DE60001094T2

DE60001094T2 - Verfahren zur Desinfektion von Nahrungsmitteln

Info

Publication number: DE60001094T2
Application number: DE60001094T
Authority: DE
Inventors: Oreste Caselli
Original assignee: Barilla Alimentare SpA
Current assignee: Barilla Alimentare SpA
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2020-03-04
Also published as: ES2188495T3; DE60001094D1; EP1132012A1; PT1132012E; SI1132012T1; EP1132012B1; ATE230218T1; DK1132012T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sterilisieren von allgemeinen Nahrungsmittelprodukten, um deren Lagerfähigkeit zu verlängern.
Ausdrücke wie "Sterilisieren von Nahrungsmitteln" werden durch die gesamte Beschreibung und die nachfolgenden Ansprüche hindurch verwendet, um alle Behandlungen bezeichnen, die darauf gerichtet sind, Nahrungsmittelprodukte im Wesentlichen von Bakterien, pathogenen Mikroorganismen, Sporen, Pilzen, Hefen und allen anderen Inhalten zu befreien, die sowohl vom gesundheitlichen als auch organoleptischen Standpunkt aus zu einem schnellen Verderben dieser Produkte führen können.
Von den am meisten angewendeten Behandlungen für diesen Zweck sind die Pasteurisierungs- und Sterilisierungsverfahren am bekanntesten. Sie können unter anderem den Kontakt mit Dampf, Infrarotstrahlung, UV-Strahlung oder Mikrowellen, die Ansäuerung bei geregelten pH-Werten, das Zusetzen von geeigneten Konservierungsstoffen, die Feuchtigkeitsregelung und die Regelung der Wasseraktivität (Aw) oder Kombinationen davon einschließen.
Obwohl ihre Wirksamkeit allgemein anerkannt ist, sind alle obigen Verfahren in der Verpackungsstufe der behandelten Produkte mit einem Problem konfrontiert. Wenn die Produkte in ihrem verpackten Zustand sterilisiert werden, wie das bei bestimmten Produkten unter Verwendung von Mikrowellen oder ähnlicher Strahlung oder in anderen Fällen durch das Anwenden von kochenden Flüssigkeiten oder gesättigtem Dampf erfolgen kann, kann ein Material abhängig von der Art der Verpackungen unterschiedlich reagieren. Tatsächlich kann das Verpackungsmaterial unerwartet zusammenfallen oder versengt werden und/oder kann (erwartet oder unerwartet) eine einheitlich angewendete Behandlung beeinträchtigen. Immer wenn das Verpackungsverfahren gleich nach dem Sterilisierungsverfahren stattfindet, ist darauf zu achten, dass eine nachfolgende. Behandlung der verarbeiteten Produkte vermieden wird und/oder dass verhindert wird, dass das innere "Medium" der Verpackung die Wirkungen des Sterilisierungsverfahrens vereitelt. Daher gibt es das Erfordernis, das Verpacken in sterilen Räumen durchführen zu lassen, und zwar unter Verwendung von sorgfältig sterilisierten Geräten und indem dafür gesorgt wird, dass die Verpacker unter sterilen Bedingungen arbeiten. Darüber hinaus oder in anderen Fällen soll die Verpackung für das Packungsinnere eine modifizierte Atmosphäre vorsehen, wie beispielsweise durch die Verwendung von Stickstoff, CO&sub2; oder anderen geeigneten und empfohlenen Gasen.
All dies spiegelt sich in erhöhten Herstellungskosten und daher höheren Endverbraucherpreisen wider.

Stand der Technik

PCT WO 95/18768 beschreibt ein Verfahren zum Sterilisieren/Reinigen von Wasser und anderen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Fruchtsaft, Milch und dergleichen "pumpbaren" Nahrungsmittelprodukten, das auf der pulsierenden elektrischen Bogenbildung zwischen Elektroden beruht, die in den zu sterilisierenden Flüssigkeitsstrom getaucht werden. Die für die Bogenbildung zur Verfügung gestellte Energie reicht aus, um UV-Strahlung und "mechanische Stöße" zu erzeugen, die äußerst wirksam sind, um Keime, Bakterien zu töten und auch alles andere zu vernichten, was aus dem Strom, der gerade sterilisiert wird, entfernt werden soll. Allerdings beschränkt sich die oben erwähnte Behandlung auf die Verwendung für flüssige oder pumpbare Produkte und muss sich schließlich auch dem Verpackungsproblem stellen und damit auch den vorstehenden Abhilfen, die teuer und schwer durchzuführen sind.
Die in der PCT WO 95/18768 gelehrte Behandlung kann nicht für die Sterilisierung von "festen" Nahrungsmittelprodukten, wie beispielsweise Bäckereiprodukten, und/oder vorgepackten Produkten verwendet werden, weil der elektrische Bogen sofort das Verpackungsmaterial zerstören und den darunter befindlichen Artikel verbrennen würde.
Es wurde kürzlich ein Verfahren zum Sterilisieren von Nahrungsmitteln durchgeführt, das auf der Verwendung von Luftionen beruht, die in einem elektrischen Feld zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden erzeugt werden, wobei an die Elektroden eine Gleichspannung angelegt wird und ein zu sterilisierender Produktstrom kontinuierlich durch den zwischen ihnen liegenden Spalt strömt, wobei der Strom im allgemeinen durch den Luftstrom, der benötigt wird, um die Ionen zur Verfügung zu stellen, angereichert wird.
Dieses bekannte Verfahren wird durch dieselben Beschränkungen und Nachteile beeinträchtigt wie das oben erwähnte internationale Patent. Tatsächlich kann es nur mit flüssigen oder pumpbaren Produkten verwendet werden, ist mit denselben Verpackungsproblemen nach der Behandlung konfrontiert und kann nicht für vorgepackte Produkte angewendet werden, da letztere, wenn sie an den Elektroden vorbeigeführt werden, das Auftreten einer elektrischen Bogenbildung bewirken würden und so die Verpackung zerstört würde.
Eine Lösung des Standes der Technik ist in dem US-Patent Nr. 5 326 530 offenbart, das ein Verfahren zum Abtöten von schädlichen biologischen Organismen (Bakterien, Insekten usw.) in kontaminierten Materialien, wie beispielsweise flüssigen, halbflüssigen oder festen Nahrungsmitteln-, betrifft. Bei diesen mit diesem Verfahren behandelten Materialien handelt es sich nicht um verpackte Nahrungsmittel.
Das in diesem Dokument offenbarte Verfahren sieht die Anwendung eines optimierten elektrischen Felds vor, das geregelte Stromdichten anstatt einheitliche elektrische Felder zeigt.
Eine weitere bekannte Lösung ist in dem GB-Patent 1 103 597 offenbart, das ein Verfahren zum Unterdrücken von Mikroorganismen in Nahrungsmittelprodukten betrifft.
Dieses Dokument offenbart das Aussetzen eines verpackten Produkts einem Feld einer elektromagnetischen Wechselwellenenergie, um den Mikroorganismus zu schwächen und das Produkt zu sterilisieren. Es werden aber keine Vorkehrungen getroffen, um die Bildung eines elektrischen Bogens zwischen dem Generator des elektromagnetischen Felds und dem verpackten Produkt zu vermeiden.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist es, ein Verfahren zum Sterilisieren von Nahrungsmittelprodukten im verpackten Zustand zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren alle zuvor genannten Nachteile, die den Stand der Technik beeinträchtigen, überwinden kann und eine erhöhte Wirksamkeit zeigt sowie für alle Nahrungsmittelprodukte verwendet werden kann, und zwar ungeachtet dessen, ob diese von Natur aus flüssig und/oder pumpbar sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Dieses Problem wird nach der Erfindung durch ein Verfahren zum Sterilisieren von verpackten Nahrungsmittelprodukten durch Luftionen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst:
Erzeugen eines elektrischen Felds zwischen zwei Elektroden durch Anlegen einer periodischen Spannung an die Elektroden;
Regeln des elektrischen Felds zwischen einem minimalen Wert, der ausreicht, um die Luftionen zu erzeugen, und einem maximalen Wert, der unter dem liegt, der benötigt wird, um einen elektrischen Bogen zu zünden;
Halten der verpackten, zu sterilisierenden Nahrungsmittelprodukte in dem Feld für eine vorbestimmte Zeitdauer.
Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zum Durchführen des obigen Verfahrens zur Verfügung. Diese Vorrichtung umfasst die Merkmale des Anspruchs 8 und folgende und ist dadurch gekennzeichnet, dass an den Kondensator eine periodische Spannung angelegt wird, um ein variables elektrisches Feld zwischen seinen Platten zu erzeugen, wobei die Stärke des elektrischen Felds zwischen einem minimalen Wert zum Erzeugen von Luftionen und einem maximalen Wert unterhalb des Werts, der einen elektrischen Bogen zündet, geregelt wird.
Die Merkmale und Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, die im Zusammenhang mit den beigefügten beispielhaften Zeichnungen zu lesen ist.
Die Zeichnungen zeigen:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 schematisch eine Ionisierungsvorrichtung nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung zum Sterilisieren von verpackten Nahrungsmittelprodukten.

Ausführliche Beschreibung

Mit Bezug auf die Zeichnungsansichten ist eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Sterilisieren von verpackten Nahrungsmittelprodukten, insbesondere Bäckereiprodukten, allgemein schematisch bei 1 gezeigt.
Der Ausdruck "Bäckereiprodukte" wird hier verwendet, um im weiten Sinne Nahrungsmittelprodukte zu bezeichnen, die im Industriemaßstab durch ein Backverfahren hergestellt und direkt, wenn sie den Backofen verlassen, verpackt werden, zum Beispiel Brot, in Scheiben geschnittenes Brot, Torten, Kuchen usw. (Diese Beschreibung nimmt nur zum Zwecke der Veranschaulichung Bezug auf diese spezielle Anwendung.)
Die Erfindung sieht vor, dass die Bäckereiprodukte in einem variablen elektrischen Feld gehalten werden sollen, das dahingehend wirksam ist, dass es die Luft in der Verpackung ionisiert, ohne dass das Auftreten einer Bogenbildung ermöglicht wird.
Insbesondere werden die verpackten Nahrungsmittelprodukte in dem elektrischen Feld gehalten, das zwischen zwei Elektroden, an die eine periodische Spannung angelegt wird, erzeugt wird. Die Stärke dieses elektrischen Felds wird zwischen einem minimalen Wert zum Erzeugen von Luftionen und einem maximalen Wert geregelt, der kleiner ist als der Wert, der einen elektrischen Lichtbogen zünden würde.
Die Vorrichtung 1, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann, ist schematisch in der Fig. 2 gezeigt und weist im Grunde ein Paar plattenförmiger Elektroden 2, 3 auf, die einander gegenüberliegen. Diese Elektroden können ein Paar von parallelen, einander gegenüberliegenden Platten eines Plattenkondensators sein. Vorzugsweise sind die Platten so angeordnet, dass sie in einer horizontalen Ebene übereinander liegen.
Das Dielektrikum 4 dieses Kondensators ist im Wesentlichen Luft oder ein geeignetes Edelgas.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung 1 in der vorliegenden Erfindung einen elektrischen Starkstromkreis 5 auf, der so angeordnet ist, dass an die Platten 2, 3 eine periodische Spannung angelegt wird.
Der Stromkreis 5 nimmt diese Spannung von einem Spannungs- oder Wechselstromgenerator 6 ab, der eine Mehrzahl von Regelungen in Form von manuell betätigten Bedienelementen und Knöpfen aufweist, und zwar zum Einstellen des Spannungswerts, zum Beispiel zwischen 10 und 50 kV, der Spannungsfrequenz, zum Beispiel zwischen 50 Hz und 200 Hz, sowie der Spannungswellenform, die sinusförmig, dreieckig, viereckig, rechteckig, sägezahnförmig o. dgl. sein kann, usw.
Vorteilhafterweise ist in der vorliegenden Erfindung mindestens eine Innenfläche der einander gegenüberliegenden Platten mit mindestens einer Schicht eines isolierenden Materials mit starken dielektrischen Eigenschaften bedeckt. Im Wesentlichen ist die Innenfläche von einer, vorzugsweise beiden, Platten 2, 3 mit dieser dielektrischen Materialschicht bedeckt.
Für diesen Zweck kann jedes isolierende Material mit starken dielektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise Glimmer, keramische Materialien, wie beispielsweise Kaolin, oder Folien aus synthetischen Harzen, die aus Styrol-, Polyester- und Polycarbonatharzen ausgewählt sind, verwendet werden.
Allerdings ist von den keramischen Materialien Kaolin bevorzugt, während von den synthetischen Harzmaterialien, die zur Verwendung als Elektrodenbeschichtung geeignet sind, Polyethylenterephathalatfolien, die im Handel unter dem Handelsnamen Mylar erhältlich sind, bevorzugt sein sollen.
Grundsätzlich ist diese isolierende Schicht dahingehend wirksam, dass sie den Wert des Dielektrikums zwischen den Kondensatorplatten erhöht, um so das Auftreten einer Bogenbildung zu verhindern.
Ein Förderband, das, da herkömmlich, nicht gezeigt ist, wird zwischen die Platten 2, 3 positioniert und durch Antriebsrollen in einer parallelen Richtung zu den Platten und nahe an der unteren Platte 3 geführt.
Dieses Förderband ist aus einem isolierenden Kunststoffmaterial, zum Beispiel der Folie Mylar, hergestellt und kann daher die isolierende, die untere Platte 3 bedeckende Schicht ersetzen.
Zu sterilisierende Nahrungsmittelprodukte 7 werden in eine Folie 8 aus einem gewöhnlich transparenten Kunststoffmaterial für Nahrungsmittelanwendungen verpackt und auf das Förderband gelegt.
Wenn die Produkte 7 zwischen die Platten 2, 3 geführt werden, wird an die Platten die periodische Spannung angelegt, die zu einem variablen elektrischen Feld, das erzeugt wird, führt, das dahingehend wirksam ist, dass es die Luft in der Verpackung ionisiert, ohne dass das Auftreten einer Bogenbildung bewirkt wird.
Die Vorschubgeschwindigkeit des Förderbands wird so angepasst, dass die Packungen mit den zu sterilisierenden Nahrungsmittelprodukten für eine vorbestimmte Zeitdauer, die beispielsweise zwischen 10 und 120 Sekunden pro Packung variieren kann, in dem elektrischen Feld gehalten werden.
Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, dass bei Anlegen einer periodischen Spannung an die einander gegenüberliegenden Platten 2, 3 des Kondensators das dazwischen liegende Dielektrikum 4 einem variablen elektrischen Feld unterworfen wird und ein Strom dazu gebracht wird, mittels der polarisierten Luftmoleküle durch dieses hindurch zu strömen.
Von der Anmelderin durchgeführte Tests haben überraschenderweise gezeigt, dass, wenn eine geeignete hochfrequente periodische Spannung an die einander gegenüberliegenden Platten des Kondensators angelegt wird, wobei das verpackte Nahrungsmittelprodukt 7 dazwischen angeordnet ist, ein variables elektrisches Feld erzeugt wird, das die Ionisierung der Luft in der Verpackung veranlasst.
Das Ausmass dieser Ionisierung beruht im Grunde auf dem Wert des variablen elektrischen Felds, der selbst eine Funktion sowohl des angelegten Spannungsniveaus als auch der Frequenz der periodischen Spannung ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die periodische, an die Kondensatorplatten angelegte Spannung so ausgewählt, dass sie im Bereich von 5 bis 50 kV liegt, und die Frequenz dieser Spannung wird so gewählt, dass sie im Bereich von 30 bis 50 · 10&sup6; Hz liegt.
Die periodische Spannung ist vorzugsweise eine Wechselspannung mit Sinuswellenform.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auf eine ganze Reihe von verpackten Nahrungsmittelprodukten angewendet worden und hat zu guten Ergebnissen geführt.
Zum Beispiel werden Bäckereiprodukte, wie beispielsweise Brot, Torten und Kuchen, nach dem Verpacken in eine Kunststofffolie für Nahrungsmittelanwendungen, wie beispielsweise Polyethylen- oder Polypropylenfolien, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt.
Die Bäckereiprodukte verlassen den Backofen in einem im Wesentlichen sterilen Zustand, und um die Wirksamkeit des Verfahrens nach der Erfindung zu verifizieren, wurden von der Anmelderin Tests durchgeführt, in denen einige Nahrungsmittelprodukte mit Hefen und/oder Pilzen, die dazu geeignet sind, ihre Haltbarkeit zu beeinträchtigen, geimpft wurden. Zum Beispiel wurden verschiedene osmophile Hefen und/oder xerophile Schimmelpilze geimpft, die einen mikrobiologischen Gehalt an 10&sup6; koloniebildenden Einheiten aufwiesen.
Diese Produkte wurden dann einer Sterilisierung mittels des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung unterworfen.
Es wurde festgestellt, dass durch Platzieren des geimpften Bäckereiprodukts in seinem verpackten Zustand zwischen die Kondensatorplatten dieser Gehalt an Mikroorganismen um den Faktor 104 reduziert werden konnte. Insbesondere wurden diese Ergebnisse dadurch erhalten, dass an die Platten eine periodische Spannung angelegt wurde, die im Bereich von 20 bis 40 kV bei einer Frequenz von 50 bis 200 Hz und für eine Zeitdauer von 10 bis 60 Sekunden ausgewählt wurde.
Was die Wirksamkeit des Verfahrens bei Sporen, wie Schimmelpilzen und dergleichen, betrifft, wurde festgestellt, dass auf diese Weise sterilisierte Produkte organoleptischen Veränderungen deutlich später, sogar eine Woche später, unterlagen als unbehandelte Produkte.
Um die Wirksamkeit des Verfahrens zu erhöhen, kann es nützlich sein, wenn die zu sterilisierenden Nahrungsmittelprodukte in einer leicht ionisierbaren, modifizierten Atmosphäre verpackt werden.
Es ist aus dem Voranstehenden zu entnehmen, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Sterilisierung einer großen Reihe von verpackten Nahrungsmittelprodukten sicherstellt, indem für die periodische Spannung und die an den Kondensator anzulegende Frequenz geeignete Werte ausreichend lange ausgewählt werden, um den gewünschten Grad an Sterilisierung zur Verfügung zu stellen.
Ein Hauptvorteil des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Sterilisierungsverfahren nicht die organoleptischen Eigenschaften der Produkte beeinträchtigt, so dass letztere nichts von ihrem Geschmack und Aroma einbüßen.
Darüber hinaus kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei einer geringen Stromverbrauchsrate angewendet werden, die deutlich unter der für andere Sterilisierungsverfahren, wie beispielsweise der Pasteurisierung, liegt. Und dieses Verfahren kann auch in Fällen angewendet werden, in denen andere Sterilisierungsverfahren aufgrund der möglichen sofortigen Verschlechterung der organoleptischen Eigenschaften der Produkte nicht angewendet werden können.
In dieser Hinsicht können ähnliche Ergebnisse, wie die mit Bäckereiprodukten erzielten, auch mit Strömen von Wasser oder anderen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Fruchtsaft, Milch und ähnlichen Nahrungsmittelprodukten, erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zum Sterilisieren von verpackten Nahrungsmittelprodukten mittels Luftionen, um ihre Lagerfähigkeit und Haltbarkeit beim Einzelhändler zu verlängern, umfassend die folgenden Schritte:

Erzeugen eines elektrischen Felds zwischen zwei Elektroden durch Anlegen einer periodischen Spannung an die Elektroden;

Regeln des elektrischen Felds zwischen einem minimalen Wert, der ausreicht, um die Luftionen zu erzeugen, und einem maximalen Wert, der unter dem liegt, der benötigt wird, um einen elektrischen Bogen zu zünden;

Halten der verpackten, zu sterilisierenden Nahrungsmittelprodukte in dem Feld für eine vorbestimmte Zeitdauer, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld zwischen einem Paar plattenförmiger, einander zugewandter Elektroden gebildet wird und dass mindestens eine der Elektroden mit einem isolierenden Material umhüllt ist, während zwischen den Elektroden und den verpackten Nahrungsmittelprodukten ein Luftspalt bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des elektrischen Felds variabel ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des elektrischen Felds variabel ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Spannung eine Wechselspannung mit Sinuswellenform ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Material eine Folie aus einem synthetischen Harz ist, das aus Styrol-, Polyester-, Polyethylenteraphthalat- und Polycarbonatharzen ausgewählt ist.

6. Vorrichtung zum Sterilisieren von verpackten Nahrungsmittelprodukten (7) mittels Luftionen, der Bauart, die ein Paar plattenförmiger Elektroden (2, 3), die einander gegenüberliegen und entsprechende parallele Platten eines Kondensators bilden; einen elektrischer Stromkreis (5), der den Kondensator und einen Spannungs- oder Stromgenerator (6) verbindet; und ein Förderband umfasst, das sich zwischen den Platten erstreckt, um die Nahrungsmittelprodukte (7) durch den Kondensator zu transportieren; dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator mit einem elektrischen Starkstromkreis (5) verbunden ist, an den eine periodische Spannung anzulegen ist, um ein variables elektrisches Feld zwischen seinen Platten zu erzeugen, wobei die Stärke des elektrischen Felds zwischen einem minimalen Wert zum Erzeugen von Luftionen und einem maximalen Wert geregelt wird, der unter dem Wert liegt, der einen elektrischen Bogen zünden würde, und dass mindestens eine der Elektroden (2, 3) mit einer Schicht oder einem Film eines isolierenden Materials umhüllt ist, während ein Luftspalt zwischen den Elektroden und den verpackten Nahrungsmittelprodukten bleibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselspannungs- oder Wechselstrom-Generator (6) mit mehreren Regelungen zum jeweiligen Einstellen des Spannungswerts, der Spannungsfrequenz und der Spannungswellenform ausgestattet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderband die Isolierschicht ist, die die untere Elektrode (3) bedeckt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kraftstromkreis (5) von einem Spannungs- oder Wechselstromgenerator (6) geliefert wird, der den Spannungswert zwischen 10 und 50 kV und die Spannungsfrequenz zwischen 50 Hz und 200 Hz einstellt.