DE4206978A1

DE4206978A1 - Verfahren und vorrichtung zur abtoetung von mikroorganismen

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Publication number: DE4206978A1
Application number: DE19924206978
Authority: DE
Inventors: Franz Prof Roiner; Klaus Kohrs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-01-14
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1993-07-29

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtötung von Mikroor ganismen in einem gasförmigen und/oder flüssigen und/oder pastö sen Medium. Soweit das Medium gasförmig ist, kann es Trockenmas se und/oder Feuchtigkeit enthalten. Ferner betrifft die Erfin dung eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfah rens.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für Milch und/ oder Milchprodukte geeignet. Es ist aber auch für alle anderen gasförmigen, flüssigen und/oder pastösen Medien geeignet, in denen sich Mikroorganismen befinden. Unter Mikroorganismen wer den dabei Bakterien, Viren, Schimmelpilze, Sporen, Zellen und/ oder Hefen und/oder sonstige Mikroorganismen verstanden. Als Medien, in denen sich abzutötende Mikroorganismen befinden, kommen neben Milch und/oder Milchprodukten insbesondere folgende Medien in Betracht: Blut, Flüssigei, Marmelade, Fruchtsäfte, Bier, Wein.

Zur Abtötung von Mikroorganismen ("Keimen", insbesondere pathoge nen Keimen) in Medien sind bereits verschiedene Verfahren be kannt. So kann beispielsweise Milch durch folgende Verfahren behandelt werden: Dauererhitzung, Kurzzeiterhitzung, Hocher hitzung, Ultrahocherhitzung und Sterilisierung. Bei den beiden letztgenannten Verfahren soll eine vollständige Abtötung der Mikroorganismen erreicht werden. Bei den übrigen Verfahren wird nur eine teilweise Abtötung der Mikroorganismen erreicht (also eine "Reduzierung" der Mikroorganismen).

Es wurde allerdings kürzlich entdeckt, daß auch bei der Ultra hocherhitzung auf 135°C oder mehr gewisse Sporen nicht abge tötet werden. Der Keim "Germanicus" ist nach derzeit vorliegen den Erkenntnissen bis 145°C resistent.

Insbesondere im Labormaßstab wurden bereits Ultraschallbehand lungen in nicht bewegten Medien (oftmals in destilliertem Was ser, aber auch in Vollmilch) durchgeführt. Allerdings waren die Erfolge nicht durchschlagend, weil das Medium ruhte, die zeit liche Ultraschallbehandlung viel zu lange (bis zu 30 min.) und die eingesetzte Energie (bis zum 250 Watt) viel zu niedrig war. Bei einer derartigen Behandlung haben Mikroorganismen (MO) immer ausreichend Gelegenheit zur Anpassung; sie sind dann in der Lage, die Prozedur zu überstehen.

Aus der Literaturstelle "Stomatol DDR" (1975 August) 25 (8) 551-3 ist es bekannt, Geräte, Werkzeuge und Arbeitsprodukte in einer Reinigungslösung in Verbindung mit Ultraschall zu behandeln.

Aus J. APPL. Bacteriol. 71 (5) 1991, 445-451 ist eine Untersu chung bekannt, die zum Ziel hatte, die Hitzeresistenz von Sporen durch eine kombinierte Anwendung von Ultraschall und Hitze zu reduzieren. Die Ultraschallbehandlung wurde mit einer Frequenz von 20 kHz und einer Leistung von 120 Watt bei 12°C über 30 min. durchgeführt. Das mit Ultraschall behandelte Medium wurde inhaltsstoffmäßig verwendet.

Aus SCR MED (BRNO) 63 (7) 1991, 437-442 sind Untersuchungen be kannt, Ultraschallzerkleinerer mit einer Frequenz von 22 kHz und einer Oszillationsamplitude von 48 mm sowie mit einer Frequenz von 20 kHz und einer Oszillationsamplitude von 110 mm einzuset zen. Die Ergebnisse zeigten, daß dabei keine exakte Sterilisa tion eintrat. Aus APPL ENVIRON Mikrobil. 57 (7) 1991, 2079-2084 ist es bekannt, eine sich ausbreitende Ultraschallenergie mit einer Frequenz von 26 kHz zu benutzen, um in einer wäßrigen Suspension mit verschiedenen Bakterienkulturen die keimtötende Wirkung von Ultraschall beurteilen zu können. Es zeigte sich, daß bei dieser Behandlung mit zunehmender Dauer der Behandlung und zunehmender Intensität signifikante Veränderungen eintreten. Die Zeitdauer der Behandlung und die Intensitätsdauer führen je doch zu irreversiblen Veränderungen der sonstigen Inhaltsstoffe.

Aus J. of Applied Bacteriology (1989) 67 (6) 619-628 ist eine Behandlung mit Ultraschallwellen zur Reduzierung der Hitzeein wirkung bei Sterilisationsmaßnahmen in Milch und anderen Lebens mitteln bekannt. Die Ultraschallbehandlung wurde vor der Hitze behandlung mit einer Frequenz von 20 kHz und einer Leistung von 150 Watt für 15 min. bei 31°C durchgeführt; es wurde also die Ultraschallbehandlung (Beschallung) mit der Hitzebehandlung (31°C) kombiniert. Es zeigte sich, daß in destilliertem Wasser sig nifikante Reduzierungen bei 70 bis 95°C eintraten. Allerdings konnte auch hierbei keine befriedigende Sterilisation erreicht werden.

Aus der DE-OS 24 38 067 ist ein Sterilisationsverfahren bekannt, bei dem ein zu sterilisierender Gegenstand in einer nicht-letale Umgebung gebracht wird und unter Aufrechterhaltung dieser Umgebung einer Ultraschallvibration unterzogen wird.

Alle soeben erwähnten, zum Stand der Technik aufgeführten Verfah ren haben erhebliche Nachteile, da alle diese Verfahren in unbe wegten Medien mit langer (1 min. bis 30 min.) Beschallungsdauer durchgeführt wurden und außerdem in keinem Fall eine für Halt barkeitszwecke und Sterilisationszwecke befriedigende Keimabtö tung erreicht worden ist. Im Falle einer signifikanten Verände rung (J. of Applied Bacteriology (1989) 67 (6) 619-628) wurden sonstige Inhaltsstoffe irreversibel geschädigt.

Eine sinnvolle wirtschaftliche Anwendung, insbesondere ein kon tinuierlicher Ablauf, sowie die Erhaltung bzw. Verbesserung der ernährungsphysiologischen und sensorischen Wertigkeit ist bei allen aufgezeigten Verfahren nicht möglich.

In vielen Fällen wird eine Ultraschallbehandlung zur Reinigung von Gegenständen verwendet, jedoch nicht zur Keimabtötung. In einem anderen Fall werden Gegenstände in nicht-letaler Umgebung in Vibration gebracht. Auch diesen Verfahren haften bezüglich einer zufriedenstellenden Keimabtötung erhebliche Nachteile an. Sie werden in nicht bewegten Medien, in Reinigungsflüssigkeiten bzw. in einer nicht-letalen Umgebung durchgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und ein verbessertes Verfahren zur Abtötung von Mikroorganismen in einem gasförmigen, flüssigen und/oder pastösen Medium vorzuschla gen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Me dium für einen Zeitraum von höchstens 60 sec. mit Ultraschall einer Frequenz von mindestens 20 kHz und einer Leistung von min destens 2000 Watt behandelt wird, wobei das Medium bewegt wird. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch die Mikroorganismen teilweise oder vollständig abgetötet werden können. Als weiterer vorteil hafter Effekt der Ultraschallbehandlung ergibt sich eine Homoge nisierung des Mediums. Während der Ultraschallbehandlung wird das Medium bewegt; dies kann dadurch erfolgen, daß das Medium fließt und/oder strömt. Die Ultraschallbehandlung wird also in einem bewegten und/oder fließenden und/oder strömenden Medium durchgeführt.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß der nach Anspruch 1 durchzuführenden Ultraschallbehandlung eine Ultraschallbehandlung eines bewegten oder unbewegten mikro organismenhaltigen Mediums bei Temperaturen von 0 bis 50°C, vor zugsweise 45°C, und einer Intensität von 1800 Watt oder mehr sowie einer Beschallungsdauer von 30 bis 60 sec. derart voraus geht, daß die Wasseraktivität im Medium durch Oberflächenver änderung der dispergierten, emulgierten und gelösten Stoffe im zu behandelnden Medium geändert wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich net, daß die nach der soeben erläuterten vorteilhaften Weiterbil dung durchgeführte Ultraschallbehandlung durch Impulsbeschallung und/oder durch Mehrfachbeschallung und/oder durch unterschied lich gerichtete Beschallung bei Temperaturen von 0 bis 50°C, einer Beschallungsdauer von 30 bis 60 sec. und einer Intensität von 500 bis 2500 Watt zu einer Oberflächen- und/oder Membranände rung der Mikroorganismen führt.

Vorzugsweise wird das Medium mit gerichtetem Ultraschall behan delt. Die Ultraschallwellen sind also gerichtet; es wird eine "gerichtete Ultraschallbehandlung" durchgeführt.

Die Ultraschallbehandlung wird vorzugsweise bei variierenden Temperaturen durchgeführt. Vorzugsweise beträgt die Temperatur des Mediums 0 bis 100°C.

Vorzugsweise wird die Behandlung mit Ultraschall bei erhöhter Temperatur durchgeführt. Es hat sich gezeigt, daß die Ultra schallbehandlung zum Zwecke der Mikroorganismen- Abtötung in einem Temperaturbereich von 25 bis 50°C zwar funktioniert, aber wenig effektiv ist. In diesem Bereich entfalten nämlich die Mikroorganismen eine verhältnismäßig rege Stoffwechseltätigkeit. Die Ultraschallbehandlung wird folglich vorzugsweise mit einer Temperatur durchgeführt, die mindestens 60°C beträgt. Ab dieser Temperatur läßt sich eine deutliche Verbesserung der Ergebnisse feststellen. Es ist bei bestimmten Bedingungen bereits möglich, die Mikroorganismen nicht nur zu reduzieren, also nicht nur eine teilweise Abtötung der Mikroorganismen herbeizuführen, sondern die Mikroorganismen abzutöten, also eine vollständige Abtötung der Mikroorganismen zu erreichen. Nach einer weiteren vorteil haften Weiterbildung wird die Ultraschallbehandlung bei einer Temperatur von mindestens 70°C durchgeführt. Es hat sich ge zeigt, daß ab dieser Temperatur die Mikroorganismen vollständig abgetötet werden können.

Es ist ferner vorteilhaft, die Behandlung mit Ultraschall bei erniedrigter Temperatur durchzuführen. Praktische Versuche haben ergeben, daß auch bei einer erniedrigten Temperatur die Mikroor ganismen besonders effektiv abgetötet werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Temperatur höchstens 15°C beträgt. Bei einer Temperatur von höchstens 10°C ist eine weitere Stei gerung der Effektivität des Verfahrens möglich.

Vorzugsweise wird die Behandlung mit Ultraschall während einer vorbestimmten Zeit durchgeführt. Praktische Versuche haben erge ben, daß im Prinzip mit der Dauer der Ultraschallbehandlung die Anzahl der abgetöteten Mikroorganismen ansteigt. Vorzugsweise beträgt die Ultraschall-Behandlungszeit mindestens 10 Sekunden. Bei einer Erhitzung auf 85°C ist es dann möglich, alle Mikro organismen in Milch abzutöten. Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung beträgt die Zeitdauer der Behandlung mit Ultra schall mindestens 30 Sekunden. Eine vollständige Abtötung der Mikroorganismen ist dann in Milch möglich, wenn die Temperatur höchstens 10°C oder mindestens 70°C beträgt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung beträgt die Zeitdauer der Ultraschallbehandlung mindestens 45 Sekunden. Dann kann in Milch eine vollständige Abtötung der Mikroorganismen erreicht werden, wenn die Temperatur mindestens 60°C beträgt.

Es hat sich gezeigt, daß um so mehr Mikroorganismen abgetötet wer den, je geringer die Viskosität des Mediums ist. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist deshalb dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Ultraschall bei verringerter Viskosität des Mediums durchgeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einem pH-Wert von 7, also in einem neutralen Medium, durchgeführt werden. Es ist allerdings vorteilhaft, wenn der pH-Wert von 7 verschieden ist, wenn das Medium also mehr oder weniger sauer oder basisch ist.

Vorzugsweise ist der pH-Wert des Mediums geringer als 7. Dies ist besonders bei Milch von Bedeutung, weil die Eiweißbindungen in der Milch aufgelöst werden, wenn der pH-Wert über 7 liegt.

Bei anderen Medien kann statt einer Verringerung des pH-Wertes auch eine Steigerung des pH-Wertes über 7 vorgenommen werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Tempe ratur des Mediums während der Behandlung mit Ultraschall auf einer konstanten Temperatur gehalten. Durch die Behandlung mit Ultraschall wird Energie in das Medium eingebracht, die norma lerweise zu einer Temperatursteigerung in dem Medium führt. Um zu verhindern, daß dadurch die höchstzulässige Temperatur überschritten wird, wird das Medium derart gekühlt, daß seine Temperatur gleich bleibt. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die optimale und höchstzulässige Temperatur während des Verfahrens beibehalten wird. Von besonderer Bedeutung ist dies für Flüssigei, das keinesfalls bestimmte Temperaturen über schreiten darf.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich net, daß die Behandlung mit Ultraschall zunächst bei erhöhter Temperatur und anschließend bei erniedrigter Temperatur durch geführt wird. Bei diesem zweistufigen Verfahren ist es nicht unbedingt erforderlich, daß bereits in der ersten Stufe, also bei erhöhter Temperatur, alle Keime abgetötet werden. Folglich muß die Temperatur der ersten Stufe nicht ganz so hoch gewählt werden, wodurch das Medium geschont wird. Hierdurch kann eine gewisse Steigerung der Naturbelassenheit erreicht werden. Es ist aber auch möglich, die erste, erhöhte Temperatur so hoch wie bei einer ausschließlichen Behandlung bei erhöhter Temperatur zu wählen. In diesem Fall wird die erreichbare Sicherheit verdop pelt.

Es ist auch möglich, das umgekehrte Verfahren durchzuführen, die Behandlung mit Ultraschall also zunächst bei erniedrigter Tempe ratur und anschließend bei erhöhter Temperatur durchzuführen. In beiden Fällen ist unter einer "erhöhten" Temperatur die oben beschriebene erhöhte Temperatur zu verstehen, ebenso eine "ernie drigte" Temperatur.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das Medium vor, während und/oder nach der Ultraschallbehandlung mit Mikro wellen bestrahlt. Durch diese Mikrowellenbestrahlung kann die erforderliche Temperatur eingestellt werden. Es ist ferner mög lich, statt dessen oder zusätzlich durch die Ultraschallbehand lung die Effektivität der Mikroorganismen-Abtötung zu steigern.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden das Me dium und damit die darin befindlichen Mikroorganismen, Zellen, Sporen und dergleichen einer variierenden Ultraschallintensität ausgesetzt. Die Ultraschallintensität kann ansteigend sein. Sie kann aber auch abfallend sein. Sie kann ferner zunächst anstei gend und dann abfallend sein. Schließlich kann die Ultraschall intensität auch zunächst abfallend und dann ansteigend sein.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich net, daß die unterschiedlichen Ultraschallintensitäten impuls artig durchgeführt und/oder kurzfristig unterbrochen werden. Vorzugsweise werden die impulsartig durchgeführten und/oder kurzfristig unterbrochenen unterschiedlichen Ultraschallinten sitäten durch eine Mikrowellenbehandlung begleitet, deren Zeit dauer vorzugsweise 3 sec - bevorzugt weniger als 3 sec. beträgt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Bewegung des Mediums zur Ultra schallquelle hin oder von der Ultraschallquelle weg oder quer zur Ultraschallquelle gerichtet ist. Die Bewegungsrichtung des Mediums kann auch aus einer Kombination der soeben beschriebenen Möglichkeiten bestehen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Intensi tät der Beschallung durch Abstände der Ultraschallquelle zum Me dium, durch Berührung der Ultraschallquelle mit dem Medium und durch die Eintauchtiefe der Ultraschallquelle in das Medium re guliert.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden mehrere Ultraschallquellen verwendet. Die Ultraschallquellen können hin tereinander geschaltet oder parallel geschaltet sein.

Vorzugsweise besitzen die Ultraschallquellen eine spezielle An ordnung zum Medium. Sie können senkrecht, quer oder schräg an geordnet sein. Es ist auch möglich, eine abwechselnde Anordnung aus diesen Möglichkeiten vorzusehen.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich net, daß der Effekt der Ultraschallbehandlung durch die Wirkungs tiefe erzielt wird.

Die Ultraschallbehandlung kann mehrmals durchgeführt werden.

Ferner kann die Ultraschallbehandlung durch in der Leistung unterschiedliche Ultraschallquellen durchgeführt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird in strömen den gasförmigen Medien der Trockenmasseanteil und/oder der Feuchtigkeitsanteil variiert.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich net, daß in den zu behandelnden Medien während, vor oder nach einer Ultraschallbehandlung die Temperaturen, pH-Werte, Visko sitäten, Trockenmassebestandteile, Feuchtigkeitsanteile, Fließ geschwindigkeiten, Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die Be wegungsintensität variiert werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich net, daß grob- und/oder feindisperse Substanzen in den Beschal lungsraum eingeleitet werden und/oder grob- und/oder feindisper se Substanzen im zu beschallenden Substrat zusätzlich entstehen und diese im Beschallungsraum zurückgehalten werden, so daß die Abtötung vorhandener Mikroorganismen und/oder Homogenisierungs effekte beschleunigt werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, also eine Vorrichtung zur Be handlung eines gasförmigen, flüssigen und/ oder pastösen Mediums mit Ultraschall. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem vorzugsweise zylindrischen Gefäß mit einem Zufluß und einem Abfluß und aus einer Ultraschallquelle (Sonotrode). Vor zugsweise ragt die Ultraschallquelle in das Gefäß und in das Medium hinein. Es ist aber auch möglich, die Ultraschallquelle in einem gewissen Abstand von dem Medium anzuordnen, also bei spielsweise in einem gewissen Abstand über einem Flüssigkeits spiegel.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Unter ansprüche.

Vorzugsweise ist der Zufluß im unteren Bereich des Gefäßes und der Abfluß im oberen Bereich des Gefäßes angeordnet. Die Ultra schallquelle ist dann im oberen Bereich des Gefäßes vorgesehen.

Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist der Zufluß im oberen Bereich des Gefäßes und der Abfluß im unteren Bereich des Gefäßes angeordnet. Die Ultraschallquelle ragt in das Gefäß hin ein. Hierbei beträgt der Abstand zwischen der Ultraschallquelle und dem Abfluß vorzugsweise 60 bis 80 mm.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind mehrere, vor zugsweise zwei Ultraschallquellen vorgesehen, vorzugsweise auf verschiedenen Seiten des Gefäßes.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung besitzt die Ul traschallquelle eine bestimmte Form, bevorzugt eine runde Form.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich net, daß die Ultraschallquelle in einen abgeschlossenen Raum eintaucht, in dem Drücke bis zu 10 bar, bevorzugt 6 bar, erzeugt werden können und/oder in dem Unterdrücke erzeugt werden können.

Vorzugsweise sind die Ultraschallquellen so gelagert, daß keine direkte Berührung mit Umgebungsmaterial gegeben ist.

In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens und der Vor richtung wird eine in sich variierende Ultraschallintensität mittels einer oder mehrere Ultraschallquellen in bestimmten An ordnungen durchgeführt bzw. erreicht. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Ultraschallbehandlung selbst im pulsartig oder mit kurzfristigen Unterbrechungen durchzuführen. Diese Behandlung wird insbesondere durch entsprechende Abstände der Ultraschallquelle zum bewegten Medium bzw. durch Berührung bzw. durch entsprechende Eintauchtiefen der Ultraschallquelle des bzw. in das bewegte Medium gefördert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit Ultraschall in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer derartigen Vor richtung und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer derartigen Vor richtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit Ultraschall besteht aus einem zylindrischen, aufrechtstehen den Gefäß 1 mit einem Zufluß 2 und einem Abfluß 3. Der Zufluß 2 ist im unteren Bereich des Gefäßes 1 angeordnet, der Abfluß 3 im oberen Bereich des Gefäßes 1. Ferner ist im oberen Bereich des Gefäßes 1 eine Ultraschallquelle 4 vorgesehen, die in das Gefäß und in das darin befindliche Medium hineinragt. Um eine optimale Wirkung der Ultraschallquelle zu erreichen, muß diese eine gewis se Mindesteintauchtiefe haben. Praktische Versuche haben erge ben, daß die optimale Eintauchtiefe bei 1 mm liegt. Das Gefäß 1 wird kontinuierlich durchströmt.

Die Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrich tung zur Behandlung eines flüssigen Mediums mit Ultraschall. Auch dort ist ein zylindrisches Gefäß 11 mit einem Zufluß 12 und einem Abfluß 13 vorhanden. Die Ultraschallquelle 14 ragt in das Gefäß 11 und in das darin befindliche Medium hinein. Der Zufluß 12 ist im oberen Bereich des Gefäßes 11 angeordnet, der Abfluß 13 führt unten aus dem Gefäß heraus. Das Gefäß 11 ist im unteren Bereich trichterförmig 15 ausgebildet. Der Abstand zwischen der Ultraschallquelle 14 und dem Eintrittsquerschnitt 16 des Abflus ses 13 beträgt 60 bis 80 mm. Auch die Vorrichtung gemäß Fig. 2 wird kontinuierlich durchströmt.

Die Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrich tung zur Behandlung eines Mediums mit Ultraschall. Das zylindri sche Gefäß 21 besitzt einen Zufluß 22 und einen Abfluß 23. Es sind zwei Ultraschallquellen 24, 25 vorgesehen, die sich auf verschiedenen Seiten des Gefäßes 21 befinden und die auch einen horizontalen Abstand voneinander aufweisen. Auch die Vorrichtung gemäß Fig. 3 wird kontinuierlich durchströmt. Je nach Bedarf können auch mehr als zwei Ultraschallquellen vorgesehen werden.

Bei praktisch durchgeführten Versuchen wurde Rohmilch mit Ultra schall behandelt. Es hat sich gezeigt, daß um so mehr Mikroorganismen abgetötet werden, je größer der auf die Mikroorganismen wirkende "Streß" ist. Hierbei hat sich herausgestellt, daß auf die Mikroorganismen folgende Streßfaktoren wirken: Temperatur, pH-Wert, mechanischer Streß durch Ultraschallbehandlung. Hinsichtlich der Temperatur ist der auf die Mikroorganismen wirkende Streß im Temperatur bereich von 35 bis 50°C am geringsten. Über 50°C steigt der Streß an, ebenso unter 35°C. Hinsichtlich des pH-Werts steigt der Streß ebenfalls mit der Abweichung vom neutralen pH-Wert 7 nach oben oder unten an. Hinsichtlich der mechani schen Beanspruchung durch Ultraschall steigt der Streß auf die Mikroorganismen mit der Intensität (Energie) des Ultra schalls und der Zeitdauer der Ultraschallbehandlung an.

Bei praktischen Versuchen wurden unterschiedliche Zeit- Temperaturkorrelationen untersucht. Ausgangsmaterial war jeweils 400 ml Rohmilch in einem Becherglas von 500 ml Inhalt. Die durchgeführten Versuche und deren Ergebnisse werden nachstehend in Tabellenform wiedergegeben:

I.
a) Rm beschallt bei 10°C, 30 sec.
b) Rm beschallt bei 10°C, 45 sec. II.
a) Rm beschallt bei 10°C, 30 sec.
b) Rm beschallt bei 30°C, 45 sec.III.
a) Rm beschallt bei 60°C, 30 sec.
b) Rm beschallt bei 60°C, 45 sec.IV.
a) Rm beschallt bei 70°C, 30 sec.
b) Rm beschallt bei 70°C, 45 sec.

Claims

1. Verfahren zur Abtötung von Mikroorganismen in einem gasför migen, flüssigen und/oder pastösen Medium, insbesondere Milch oder Milchprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium für einen Zeitraum von höchstens 60 sec. mit Ultraschall einer Frequenz von mindestens 20 kHz und einer Leistung von mindestens 2000 Watt behandelt wird, wobei das Medium bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Anspruch 1 durchzuführenden Ultraschallbehandlung eine Ultraschallbehandlung eines bewegten oder unbewegten mikro organismenhaltigen Mediums bei einer Temperatur von 0 bis 50°C, bevorzugt 45°C, und einer Intensität von 1800 Watt oder mehr sowie einer Beschallungsdauer von 30 bis 60 sec. derart vorausgeht, daß die Wasseraktivität im Medium durch Oberflächenveränderung der dispergierten, emulgierten und gelösten Stoffe im zu behandelnden Medium geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Anspruch 2 durchgeführte Ultraschallbehandlung durch Impulsbeschallung und/oder Mehrfachbeschallung und/oder durch unterschiedlich gerichtete Beschallung bei Tempe raturen von 0 bis 50°C, einer Beschallungsdauer von 30 bis 60 sec. und einer Intensität von 500 bis 2500 Watt zu einer Oberflächen- und/oder Membranänderung der Mikroorganismen führt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium mit gerichtetem Ultraschall behandelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallbehandlung bei variieren den Temperaturen durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mediums 0 bis 100°C beträgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Ultraschall bei er höhter Temperatur durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur mindestens 60°C beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur mindestens 65°C beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur mindestens 70°C beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Behandlung mit Ultraschall bei erniedrig ter Temperatur durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur höchstens 10°C beträgt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Ultraschall während einer vorbestimmten Zeit durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit mindestens 10 sec. beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit mindestens 30 sec. beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit mindestens 45 sec. beträgt.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Ultraschall bei ver ringerter Viskosität des Mediums durchgeführt wird.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Ultraschall bei einem von 7 verschiedenen pH-Wert durchgeführt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert geringer als 7 ist.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert höher als 7 ist.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mediums während der Behandlung mit Ultraschall konstant gehalten wird.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Ultraschall zunächst bei erhöhter Temperatur und anschließend bei erniedrigter Temperatur durchgeführt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekenn zeichnet, daß die Behandlung mit Ultraschall zunächst bei erniedrigter Temperatur und anschließend bei erhöhter Tem peratur durchgeführt wird.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium vor, während und/oder nach der Ultraschallbehandlung mit Mikrowellen bestrahlt wird.

25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium einer variierenden Ultra schallintensität (ansteigend oder abfallend bzw. ansteigend und abfallend oder umgekehrt) ausgesetzt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Ultraschallintensitäten impulsartig durch geführt und/oder kurzfristig unterbrochen werden und vorzugs weise durch eine Mikrowellenbehandlung von vorzugsweise 3 sec., bevorzugt weniger als 3 sec., begleitet werden.

27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Mediums zur Schallquel le hin oder von der Schallquelle weg oder quer zur Schall quelle oder kombiniert erfolgt.

28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Beschallung durch Ab stände der Schallquelle zum Medium, durch Berührung der Schallquelle mit dem Medium und/oder durch die Eintauchtiefe der Schallquelle in das Medium reguliert wird.

29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ultraschallquellen verwendet wer den, die vorzugsweise durch Hintereinanderschaltung und/oder Parallelschaltung miteinander verbunden sind.

30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallquellen eine spezielle Anordnung zum Medium besitzen, wobei die Ultraschallquellen vorzugsweise senkrecht und/oder quer und/oder schräg und/oder abwechselnd angeordnet sind.

31. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Effekt der Ultraschallbehandlung durch die Wirkungstiefe erzielt wird.

32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallbehandlung mehrmals durch geführt wird.

33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallbehandlung durch in der Leistung unterschiedliche Ultraschallquellen durchgeführt wird.

34. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in strömenden gasförmigen Medien der Trockenmasseanteil und/oder der Feuchtigkeitsanteil variiert wird.

35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Medium während, vor oder nach der bzw. einer Ultraschallbehandlung die Temperaturen, pH-Werte, Viskositäten, Trockenmassebestandteile, Feuchtigkeitsantei le, Fließgeschwindigkeiten, Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Bewegungsintensitäten verändert werden.

36. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß grob- und/oder feindisperse Substanzen in den Beschallungsraum eingeleitet werden und/oder grob- und/oder feindisperse Substanzen im zu beschallenden Sub strat zusätzlich entstehen und diese im Beschallungsraum zurückgehalten werden, so daß die Abtötung vorhandener Mikroorganismen und/oder Homogenisierungseffekte beschleu nigt werden.

37. Vorrichtung zur Behandlung eines gasförmigen, flüssigen und/oder pastösen Mediums mit Ultraschall, bestehend aus einem vorzugsweise zylindrischen Gefäß (1) mit einem Zufluß (2) und einem Abfluß (3) und einer Ultraschallquelle (4), die vorzugsweise in das Gefäß (1) und in das Medium hineinragt.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß (2) im unteren Bereich des Gefäßes (1) und der Abfluß (3) im oberen Bereich des Gefäßes (1) angeordnet ist und daß die Ultraschallquelle (4) im oberen Bereich des Gefäßes (1) vorgesehen ist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß im oberen Bereich des Gefäßes und der Abfluß im unteren Bereich des Gefäßes angeordnet ist und daß die Ultra schallquelle in das Gefäß hineinragt (Fig. 2).

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Ultraschallquelle und dem Abfluß 60 bis 80 mm beträgt.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 40, dadurch ge kennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise zwei Ultraschall quellen auf vorzugsweise verschiedenen Seiten des Gefäßes vorgesehen sind (Fig. 3).

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 41, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ultraschallquelle eine bestimmte Form, vorzugsweise eine runde Form besitzt.

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 42, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ultraschallquelle in einem abgeschlos senen Raum eintaucht, in dem Drücke bis 10 bar, bevorzugt 6 bar, erzeugt werden bzw. Unterdrücke erzeugt werden können.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 43, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ultraschallquellen so gelagert sind, daß keine direkte Berührung mit Umgebungsmaterial gegeben ist.