektiv ist, und die S. Dublin werden gegenüber den Milchbakterien bevorzugt deaktiviert.
Im Falle der Kontrolle (unbehandelte Probe) wuchsen die Milchbakterien um soviel schneller als S. Dublin daß die Anwesenheit von S. Dublin in der Kontrolle nach einer Zeitdauer von 3 Tagen nicht beobachtbar war. Tabelle 6 Zeit nach der Behandlung (Std.) unbehandelt (Anzahl/ml) behandelt S = Salmonella Dublin B = Milchbakterien S + B = Gemischte Population von Salmonella Dublin und Milchbakterien
Verarbeitungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind besonders wirksam beim Erhöhen der Haltbarkeit von Joghurt, der ein fermentiertes Milchprodukt ist, das typischerweise durch eine gemischte Milchsäurebakterienkultur fermentiert wird, wie z. B. eine Mischung von S.Thermophilus und L. Bulgaricus. In dieser Hinsicht wurde ein Testlauf durchgeführt, wobei ein Joghurt verwendet wurde, der mit Saccharomyces Cerevisiae geimpft war. Dieser Testlauf zeigte die Möglichkeit an, eine Verarbeitung mit einem elektrischen Feld zu verwenden, um eine halbselektive Abtötung zu erzielen. Mehrfach-log-Verringerungen der Lebensfähigkeit können erzielt werden für verhältnismäßig große ovalförmige Hefe in Joghurt, während gleichzeitig damit behandelte Lactobacilli (verhältnismäßig klein und zylinderförmig) signifikant verringerte Verluste der Lebensfähigkeit zeigen (Stoffwechselfaktoren können auch eine Rolle in dieser differentiellen Abtötung spielen).
Tabelle 7 stellt den Behandlungsverlauf dar, zu dem die mit Hefe geimpfte Joghurtprobe in der elektrischen Entladungsvorrichtung 600 von Fig. 6 verarbeitet wurde. Tabelle 7 Impulsanzahl Temp. (ºC) Spitzenspannung (Volt) Spitzenstrom (Ampere)
Der Widerstand in Ohm bei Spitzenspannung- und Spitzenstrombedingungen kann für jeden Impuls durch Dividieren des Spannungswerts durch den Stromwert erzielt werden. Der entsprechende Wert des spezifischen Widerstands in Ohm-cm kann durch Multiplizieren dieses jeweiligen Widerstandswerts durch einen Faktor 39 für die Apparatur von Fig. 6 berechnet werden.
Das behandelte Produkt wird schnell abgekühlt und bei einer Temperatur von 7-9ºC gelagert. Die resultierende Behandlung auf Hefe- und Lactobacilli-Zählungen für behandelte Proben werden mit den Ergebnissen der unbehandelten Probe in Tabelle 8 verglichen. Tabelle 8 Zeit nach der Behandlung (Std.) Lagertemp. (ºC) Hefe Zählrate·10/ml unbehandelt behandelt Lactobacillus 0/ml Lagerung bei Raumtemperatur nach 6 Tagen zeigt an, daß überlebende Hefe anwesen war
Wie in Tabelle 8 gezeigt, wurde eine dramatische Verringerung der Hefelebensfähigkeit erzielt, während Lactobacilli innerhalb der behandelten Probe in einem geringeren Ausmaß beeinträchtigt wurden. Die Inkubation bei Raumtemperatur wurde nach 6 Tagen begonnen, um die Hefewachstumsrate zu erhöhen, um das Vorhandensein überlebender Hefe in der behandelten Probe zu verifizieren.
Experimente zur Haltbarkeitsausdehnung für Joghurtproben, die mit gemäßigten Pegeln von Hefe geimpft werden, wurden auch durchgeführt unter Verwendung der Testapparatur 600 von Fig. 6, wobei dem Behandlungsverlauf wie er in Tabelle 9 und Tabelle 10 dargeboten ist, gefolgt wird. Tabelle 9 Behandlungsverlauf für Joghurt + geringe Pegel Hefe Impulsanzahl Spitzenspannung (Volt) Spitzenstrom (Ampere) Widerstand (Ohm) spezifischer Widerstand (Ohm/cm) Temp. (ºC)
Die Ergebnisse der Haltbarkeitsuntersuchung des in Übereinstimmung mit Tabelle 9 behandelten Produkts ist grafisch in Fig. 10 dargestellt. Tabelle 10 Impulsanzahl Spitzenspannung (Volt) Spitzenstrom (Ampere) Widerstand (Ohm) spezifischer Widerstand (Ohm/cm) Temp. (ºC)
Die Ergebnisse der Haltbarkeitsuntersuchung des in Übereinstimmung mit Tabelle 10 behandelten Produkts ist grafisch in Fig. 11 gezeigt.
Wie zuvor gezeigt, können eine Steuerung der Verarbeitungstemperatur zusammen mit den Verarbeitungsparametern des elektrischen Felds für eine wesentliche Haltbarkeitsausdehnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung führen.
Dieser synergistische Effekt wurde gezeigt während Verarbeitungsexperimenten mit einem elektrischen Feld, die geringe Wiederholungsraten verwenden. Z.B. wurden sie an Milch, die mit S. Dublin geimpft war und unter ähnlichen Bedingungen des elektrischen Felds bei Wiederholungsraten von einer Entladung pro Minute bei verschiedenen Verarbeitungstemperaturen durchgeführt. Proben, die während der Behandlung auf weniger als 40ºC gehalten wurden, zeigen verschiedene Abtötungsniveaus (10% Überleben) unmittelbar nach der Behandlung, während Proben, die auf 50ºC während der Behandlung gehalten wurden, eine um einige Größenordnungen größere Abtötung (0,01% Überleben) zeigen. Unbehandelt zeigen Kontrollproben, die auf 50ºC für die Zeit gehalten werden, während der die Untersuchung mit gepulstem elektrischen Feld verwendet wird, im wesentlichen keinen Verlust an mikrobiologischer Lebensfähigkeit. Somit wird ein Synergismus gezeigt, der die Abtötung erhöht, die während einer kombinierten Verarbeitung mit Hitze und einem elektrischen Feld erzielt wird, wobei sie die bei der Verwendung der jeweiligen Behandlung allein gezeigte übersteigt.
In ähnlicher Weise hat die Inkubationstemperatur nach der Behandlung eine Wirkung auf die Langzeitantwort von Mikroorganismen. Z.B. sprach Milch, die Salmonella Dublin enthielt, die bei Bedingungen des elektrischen Feldes behandelt wurde, welche unmittelbar nach der Behandlung mäßige Abtötungen verursacht, unterschiedlich an, je nach der Inkubationstemperatur nach der Behandlung, wie es in Tabelle 11 dargeboten wird. Salmonella Dublin enthaltende Milch wurde mit mäßigen Pegeln eines elektrischen Felds bei einer Spitzentemperatur von ungefähr 40ºC behandelt. Identische Abschnitte der behandelten Milch wurden dann bei Raumtemperatur (19-22ºC) oder Kühltemperaturen (4ºC) ausgebrütet, wie es auch mit Teilen der gleichen Milch geschah, die nicht mit einem elektrischen Feld behandelt wurde. Die Koloniebildungsfähigkeit auf Standardplatten-Zählagar bei verschiedenen Zeiten nach der Behandlung ist in Tabelle 11 gegeben. Tabelle 11 Wirkung der Temperatur nach der Behandlung mit elektrischem Feld Zeit nach der Behandlung (Std.) Zählrate (·10³)/ml Lagerung bei 4ºC Unbehandelt Behandelt = zu zahlreich für eine Zählung
Die Auswirkung der Steuerung der Verarbeitungstemperatur ist auch dramatisch für Joghurt, der mit Hefe geimpft wurde. Die Ergebnisse bei Spitzentemperaturen von 45ºC und 55ºC gegenüber der Haltbarkeit sind in Fig. 12 gezeigt. Die Haltbarkeitsausdehnung war 10 Tage für eine 45ºC-Spitze und mehr als ein Monat für 55ºC.
Die obigen Messungen zeigen die Wirksamkeit des Synergismus der Hitze und des elektrischen Felds auf die Verringerung von sowohl kurzzeitiger als auch langzeitiger mikrobiologischer Lebensfähigkeit ("Haltbarkeit"). Insbesondere zeigen die Daten, daß der kombinierte Effekt im wesentlichen größer ist als der Effekt von Hitze oder elektrischem Feld allein.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung finden auch besondere Anwendung bei der Konservierung von Flüssigeiprodukten, die in unbehandelter Form eine besonders begrenzte Haltbarkeit haben und von Natur aus einer Salmonalla Dublin-Verunreinigung ausgesetzt sein können. Eine Reihe von Lebensmittelkonservierungstests unter Verwendung einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld bei hoher Spannung werden an Flüssigeiproben unter Verwendeung der Apparatur 600 von Fig. 6 durchgeführt. Die Tests werden durchgeführt an Flüssigvolleiprodukten, von denen ein Teil des Eigelbs entfernt worden ist, um die relative Konservierungswirkung der Pasteurisierung, der Zufügung chemischer Konservierungsmittel oder "Additive" (Kaliumsorbat und Zitronensäure) und eine elektrische Feldbehandlung von nichtpasteurisiertem Flüssigeiprodukt, pasteurisiertem Flüssigeiprodukt und pasteurisiertem Eiprodukt, welches chemische Konservierungsmittel enthält, zu bestimmen. Die Temperatur bei der Behandlung mit einem elektrischen Feld wird auch untersucht.
Ein erster Test wird durchgeführt, bei dem die Flüssigeiprobentemperatur während einer gepulsten elektrischen Behandlung auf weniger als 50ºC gehalten wird. Die Flüssigeiprobe ist nicht pasteuerisiert und enthält keine chemischen Konservierungsmittel. Die Behandlungsparameter einschließlich Spitzenspannung- und Spitzenstromwerte sind in der folgenden Tabelle dargeboten. Tabelle 12 Unpasteurisiertes Flüssig-Ei-Produkt Impulsanzahl Spitzenspannung (Volt) Spitzenstrom (Ampere) Widerstand (Ohm) spezifischer Widerstand (Ohm/cm) Temp. (ºC)
Um die Temperatursteuerung aufrechtzuerhalten, trat in dem Testlauf eine fünfminütige Warteperiode nach dem zwanzigsten Impuls auf. Eine Flüssigeiprobe, welche zuvor den Bedingungen einer Pasteurisierungs-Wärmebehandlung unterworfen wurde, wird auch einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld unterworfen. Die Behandlungsparameter sind in der folgenden Tabelle 13 dargeboten. Tabelle 13 Pasteurisiertes Flüssig-Ei-Produkt Impulsanzahl Spitzenspannung (Volt) Spitzenstrom (Ampere) Widerstand (Ohm) spezifischer Widerstand (Ohm/cm) Temp. (ºC)
Eine fünfminütige Ruheperiode wurde auf ähnliche Weise nach dem zwanzigsten Impuls in der in Tabelle 13 beschriebenen Behandlung eingeleitet.
Ein nichtpasteurisiertes Flüssigeiprodukt, welches Mengen von Konservierungsmittel Kaliumsorbat und Zitronensäure ("Additive") enthält, wird auch einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld unterworfen. Die Behandlungsparameter sind in Tabelle 14 dargeboten. Tabelle 14 Additive enthaltendes nichtpasteurisiertes Flüssig-Ei Impulsanzahl Spitzenspannung (Volt) Spitzenstrom (Ampere) Widerstand (Ohm) spezifischer Widerstand (Ohm/cm) Temp. (ºC)
Nach 15 Impulsen und nach 20 Impulsen wurde eine fünfminütige Testperiode eingeleitet, um die Temperatursteuerung aufrechtzuerhalten.
Eine pasteurisierte Flüssigeiproduktprobe, die Kaliumsorbat und Zitronensäure ("Additive") enthält, wird auch einer Hitzebehandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld unterworfen. Die Behandlungsparameter sind in Tabelle 15 dargeboten. Tabelle 15 Additive enthaltendes pasteurisiertes Flüssig-Ei-Produkt Impulsanzahl Spitzenspannung (Volt) Spitzenstrom (Ampere) Widerstand (Ohm) spezifischer Widerstand (Ohm/cm) Temp. (ºC)
Nach 15 und 20 Impulsen wird eine fünfminütige Ruheperiode eingeleitet, um die Temperatursteuerung aufrechtzuerhalten.
Eine pasteuerisierte Flüssigeiprobe, die Additive enthält, wird auch einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld unterworfen, wobei man die Temperatur auf ungefähr 60ºC anzusteigen läßt. Die Testparameter sind in Tabelle 16 dargeboten. Tabelle 16 Additive enthaltendes pasteurisiertes Flüssig-Ei-Produkt bei erhöhter Temperatur Impulsanzahl Spitzenspannung (Volt) Spitzenstrom (Ampere) Widerstand (Ohm) spezifischer Widerstand (Ohm/cm) Temp. (ºC)
Teile der elektrisch behandelten Proben werden daraufhin unmittelbar bei ungefähr 4ºC und ungefähr 10ºC jeweils gelagert und werden periodisch auf eine mikrobiologische Zählrate, wie zuvor diskutiert, geprüft, um die Haltbarkeit des Produkts zu untersuchen. Die Ergebnisse des Haltbarkeitstests sind in den Fig. 13-17 grafisch dargestellt.
Die ersten 6 Diagramme (Fig. 13-16) zeigen die Log-Zählraten (Basis 10) der Bakterienpopulation für pasteurisierte und nichtpasteurisierte Proben des Flüssigeiprodukts mit und ohne chemische Additive. Es werden Daten für eine Lagerung bei sowohl 4ºC als auch 10ºC vorgestellt.
In Fig. 13 stellt die Linie 1300 die logarithmischen Bakterienzählwertdaten für das bei 10ºC gelagerte pasteurisierte Kontrollprodukt dar, während die Linie 1302 die Daten für das bei 4ºC gelagerte pasteurisierte Kontrollprodukt darstellt. Die Linie 1304 stellt die Daten dar für das mit einem elektrischen Feld behandelte pasteurisierte Flüssigeiprodukt mit chemischen Additiven, das bei ungefähr 10ºC nach einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld gelagert wurde. Die Linie 1306 stellt auf ähnliche Weise die Daten dar für das mit dem elektrischen Feld behandelte pasteurisierte Flüssigeiprodukt mit chemischen Additiven, das nach einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld bei ungefähr 4ºC gelagert wurde.
Fig. 14 stellt die Haltbarkeitstestdaten für nichtpasteurisiertes und pasteurisiertes Flüssigeiprodukt mit Additiven bei 4ºC dar. Die Linie 1400 stellt die Speicherdaten dar für die nichtpasteurisierte Kontrollprobe mit Additiven, jedoch ohne eine Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld, während die Linie 1402 auf ähnliche Weise die Lagerdaten für die pasteurisierte Kontrollprobe mit Additiven darstellt, die keiner Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld unterworfen wurden. Die Linie 1404 stellt die Daten dar für das nichtpasteurisierte, Additive enthaltende Produkt, das einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld unterworfen wurde, während die Linie 1406 die Lagerdaten für das pasteurisierte Additive enthaltende Produkt darstellt, das einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld unterworfen wurde. Die Daten zeigen auf ähnliche Weise die durch die Behandlung mit dem gepulsten elektrischen Feld bereit gestellte wesentliche Zunahme der Haltbarkeit.
Ähnlich stellt Fig. 15 die Daten dar, die das nichtpasteurisierte und pasteurisierte Flüssigeiprodukt bei 4ºC Lagertemperatur vergleichen. Die Linien 1500 und 1502 stellen jeweils Lagerdaten dar für die nichtpasteurisierten und pasteurisierten Kontrollproben. Die Linien 1504 und 1506 zeigen jeweils die mikrobiologische Halbarkeitsausdehnung, die für das nichtpasteurisierte Eiprodukt und das pasteurisierte Eiprodukt bereitgestellt wird, die der Behandlung mit einem gepulsten elektrische Feld unterworfen wurden.
Fig. 16 stellt auf ähnliche Weise mikrobiologische Lagerdaten dar für nichtpasteurisiertes und pasteurisiertes Flüssigeiprodukt mit Additiven bei einer Lagertemperatur von ungefähr 10ºC. Die Linien 1600 und 1602 stellen jeweils die Daten für die nichtpasteurisierte und pasteurisierte Steurungsprobe mit Additiven dar. Die Linien 1604 und 1606 stellen jeweils die entsprechenden Daten dar für das nichtpasteurisierte Eiprodukt, welches Additive enthält, und das pasteurisierte Eiprodukt, welches Additive enthält, die einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld unterworfen wurden.
Fig. 17 zeigt die Zählrate über eine Zeitdauer von 28 Tagen, wobei die Temperatur der Probe während der Behandlung auf ungefähr 60ºC erhöht war (Tabelle 16). Die Linien 1700 und 1702 stellen jeweils die Daten dar für die Kontrollprobe mit pasteurisiertem Flüssigeiprodukt, welche Additive bei einer jeweiligen Lagertemperatur von 10ºC und 4ºC enthält. Die Linie !704 stellt die Verbesserung dar, die für das Flüssigeiprodukt mit Additiven durch eine Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld bei einer erhöhten Behandlungstemperatur bereitgestellt wird, während die Linie 1706 die Daten darstellt für das pasteurisierte Flüssigeiprodukt mit Additiven, das einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld bei der erhöhten Behandlungstemperatur unterworfen wurde und daraufhin bei einer Temperatur von ungefähr 4ºC gelagert wurde. Die in der Linie 1706 aufgezeigte Haltbarkeitsausdehnung stellt eine bemerkenswerte Haltbarkeitsausdehnung dar. Es wurden in der Tat überhaupt keine Zählwerte durch das Standardplatten-Zählverfahren beobachtet, was weniger als 400/cm³ bedeutet. Letztendlich wurden Zählwerte durch die empfindlichere Verteilungsplattenmessung erfaßt.
Diese Ergebnisse zeigen eine signifikante Haltbarkeitsausdehnung auf, die durch eine Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld bereitgestellt wird. Die Testdaten der Probe von Tabelle 16 demonstrieren weiterhin eine signifikante Ausdehnung der Haltbarkeit durch Bereitstellen einer Behandlung mit einem gepulsten elektrischen Feld bei erhöhter Temperatur. Die Behandlung stellt eine Zunahme der Haltbarkeit auf über 28 Tage bei einer Lagerung von 4ºC dar. Die psychrophile und mesophile Zählrate waren unterhalb der Erfassung s grenze der Plattenzählung mit ungefähr 400/cm³ für über 28 Tage. Durch Verwenden einer Verteilungsplatte wurde eine mesophile Zählrate von 100/cm³ bei Tag 18 erfaßt, die 200/cm³ bei Tag 28 erreichte. Man glaubt, daß die psychrophile Zählrate von der Größenordnung der mesophilen Zählrate oder weniger ist, und zwar bei weniger als 400/cm 3 bei Tag 28. Die Probe wurde bei Tag 25 in zwei Teile aufgeteilt, und die Lagertemperatur des einen Teils wurde auf 12ºC erhöht, wodurch die Zählrate von 200 auf 10&sup5; in 3 Tagen (Tag 28) hochgehen, wodurch demonstriert wurde, daß das Medium ein lebensfähig er Nährstoff für die verbleibenden wenigen Mesophilen ist. Diese Ergebnisse sind ähnlich der zuvor beschriebenen langen Haltbarkeitsausdehnung hinsichtlich der Strombehandlung von Joghurt mit einem gepulsten elektrischen Feld. Es wurden keine Salmonella Dublin in irgend einer der mit einem gepulsten elektrischen Feld behandelten Proben des Flüssigeiprodukts beobachtet, doch wurden sie in nichtpasteurisierten Proben (mit und ohne chemische Additive) beobachtet. Diese Ergebnisse sind konsistent mit der Behandlung von roher Milch mit einem gepulsten elektrischen Feld, welche mit Salmonella Dublin geimpft wurde, wie zuvor beschrieben.
Somit erkennt man, daß verbesserte Verfahren und Apparaturen für die Konservierung flüssiger Nährmittel, wie z. B. Milchprodukten. Fruchtsäften und Flüssigeiprodukten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wurden.

Claims

1. Verfahren zum Konservieren eines flüssigen Nährmittels, welches ein mikrobiologisches Nährmedium ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Aussetzen des flüssigen Nährmittels einer sequentiellen Vielfalt von Impulsen eines hohen elektrischen Feldes, wobei jedes eine minimale Feldstärke von zumindest 5000 Volt/cm hat und jeweils eine Dauer von zumindest ungefähr 1 Microsekunde hat, um ein mit einem gepulsten elektrischen Feld behandeltes flüssiges Nährmittel bereitzustellen,

Aufrechterhalten des mit einem gepulsten elektrischen Feld behandelten flüssigen Nährmittels unter im wesentlichen sterilen Bedingungen und Verpacken des mit einem gepulsten elektrischen Feld behandelten flüssigen Nährmittels, um ein verpacktes Lebensmittelprodukt mit einer ausgedehnten Haltbarkeit bereitzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gesamte flüssige Nährmittel zumindest einem elektrischen Feldimpuls bei einer Temperatur von mindestens 45ºC ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das flüssige Nährmittel schlagartig auf eine Kühltemperatur von weniger als 10ºC gekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das flüssige Nährmittel in eine Vielzahl der Behandlungszonen sequentiell eingeführt wird und wobei das flüssige Nährmittel entgast wird, indem man das flüssige Nährmittel Vakuumzuständen unterwirft in zumindest einer Entgasungszone nach dem Durchtritt durch zumindest eine der Behandlungszonen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das flüssige Nährmittel in eine Behandlungszone zwischen zwei Elektroden eingeführt wird, welche ein im wesentlichen gleichförmiges elektrisches Feld dazwischen erzeugen, und wobei elektrische Hochspannungsimpulse an die Elektroden angelegt werden, um das flüssige Nährmittel einer Mehrfach-Impuls-Behandlung zu unterwerfen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das flüssige Nährmittel kontinuierlich durch zumindest eine der Behandlungszonen mit einer derartigen Geschwindigkeit transportiert wird, daß das flüssige Nährmittel zumindest zwei Impulsen innerhalb der zumindest einen Behandlungszone unterworfen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine sequentielle Vielzahl der Impulse die gleiche elektrische Feldpolarität haben.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine sequentielle Vielzahl der Impulse eine abwechselnde elektrische Feldpolarität haben.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das flüssige Nährmittel kontinuierlich durch eine Öffnungszone beschränkter Länge und Querschnittsfläche von einer ersten Elektrodenzone zu einer zweiten Elektrodenzone gezwungen wird, und wobei ein elektrischer Strom kontinuierlich zwischen der ersten Elektrodenzone und der zweiten Elektrodenzone durch das flüssige Nährmittel geleitet wird, so daß ein elektrisches Feld von zumindest 5000 Volt/cm in der beschränkten Öffnungszone aufrechterhalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Durchtrittsgeschwindigkeit des flüssigen Lebensmittelsprodukts durch die beschränkte Öffnungszone hohen Feldes eine effektive Impulsbehandlungszeit von zumindest 1 Microsekunde für das Nährmittel bereitstellt, wenn es durch die beschränkte Zone hindurchgezwungen wird.

11. Apparatur zur Behandlung mit einem gepulsten Feld zum Konservieren flüssiger Nährmittel, wobei die Apparatur eine Behandlungskammer für ein elektrisches Feld aufweist, welche aufweist:

eine erste Elektrodeneinrichtung zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit flüssigem Nährmittel welches neben der ersten Elektrodeneinrichtung in der Kammer angeordnet ist, eine von der ersten Elektrodeneinrichtung beabstandete zweite Elektrodeneinrichtung zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit flüssigem Nährmittel, welches in der Kammer zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweiten Elektrodeneinrichtung angeordnet ist, eine Einlaßleitungseinrichtung zum Einführen eines zu behandelnden flüssigen Nährmittels in die Behandlungskammer mit elektrischem Feld, eine Auslaßleitungseinrichtung zum Ausstoßen von Fluid-Lebensmittelprodukten, welche durch die Behandlungskammer hindurchgetreten sind, eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Hochspannungsimpulses an die erste und die zweite Elektrodeneinrichtung mit einer Geschwindigkeit von zumindest einem Impuls pro Minute, um ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden durch ein dazwischenliegendes flüssiges Nährmittel von zumindest 5000 Volt/cm bereitzustellen und eine Einrichtung zum Pumpen eines flüssigen Nährmittels durch die Einlaßleitungseinrichtung mit einer Geschwindigkeit, daß das ganze flüssige Nährmittel zumindest zwei Impulsen beim Durchgang durch die Hochspannungsbehandlungszone unterworfen wird, bevor es von der Kammer durch die Auslaßleitungseinrichtung geleitet wird.

12. Apparatur nach Anspruch 11, wobei die Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Hochspannungsimpulses elektrische Hochspannungsimpulse an die erste und zweite Elektrodeneinrichtung mit einer Geschwindigkeit von zumindest einem Impuls pro Sekunde bereitstellt, und wobei die Apparatur weiterhin aufweist:

eine Einrichtung zum Erwärmen des flüssigen Nährmittels auf eine vorbestimmte Temperatur von zumindest 45ºC vor der Einführung durch die Behandlungskammer und eine Einrichtung zum Kühlen des flüssigen Nährmittels, welches durch die eine oder mehrere Behandlungszonen hindurchgetreten ist, auf eine Kühltemperatur im Bereich von 0ºC bis 10ºC.

13. Apparatur nach Anspruch 11, wobei die erste und zweite Elektrodeneinrichtung ausgelegt sind, um eine direkte Elektrolyse des flüssigen Nährmittels nach Anlegen eines gepulsten elektrischen Feldes daran zu verhindern, wobei die Apparatur eine elektrisch leitende Elektrolysenelektrode zum Anlegen eines gepulsten elektrischen Stroms und eine ionenpermeable Membran zum Kontaktieren des flüssigen Nährmittels aufweist.

14. Behandlungsapparatur für ein elektrisches Feld zum Konservieren eines flüssigen Nährmittels, wobei die Apparatur aufweist:

eine Einrichtung zum Festlegen einer ersten Elektrodenreservoirzone, eine Einrichtung zum Festlegen einer zweiten Elektrodenreservoirzone, eine Einrichtung zum Festlegen einer beschränkten Öffnung zwischen der ersten Reservoirzone und der zweiten Reservoirzone, eine Einrichtung zum kontinuierlichen Leiten eines elektrischen Stroms in flüssiges Nährmittel zwischen der ersten Reservoirzone und der zweiten Reservoirzone und durch die zumindest eine beschränkte Öffnung, um einen elektrischen Feldgradienten in der betreffenden Öffnung von zumindest 5000 Volt/cm bereitzustellen, und eine Einrichtung zum Zwingen des flüssigen Nährmittels von der ersten Elektrodenreservoirzone durch die beschränkte Öffnung in die zweite Reservoirzone mit einer Geschwindigkeit, welche eine effektive Impulsfeld-Behandlungszeit in der beschränkten Öffnung von zumindest einer Mikrosekunde bereitstellt.

15. Apparatur nach Anspruch 14, wobei die Einrichtung zum Zwingen des flüssigen Nährmittels von der ersten Elektrodenreservoirzone durch die beschränkte Öffnung in die zweite Elektrodenreservoirzone eine effektive elektrische Impulsbehandlungszeit in der beschränkten Öffnung im Bereich von 5 bis 100 Mikrosekunden bereitstellt.

16. Apparatur nach Anspruch 14, wobei die Einrichtung ausgelegt ist, um das flüssige Lebensmittelprodukt auf einen Differenzdruck von zumindest 3,4 · 10&sup5; Pa zwischen der ersten und zweiten Reservoirzone mit Druck zu beaufschlagen.

17. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das flüssige Nährmittel einem Differenzdruck von zumindest 3,4 · 10&sup5; Pa zwischen der ersten und zweiten Reservoirzone ausgesetzt wird.

18. Apparatur nach Anspruch 11, welche eine Einrichtung aufweist, um das flüssige Nährmittel einem geeigneten Vakuum zu unterwerfen, um zu verhindern, daß gelöste Gase und/oder Produktblasen die Entwicklung eines im wesentlichen gleichförmigen elektrischen Felds in der Behandlungskammer mit elektrischem Feld beeinträchtigen.

19. Apparatur nach Anspruch 18, wobei die Einrichtung angeordnet ist, um gelöstes Gas und/oder Produktblasen von dem flüssigen Nährmittel zu entfernen, bevor es in die Behandlungskammer mit elektrischem Feld eintritt.

20. Verfahren nach Anspruch 1, welches den folgenden Schritt aufweist: Unterwerfen des flüssigen Nährmittels einem Vakuum, um zu verhindern, daß gelöste Gase und/oder Produktblasen die Entwicklung im wesentlichen gleichförmiger elektrischer Impulse beeinträchtigen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt des Unterwerfens aufweist: Entfernen gelösten Gases und/oder Produktblasen von dem flüssigen Nährmittel vor dem Schritt, bei dem das flüssige Nährmittel den Impulsen eines hohen elektrischen Felds unterworfen wird.