DE4221487C2 - Verfahren zur Entkeimung mittels Druck und Ultraschall - Google Patents

Verfahren zur Entkeimung mittels Druck und Ultraschall

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entkeimung eines biologisch kontaminierten stückigen bis pulvrigen Stoffes, z. B. Lebensmittel, Gewürze oder Krankenhausabfall.
Die DE-OS 39 34 500 beschreibt ein Verfahren zur Entkeimung von Gewürzen mittels Ultraschall in einem Mikrowellenfeld.
Bei Krankenhausabfällen wird der Autoklav verwendet, der bei 100 bis 150°C und bei hohem Druck arbeitet. Vor allem Flüssigkeiten werden auf diese Weise sterilisiert, jedoch müssen ein hoher Arbeitsaufwand und lange Totzeiten beim Entleeren, Beschicken und Aufheizen in Kauf genommen werden.
Andere Möglichkeiten der Dekontamination sind die Bestrahlung mit UV-, Röntgen- oder Gammastrahlung, wobei der UV-Strahlung die größte Bedeutung zukommt. Sie wird zur Teilentkeimung von Räumen eingesetzt, chemische Mittel, wie Ethylenoxid oder β-Propiolacton haben sich bei der Sterilisation von Nahrungsmitteln, Pharmaka, Geräten und Apparaten bewährt, jedoch sagt man ihnen karzinogene Wirkung nach.
Flüssigkeiten werden in Autoklaven oder durch Pasteurisierung (5-10 min. Erhitzung auf 75°C bis 80°C) oder Tyndallisieren (an drei aufeinanderfolgenden Tagen je 30 min. Erhitzung auf 100°C) sterilisiert.
Durch trockene Hitze werden Bakterien erst bei höheren Temperaturen und länger anhaltender Einwirkung abgetötet als durch feuchte Hitze. Glasgeräte, Pulver und Öle werden daher zwei Stunden bei 160°C in einem Trockensterilisator entkeimt.
Thermolabile Substanzen enthaltene Lösungen entkeimt man am bequemsten durch Filtration. Je nach Porengröße des Filters können einem dabei jedoch z. B. Viren entgehen.
Ultraschall weist Frequenzen über 20 000 Hz auf. Er wird bereits auf den verschiedensten Gebieten eingesetzt. Seine stark dispergierende Wirkung hilft bei der zumindest teilweisen Vermischung sonst nicht mischbarer Stoffe, wie H2O und Benzol. Seine ausfällende Wirkung wird zur Entnebelung von Flughäfen und Reinigung von Abgasen ausgenutzt. Hochpolymere Stoffe, wie z. B. Rohrzucker, werden unter der Einwirkung von Ultraschall zerspalten (hier: in Monosaccaride), Wasser bildet freie H2O2-Radikale. In der Medizin wird Ultraschall sowohl zur Therapie durch Erwärmen oder Massage als auch in der Diagnostik eingesetzt.
Die meisten der oben angeführten Dekontaminationsverfahren sind ungeeignet für die Entkeimung von Abfallstoffen oder Lebensmitteln, entweder, weil sie einen zu großen Aufwand erfordern, wenn sie in größerem Maßstab durchgeführt werden sollen, oder weil sie unerwünschte Nebeneffekte auf das kontaminierte Material haben. Pasteurisieren und Tyndallisieren bewirken keine vollständige Dekontamination. Bestrahlung oder Behandlung von Lebensmitteln mit chemischen Stoffen, wie Propiolacton ist meistens wenig sinnvoll.
Bei der Verwendung von Druckgefäßen war bisher eine Temperaturerhöhung nur durch Wärmeleitung möglich, wodurch eine über die Zeit ungleichgemäße Erwärmung und damit ungleichmäßige Beeinflussung über die Temperatur erfolgte. Im schlechtesten Fall können bei temperaturempfindlichen Produkten die äußeren Bereiche bereits geschädigt sein, wogegen die inneren Bereiche noch unzureichende Temperaturen für eine Entkeimung aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzustellen, das eine Dekontamination eines Ausgangsmaterials erreicht, wobei alle Bereiche des Materials möglichst gleichzeitig und gleichmäßig besonders schonend dekontaminiert werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dabei werden die verunreinigenden Keime durch hohe Drücke (1000-10 000 bar) in Kombination mit Ultraschallwellen und Mikrowellen abgetötet und das Ausgangsmaterial so sterilisiert.
Das Grundprinzip dieses Verfahrens liegt in dem Phänomen, daß bei hohen Drücken (1000-10 000 bar) biologische Strukturen, also auch Mikroorganismen, so stark beeinflußt werden, daß eine teilweise oder vollständige Entkeimung der Materialien, die dem Druck ausgesetzt wurden, erfolgt.
Dies wird erreicht, indem die unter Hochdruck stehenden Stoffe mit Ultraschall bestrahlt werden. Die hohen Drücke führen zu einer starken Komprimierung des Stoffes (das Volumen von H2O wird um etwa 10% reduziert). Hierdurch sind ideale Bedingungen für eine sehr gute Leitung von Schallwellen, auch im Ultraschallbereich gegeben. Eine durch entspannte Materialien entstehende Dämpfung der Ultraschallwellen wird vermieden. Zusätzlich zum Druck entfalten sich die destruktiven Eigenschaften des Ultraschalls.
Die Wirkung des Verfahrens wird in der Bildung von H2O2 aus H2O, einem starken Oxidationsmittel und somit Zellgifts, sowie dem Auftreten von hohen Beschleunigungskräften und dem Phänomen der Kavitation erklärt. Hierunter versteht man die Bildung und nachfolgende, schlagartige Kondensation von Dampfblasen mit Temperaturen bis zu 3000°C. Es kommt zu starken Druckstößen, erheblicher Schallbestrahlung und einer mechanischen Zerstörung von festen Teilchen in der Nähe eines Kavitationsereignisses.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben.
Es hat sich gezeigt, daß der Einsatz von Mikrowellen, d. h. Wellen mit Wellenlängen unter 10 cm, eine, auf die Aufwärmung zurückzuführende, zusätzliche keimtötende Wirkung hat.
Durch die Kombination von Mikrowellen, Ultraschall und hohem Druck lassen sich die einzelnen Parameter materialverträglich optimieren, wobei eine Entkeimung unter schonenden Bedingungen erreicht wird. So wird die nachgewiesene, keimreduzierende Temperaturerhöhung durch Einsatz von Mikrowellen eine gleichmäßige und schnelle Erwärmung ermöglichen, die gleichzeitig eine gute Regelung zuläßt, vgl. dazu insbesondere DE 36 39 412 A1.

Claims (8)

1. Verfahren zur Entkeimung eines biologisch kontaminierten stückigen bis pulvrigen Stoffes, mittels Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, daß der kontaminierte Stoff einem Druck von höher als 1000 bis höher als 10 000 bar und dem Ultraschall ausgesetzt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff zusätzlich einem Mikrowellenfeld ausgesetzt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein stückiger Stoff vorher zerkleinert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff gleichzeitig durch den hohen Druck brikettiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff zusätzlich einer Röntgen-, Gamma- oder UV-Strahlung ausgesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß vorher eine Befeuchtung des Stoffes mit einer Flüssigkeit erfolgt, deren Siedepunkt <100°C liegt; vorzugsweise mit vorerhitztem Glyzerin.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß hinterher ein Abtrennen des Glyzerins erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Glyzerin im Kreislauf geführt wird.
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