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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur wenigstens teilweise
Sterilisierung oder Pasteurisierung eines Materials, insbesondere
eines organischen Materials wie Wachstumsmedien und Nährschichten,
insbesondere für
Pflanzen und Pilze, aber ebenso andere Arten von Abfällen wie
Krankenhausabfälle
und betrifft eine Vorrichtung für
die Durchführung
dieses Verfahrens.
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Technischer
Hintergrund
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Üblicherweise
werden Pilze (gezüchtete oder
wilde) und einige Pflanzen, insbesondere Gemüse (beispielsweise Endivien,
Tomaten), Früchte (beispielsweise
Himbeeren, Kiwi) und Fruchtbäume gezüchtet, indem
sie auf ein Substrat wie ein Wachstumsmedium oder eine Nährschicht
platziert werden, um ihr Wachstum zu fördern oder, im Falle von Pflanzensamen
diese keimen zu lassen. Als Substrat kann eine große Vielzahl
von organischen Materialien verwendet werden, beispielsweise Torf,
Mutterboden, Sägeabfälle, Stroh,
Heu, Pflanzenabfall (Getreide, Holz), Holzchips (beispielsweise
Heckenabfälle),
Getreide (beispielsweise Weizen, Roggen, Hirse) und dergleichen.
Weiße
Pilze werden ebenso üblicherweise
auf der obersten Schicht eines Nährmediums wie
Torf gezüchtet.
Es ist üblicherweise
notwendig, das Substrat wenigstens teilweise zu sterilisieren oder
dieses vollständig
zu pasteurisieren bevor es verwendet wird, damit schädlichen
Bakterien, Keime, Mikroben, Mikroorganismen, Würmer und andere unerwünschte infektiöse Stoffe
entfernt werden, die die Pilze und/oder die Pflanzen kontaminieren
würden, die
auf dem Medium gezüchtet
werden. Es ist ebenfalls notwendig, dieses Substrat nach der Sterilisation
oder der Pasteurisation zu kühlen,
so dass es im sterilen Zustand verpackt werden kann, oder im Falle von
Pilzen eingesät
werden kann.
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Verschiedene
Verfahren und Vorrichtungen wurden zur Sterilisation oder zur Pasteurisierung
von organischen Substanzen beschrieben. Im Allgemeinen ist es erwünscht, das
organische Material zu pasteurisieren, und gleichzeitig einen gewissen Feuchtigkeitsgehalt
beizubehalten oder zu liefern. Eine einfache Vorrichtung ist in
der
US 4,915,606 beschrieben,
die das Platzieren des Wachstumsmediums in einen Dampfofen umfasst.
Dieser Ansatz erfordert eine beträchtliche Zeit bevor das Sterilisationsverfahren
in das Zentrum aller großen
Stücke
des Mediums eingedrungen ist. Es wäre besser, die Stücke des
Wachstumsmediums aufzubrechen, und diese kontinuierlich umzurühren. Dies
wurde teilweise in einer Vorrichtung versucht, die in der BE 890
468 beschrieben ist. Diese verwendet eine einfache rotierende Trommel
zum Schleudern des Materials. Um ein aktiveres Vermischen zu ermöglichen,
wird vorgeschlagen, eine innere Schnecke zur Verfügung zu stellen,
insbesondere in der GB 2 002 645, der
DE
43 15 660 und der
DE
699 387 . Eine weitere Optimierung ist in der
EP 276645 beschrieben, bei der eine zentral
angeordnete Schnecke in einer Wanne endet und das Material von der äußeren hohlen
Trommel geladen werden kann, indem die Richtung der Schnecke geändert wird.
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Keine
der vorerwähnten
Vorrichtungen liefert eine befriedigende Reproduzierbarkeit in Bezug
auf die Einheitlichkeit des sterilisierten oder pasteurisierten
Wachstumsmediums. Es gibt keine Garantie dafür, dass kleine Volumina des
behandelten Materials noch nicht richtig pasteurisiert sind.
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Ein
alternativer Ansatz besteht darin, innerhalb eines langen Rohrs
Materialien auszuprobieren und zu verarbeiten, das über eine
interne Schnecke verfügt,
wie es in der
EP 931 553 ,
der
US 5,406,747 oder
der
JP 4045719 offenbart
ist. Eine derartige Vorrichtung kann sicherstellen, dass das Material
einem genau definierten Weg folgt und kontinuierlich durch die Antriebsschraube
durchgemischt wird. Ein Nachteil dieses Ansatzes besteht darin,
dass ein sehr langes Rohr (oder Rohre) erforderlich sind oder dass
ein geringer Durchsatz erzielt wird, wenn akzeptable Verweilzeiten
für die
Sterilisation oder Pasteurisation erhalten werden sollen. Ein derartiges
langes Rohr ist nicht für
den gedrängten
Herstellungsraum geeignet, der oft bei kleinen und mittelgroßen Unternehmen
angetroffen wird. Als teilweise Lösung für diese Probleme schlägt die WO
98/48853 vor, dass zwei Rohre, die in einem Winkel zueinander angeordnet
sind und eine Haltekammer, die an der Verbindung beider Rohre angeordnet
ist, vorhanden sind, um somit eine Verweilzeit des Materials zu
ermöglichen.
Die gesamte Vorrichtung hat noch einen großen Raumbedarf bei einem sehr
kleinen Kammervolumen und hat deshalb einen sehr geringen Durchsatz.
Aufgrund der großen
exponierten erhitzten Oberfläche
ist der Wärmeverlust
groß,
was zu einem niedrigen Wirkungsgrad führt.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehenden Probleme
auf einfache und verlässliche
Art zu lösen
und ohne zu einer Vorrichtung Zuflucht nehmen zu müssen, die
kostenintensiv ist oder schwierig in ihrem Unterhalt ist, trotz
der Tatsache, dass die verwirrende Vielzahl von erfolglosen bekannten
Lösungen
keinen klaren Hinweis in Bezug auf eine bevorzugte Entwicklungsrichtung
gibt.
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Daher
besteht eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein
einfaches, verlässliches (reproduzierbares)
und effizientes (hohe Ausbeute bei minimaler Zeit) Verfahren zum
Erhalt eines Substrats zur Verfügung
zu stellen, wie ein Wachstumsmedium für Pflanzen und Pilze, das wenigstens
teilweise sterilisiert oder vollständig pasteurisiert ist. Das sterilisierte
oder pasteurisierte Substrat wird anschließend zum sterilen Verpacken
oder Beimpfen gekühlt.
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Eine
zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zum Erhalt eines wenigstens teilweise sterilisierten oder pasteurisierten
Substrats wie eines Wachstumsmediums für Pflanzen und Pilze zur Verfügung zu
stellen, die wirtschaftlich herzustellen, zu unterhalten und zu
verwenden ist. Um genauer zu sein, besteht eine Aufgabe der Erfindung
darin, eine Vorrichtung zur Verfügung
zu stellen, deren Design sich auf die Vereinfachung ihrer Bauteile
konzentriert und auf die Reduktion des zu ihrem Betrieb erforderlichen
Energie.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
vorliegende Erfinder hat ermittelt, dass eine geeignete Pasteurisierung
dann nicht erzielt werden kann, wenn sich die Behandlungszeit/-verfahren
des Wachstumsmediums von einem Bereich zu einem anderen innerhalb
des Mediums der gleichen Charge signifikant ändert. Der vorliegende Erfinder
hat zum ersten Mal ermittelt, warum kommerziell erhältliche
Rotationsvorrichtungen an diesem Problem leiden und er hat eine
Lösung
entwickelt, die ausführlich
getestet wurde. Das Design dieser handelsüblichen Ausrüstung ist
derart, dass einige Stücke
des zu behandelnden Materials in unterschiedlichem Ausmaß pasteurisiert
oder sterilisiert werden, beispielsweise durch eine geringere Pasteurisationszeit
als andere. Die Folge daraus ist eine unvollständige Pasteurisation dieser
Teile und eine schlechte Qualität
(Inhomogenität)
des entsprechenden verarbeiteten Materials.
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Die
vorliegende Erfindung stellt in einem ersten Aspekt ein gemäß dem beigefügten Anspruch
1 definiertes diskontinuierliches – oder chargenweises Verfahren
zur homogenen und wenigstens teilweise Sterilisierung oder zur homogenen
und vollständigen Pasteurisierung
eines Substrats zur Verfügung,
wobei dieses Verfahren folgendes umfasst:
- – in einem
ersten Schritt wird ein Substrat in ein Hohlgefäß eingefüllt, wobei das Hohlgefäß mit Mitteln
ausgestattet ist, um das Substrat zumindest teilweise zu sterilisieren
oder zu pasteurisieren;
- – in
einem zweiten Schritt wird das Hohlgefäß rotiert und Wärmeenergie
wird dem Substrat zugeführt,
wobei das Substrat während
der Rotation des Hohlgefäßes zu einem
Ende des Hohlgefäßes in einer
ersten Richtung durch einen rohrförmigen Abschnitt transportiert
wird, der sich im Hohlgefäß befindet,
wobei der rohrförmige
Abschnitt ein erstes und ein zweites Ende aufweist;
- – in
einem dritten Schritt wird das Substrat aus dem zweiten Ende des
rohrförmigen
Abschnitts im rotierenden Hohlgefäß ausgetragen und wird in eine
zweite Richtung transportiert, die der ersten Richtung im Hohlgefäß entgegengesetzt
ist bis es das erste Ende des rohrförmigen Abschnitts erreicht,
wobei das in die erste Richtung transportierte Substrat von dem
in die zweite Richtung transportierten Substrat durch eine Wand
des rohrförmigen
Abschnitts getrennt ist und
- – die
zweiten und dritten Schritte werden wiederholt, um eine homogene
und zumindest teilweise Sterilisierung oder homogene und vollständige Pasteurisierung
des Substrats zu erreichen.
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Vorzugsweise
wird das Substrat an einem Ende des Hohlgefäßes eingeführt, das dem ersten Ende des
rohrförmigen
Abschnittes benachbart ist. Eine Flüssigkeit zur Befeuchtung des
Substrats kann optional eingeführt
werden oder zusammen mit dem Substrat, wenn dieses in das Gefäß eingeführt wird. Das
Hohlgefäß kann während der
Behandlung abgedichtet sein, um das unter Druck setzen des Gefäßes zu ermöglichen.
Um das behandelte Substrat zu entfernen, vorzugsweise nach einem
internen oder externen Abkühlungsschritt,
wird es aus der Vorrichtung für
eine nachfolgende Verpackung im sterilen Zustand ausgetragen, oder,
falls das Substrat ein Pilzwachstumsmedium ist, zum Beimpfen einer
sterilen Kammer. In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
kann sterilisiertes oder pasteurisiertes Pilzwachstumsmedium wenn
es abgekühlt
wurde innerhalb der Vorrichtung, vor dem Schritt des Austragens
eingesät
werden.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt der Transport in die erste und zweite Richtung konzentrisch
und insbesondere koaxial zu der Rotationsachse des Gefäßes. In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens hat das erste Ende des rohrförmigen Abschnittes eine Öffnung,
damit das Substrat Zugang zum Transportmittel innerhalb des rohrförmigen Abschnittes
hat und somit dieses in den rohrförmigen Abschnitt überführt. Diese Öffnung kann
durch einen oberen Abschnitt einer Wanne zur Verfügung gestellt
werden, die das Transportmittel teilweise umgibt. Die Wanne und
der rohrförmige
Abschnitt sind vorzugsweise koaxial. Die Länge der Öffnung oberhalb der Wanne,
verglichen mit der Länge des
rohrförmigen
Abschnittes ist derart, dass eine homogene Pasteurisierung ermöglicht wird.
Die Länge dieser Öffnung definiert
die Leichtigkeit des Zugangs zum rohrförmigen Abschnitt und kann daher
die Verweilzeiten im rohrförmigen
Abschnitt und/oder im Hohlgefäß bestimmen.
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In
Abhängigkeit
von der gewünschten
Pasteurisationstemperatur und wahlweise in Bezug auf die Höhe bei der
das Verfahren durchgeführt
wird, werden die zweiten und dritten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorzugsweise bei einem Druck durchgeführt, der in etwa größer als
Atmosphärendruck
ist. Ein einfacher Weg um dies zu erzielen besteht darin, eine Befeuchtungsflüssigkeit
in das Hohlgefäß in abgedichteten
Zustand vor dem Erhitzen einzuführen – der Dampf
der durch das Erhitzen der Flüssigkeit
erzeugt wird, setzt das Gefäß unter Druck.
Um jedoch Zeit zu sparen, ist es bevorzugt, die Befeuchtungsflüssigkeit
bei einer hohen Temperatur einzuführen – dies reduziert die Zeit des
anfänglichen
Aufwärmens
und reduziert daher die gesamte Verfahrensdauer. Im Falle, dass
beispielsweise Wasser verwendet wird, kann zu Beginn kochendes Wasser
in das Gefäß eingeführt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist der rohrförmige Abschnitt
vorzugsweise koaxial zu der Rotationsachse des Gefäßes und
der rohrförmige
Abschnitt umfasst eine Transportvorrichtung, beispielsweise eine Transportschnecke.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "rohrförmiger Abschnitt" jedes ZuVerbindung,
unabhängig
von der Form ihres Querschnitts (dreieckig, quadratisch, rechteckig,
pentagonal, hexagonal, kreisförmig,
oval, elliptisch, polygonal oder jede andere Form). Falls erforderlich,
kann die Wandung des rohrförmigen
Abschnitts perforiert sein mit der Maßgabe, dass die Zahl und/oder
die Größe der Löcher nicht
mit der primären
Funktion des Abschnittes interferieren, nämlich der Trennung des Materialflüsse in der
ersten und zweiten Richtung, d.h., die Löcher sollten keine wesentliche
Vermischung der zwei Flüsse
zulassen. Der röhrenförmige Abschnitt
verfügt
vorteilhafterweise über
einen Querschnitt, der eine Verstopfung des röhrenförmigen Abschnitts verhindert.
Beispielsweise kann der röhrenförmige Abschnitt
einen Querschnitt mit scharfen Ecken oder Rippen innerhalb der Wandung
aufweisen, um das Anhaften (Nichtzirkulieren) des Substrats im röhrenförmigen Abschnitt
zu vermeiden.
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Vorzugsweise
kann die Richtung der Transportvorrichtung in dem röhrenförmigen Bereich
umgekehrt werden, wie eine Transportschnecke. Die Rotationsgeschwindigkeiten
des Hohlgefäßes auf der
einen Seite und der Transportvorrichtung im röhrenförmigen Bereich auf der anderen
Seite können gleich
oder verschieden sein, sind aber vorzugsweise einstellbar. Ebenfalls
kann die Transportgeschwindigkeit der Transportvorrichtung innerhalb
des röhrenförmigen Bereichs
während
der Behandlung variiert werden, und insbesondere kann der Transport angehalten
werden, sobald der Bediener der Vorrichtung mit der erhaltenen Homogenität zufrieden
ist. Jedoch ist die Rotationsgeschwindigkeit (ausgedrückt in Umdrehungen
pro Minute oder rpm) des Gefäßes oftmals
so eingestellt, dass sie geringer ist als diejenige der Transportvorrichtung.
Die Rotationsgeschwindigkeit des Gefäßes kann beispielhaft im Bereich
von 0,5 rpm bis ungefähr
5 rpm liegen und diejenige der Transportvorrichtung kann bis zu
ungefähr
100 rpm sein, in Abhängigkeit
von verschiedenen Faktoren wie ihrem Durchmesser. Die Mittel zur wenigstens
teilweisen Sterilisierung oder Pasteurisierung des Substrats sind
vorzugsweise in einem Teil der Vorrichtung angebracht, so dass die
wenigstens teilweise Sterilisierung oder Pasteurisierung wenigstens
während
des dritten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens stattfindet
und vorzugsweise schon während
des zweiten Schritts. Beispielsweise wird dies geeigneterweise durch
das zur Verfügung
stellen einer Vorrichtung erreicht, um eine Sterilisierungs- oder
Pasteurisierungstemperatur an der inneren Wandung des Hohlgefäßes zur
Verfügung
zu stellen und/oder in dem röhrenförmigen Abschnitt
selber, wie es nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Jedoch
kann ebenso jede andere Vorrichtung wie beispielsweise Dampfeinspritzung
verwendet werden.
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Die
geometrischen Dimensionen, insbesondere die Längs- und Querschnittsdimensionen
wie die Länge
und der Durchmesser – im
Falle eines Hohlgefäßes – oder der
Breite, der verschiedenen Bestandteile der Vorrichtung und die Rotationsgeschwindigkeiten
des Gefäßes und
der Transportvorrichtungen, die darin angeordnet sind, sind vorzugsweise
so gewählt,
dass sie zusammen betrieben werden können, so dass die Zeit, bei
der jedes Teil des Substrats wirklich Sterilisierungs- oder Pasteurisierungsbedingungen
unterworfen wird, in jedem Teil der Vorrichtung während der
Behandlung einheitlich ist, um so zu einer homogenen Qualität des Endproduktes
beizutragen.
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Im
Kontext der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "Befeuchtungsflüssigkeit" ein gasförmiges oder
vorzugsweise flüssiges
Fluid, das mit dem Substrat gemischt werden kann, indem es homogen
mit dem Substrat gemischt wird, und kann ein Medium darstellen,
das vollständig
pasteurisiert oder wenigstens teilweise sterilisiert werden kann. Beispielsweise
kann das Fluid Wasser bei einer Temperatur von ungefähr 5°C bis ungefähr 95°C sein oder
Dampf. Die Menge der verwendeten Befeuchtungsflüssigkeit, wird durch die Art
des Substrates bestimmt (die beträchtlich von einem Wachstumsmedium
zu einem anderen variiert), durch den Flüssigkeitsgehalt des Substrats
bevor die abgedichtete Rotiervorrichtung damit beladen wird, und
durch die Struktur, die für
die leichte Überführung des befeuchteten
Substrates in die Vorrichtung erforderlich ist. Beispielhaft ist
die Menge der zugeführten
Befeuchtungsflüssigkeit
vorzugsweise so, dass das Verhältnis
des trockenen Materials in der abgedichteten Rotationsvorrichtung
ungefähr
20 Gew.-% bis ungefähr 60
Gew.-% beträgt,
d.h., so dass das Gewichtsverhältnis
von Wasser/Substrat von ungefähr
2:3 bis ungefähr
4:1 beträgt.
In Abhängigkeit
von der Art des zu behandelnden Substrats durch das erfindungsgemäße Verfahren,
ist es nicht immer notwendig, vollständig sterilisierende Bedingungen
zu verwenden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zur wenigstens teilweisen Sterilisierung oder Pasteurisierung eines Substrats
wie ein Wachstumsmedium für
Pflanzen oder Pilze zur Verfügung
gestellt und wird im nachstehenden Anspruch 12 definiert. Dieser
umfasst:
- – ein
Hohlgefäß, das mit
Mitteln zu seiner Drehung um eine Rotationsachse und Mitteln zum
zumindest teilweise Sterilisieren oder vollständigen Pasteurisieren de Substrats
ausgestattet ist;
- – eine Öffnung zum
Einfüllen
des Substrates in das Gefäß;
- – eine
erste Transportvorrichtung zum Transportieren des Substrates in
eine erste Richtung, die sich durch einen wesentlichen Anteil des
Innenraums des Hohlgefäßes erstreckt,
- – einen
rohrförmigen
Abschnitt, der die erste Transportvorrichtung umgibt und eine Wand
aufweist, die einen Separator zwischen einer Zone, die sich innerhalb
des rohrförmigen
Anteils befindet und eine Zone bildet, die sich zwischen dem rohrförmigen Anteil
und der Innenwand des Hohlgefäßes befindet,
- – ein
Mittel zum Austragen des zumindest teilweise sterilisierten oder
vollständig
pasteurisierten Substrates aus dem rohrförmigen Anteil in einen Hohlraum
des Hohlgefäßes, und
- – eine
zweite Transportvorrichtung, um das Substrat, das aus dem rohrförmgien Anteil
ausgetragen wird so zu führen,
dass es einen Weg in einer zweiten Richtung folgt, die der ersten
Richtung entgegengesetzt ist.
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Weiterhin
kann das Gefäß mit Mitteln
zum Einbringen einer Befeuchtungsflüssigkeit in das Gefäß ausgestattet
sein. Das Gefäß weist
vorzugsweise Mittel zum Austragen des Substrats nach der Behandlung
auf. Das Gefäß kann ebenfalls
während
der Behandlung abgedichtet sein, beispielsweise durch ein Ventil,
das an einem Ende des Gefäßes angebracht
ist (vorzugsweise am gleichen Ende an dem das Einbringen durchgeführt wird),
um das Substrat einzubringen und/oder das pasteurisierte oder sterilisierte
Substrat auszutragen.
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Aus
Gründen
der Effizienz sind der rohrförmige
Abschnitt und das Hohlgefäß länglich und
beispielsweise zylindrisch oder quasi zylindrisch, parellelepiped
oder quasi parallelepiped und das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise
durchgeführt,
indem die Rotationsachse des Gefäßes im Wesentlichen
horizontal ist oder mit einer Neigung von weniger als 25°C und beispielsweise
5 oder 10°C gegenüber dem
ersten Ende des rohrförmigen
Bereichs aufweist.
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Wie
vorstehend in Bezug auf das Verfahren angegeben, das den ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet, ist der Separatorteil
der vorstehenden Vorrichtung ein röhrenförmiger Abschnitt, wie eine
röhrenförmiger Verbindung,
die eine longitudinale Achse aufweist, die parallel oder koaxial
zu der Rotationsachse des Gefäßes ist
und den Transportbereich zum Überführen des
Substrats in die rohrförmige
Verbindung auf der einen Seite und der Überführung des Substrats in den
Transportbereich außerhalb
der röhrenförmigen Verbindung
in die umgekehrte Richtung dazwischen und auf der anderen Seite
auf von Innerseite der Wandung des Gefäßes trennt.
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Die
Mittel zum Einführen
einer Befeuchtungsflüssigkeit
nehmen vorzugsweise die Form eines einfachen Einlassrohres für die Flüssigkeit
innerhalb des Gefäßes an,
beispielsweise ein Rohr am Ende des Gefäßes, entgegengesetzt zu den
Beladungs- und Austragungsmitteln
des Substrates. Die Mittel zur wenigstens teilweise Sterilisierung
oder vollständiger
Pasteurisierung des Substrates können beispielsweise
die Form von wenigstens einem Mantel zum Zirkulieren eines heißen Fluids,
wie Dampf oder Wasser, die bei einer Temperatur von beispielsweise
ungefähr
60°C bis
ungefähr
140°C gehalten werden
annehmen, der an der Wandung des Gefäßes angeordnet ist. Die gleichen
Mittel könnten
nach Sterilisierung oder Pasteurisierung des Substrats verwendet
werden, um das sterilisierte oder pasteurisierte Substrat zu kühlen, indem
ein kaltes Fluid, wie Wasser bei einer Temperatur von ungefähr 5°C bis ungefähr 30°C (in Abhängigkeit
von den lokalen klimatischen Bedingungen) zirkuliert, und zwar über einen
Zeitraum der notwendig ist, um das Substrat auf eine Temperatur
zu kühlen,
die mit einer sterilen Verpackung kompatibel ist oder im Falle,
dass das Substrat ein Pilzwachstumsmedium darstellt, zum Beimpfen
des Substrats.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung passiert die Transportvorrichtung ein Loch am Ende
des Gefäßes. Durch
Umkehrung der Transportvorrichtung kann das behandelte Substrat
aus dem Gefäß durch
dieses Loch ausgetragen werden. In einer anderen Variante der vorliegenden
Erfindung kann der röhrenförmige Abschnitt,
der durch einen rohrförmigen
Anteil definiert ist, mit den Mitteln zur Sterilisierung oder zur
Pasteurisierung des befeuchteten Substrats versehen werden, beispielsweise
mit einem Mantel, der den röhrenförmigen Abschnitt über einen
wesentlichen Teil seiner Länge
umgibt, zur wie vorstehend definierten Zirkulation einer heißen Flüssigkeit,
zur Vergrößerung der
Kontaktoberfläche
und damit des Wärmetransfers
zwischen dem zu sterilisierenden oder pasteurisierenden Substrat und
des heißen
Fluids und demzufolge zur Erhöhung der
Wirksamkeit des Betriebs. Der Mantel für die Zirkulation des heißen Fluids
um den röhrenförmigen Bereich
kann, sofern notwendig, mit dem Mantel auf der Wandung des Gefäßes zur
Sterilisierung oder Pasteurisierung des befeuchteten Substrats in
Verbindung stehen oder kann ihn sogar ersetzen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Transportvorrichtung eine Transportschnecke oder ein
Spiralförderer
sein. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Transportvorrichtung vorzugsweise mit einem reversiblen
Antriebsmittel wie einem Motor versehen, beispielsweise einen reversiblen
elektrischen oder hydraulischen Motor.
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Die
Erfindung wird nun in Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, die
nur als Beispiele dienen sollen ohne die Absicht, die vorliegende
Erfindung zu beschränken.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine teilweise querschnittsdiagrammatische seitenerhöhte Ansicht
einer Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2a, b, c, d zeigen
Querschnitte durch Teile des Gefäßes wie
die Wanne und die röhrenförmigen Abschnitte
der Ausführungsform der 1.
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Beschreibung
der erläuternden
Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf nicht einschränkende bestimmte
Ausführungsformen
und Zeichnungen beschrieben und wird nur durch die Ansprüche beschränkt. Die
vorliegende Erfindung wird hauptsächlich in Bezug auf Pasteurisierungswachstumsmedien
für Pilze
beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und
kann ebenfalls die Sterilisierung von Abfällen wie Hospitalabfälle umfassen.
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Eine
Vorrichtung zur partiellen Sterilisierung oder Pasteurisierung gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Die Vorrichtung umfasst ein hohles, beispielsweise zylindrisches
Gefäß (1a),
das um eine im Wesentlichen horizontale oder geneigte Rotationsachse
rotiert werden kann. Sie kann durch zwei Paare von Antriebsrädern (15a)
und (15b) rotieren gelassen werden, die an entsprechenden
Trägern
fixiert sind (18a) und (18b). Das Gefäß (1a)
hat an einem Ende ein System, das vorzugsweise ein abgedichtetes
Ventil (5) umfasst, zur Beladung des zu sterilisierenden
oder pasteurisierenden Materials (von einem Lager und/oder Transportsystem,
beispielsweise einem Trichter, der nicht in 1 gezeigt ist).
Die Dichtung zwischen dem Beladungssystem und dem Gefäß (1a)
kann durch eine Drehdichtung (8) zur Verfügung gestellt
werden. Ein Transportmittel, wie eine archimedische Schnecke oder
ein Spiraltransporter (2) unterhalb des Ventils (5)
und darauf beschränkt,
mit dem Gefäß (1a) über Befestigungsmittel
zu rotieren, in diesem Fall einem Konus (19) und eine Dichtungslagerung
(9b), die an diesem Konus befestigt ist, erstreckt sich
in etwa längs
der gesamten Länge
des Gefäßes (1a)
und der gesamten Länge
des vorstehend erwähnten
Beladungssystems. Dieses Transportmittel wird für den kontrollierten und normalen
Transport des Materials zur Verfügung
gestellt. Die Dichtungslagerung (9) hält die archimedische Schraube
(2) in ihrer Stellung und ermöglicht ihr eine beliebige differentielle
Ausdehnung zwischen den einzelnen Bestandteilen. Das Ende der archimedischen
Schnecke (2), das sich am gleichen Ende wie das Beladungssystem
befindet, wird durch einen reversiblen hydraulischen oder elektrischen Motor
(7) angetrieben. Die Dichtung zwischen dem Beladungssystem
und der Welle, die durch den Motor (7) angetrieben wird,
wird durch eine Drehdichtung (9a) mit einer Lagerung ermöglicht.
Eine zylindrische Wanne (3), die zu der archimedischen
Schnecke koaxial ist (2) und einen etwas größeren Radius als
die archimedische Schnecke (2) aufweist, erhält das zu
sterilisierende oder pasteurisierende Material von dem Beladungssystem.
Die Wanne (3) wird am Rahmen (14) durch Befestigungsmittel
(20) befestigt. Eine röhrenförmige Verbindung
(4) wird an das Gefäß (1a)
durch Befestigungsmittel (21a) und (21b) befestigt
und ist zu der archimedischen Schnecke (2) koaxial und
ihr Radius ist wenigstens gleich zu dem der Wanne (3).
Die röhrenförmige Verbindung
(4) erstreckt sich entlang eines wesentlichen Teils der
Länge des
Gefäßes (1a)
und kann in geringem Ausmasse über
das Ende der Wanne (3) kragen. Die Wanne hat einen offenen
oberen Bereich, wobei die Länge dieser Öffnung vorzugsweise
geringer ist als die Länge
der rohrförmigen
Verbindung.
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Weiterhin
kann die Wandung des Gefäßes (1a)
mit einem Mantel (1b) versehen sein, damit Wasser oder
Dampf oder ein anderes geeignetes Erhitzungsfluid wie heißes Öl darin
zirkuliert. Der Mantel besteht vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Material
in Abhängigkeit
von der Zusammensetzung, der Temperatur und der Qualität des zirkulierenden
Fluids. Der Mantel (1b) hat einen Einlass (11),
der beispielsweise mit einer Wasserzufuhr verbunden ist und einen
Auslass (12) am gleichen oder am anderen Ende des Gefäßes (1a).
Diese sind geeigneterweise am entgegengesetzten Ende angebracht
zur Einbringung des zu sterilisierenden oder zu pasteurisierenden
Materials. Die Dichtung zwischen dem Fluidzirkulations/einspritzsystem
(10, 11, 12) und dem Gefäß (1a)
wird durch eine Drehdichtung (13) ermöglicht, die aus einem Material
hergestellt ist, das in der Lage ist, der Temperatur des zirkulierenden
Fluids über
einen langen Zeitraum hinweg zu widerstehen. Geeignete Materialien
umfassen natürlichen
Kautschuk, Butylkautschuk, Polytetrafluorethylen (beispielsweise
Teflon®),
Bronze oder eine Keramik. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin
ein Rohr (10), um ein Fluid in das Innere des Gefäßes (1a)
einzubringen, wobei das Rohr vorzugsweise an demjenigen Ende des
Gefäßes (1a) angeordnet ist, das entgegengesetzt
zu dem Ende ist, an dem die Beladung des zu sterilisierenden oder
pasteurisierenden Materials stattfindet, d.h. in der Nähe des Einlasses
(11) und des Auslasses (12), um das Erhitzungsfluid
zirkulieren zu lassen. Schließlich
zeigt 1 zwei Paare von Wägezellen (16a) und
(16a) um Abwiegen des Wassers und des Wachstumsmediums,
das in dem Gefäß behandelt werden
soll. Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf einen Heizmantel 1b beschrieben
wurde, kann eine andere Heizung verwendet werden, wie beispielsweise
Dampfeinspritzung, Infrarotstrahlung oder direktes elektrisches
Heizen unter Verwendung von Heizelementen, die an der Gefäßwandung
angebracht sind.
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Die
Archimedes Schnecke (2) dreht sich innerhalb des röhrenförmigen Abschnitts
(4) – der
selber zur gleichen Zeit wie das Gefäß (1a) rotiert, wohingegen
die Wanne (3) stationär
bleibt. Der röhrenförmige Abschnitt
(4) wird durch eine Wandung definiert, die einen Separator
zwischen der Transportzone zum oberen Ende (innerhalb des Übergangs}
und der Transportzone zum hinteren Ende (außerhalb der Verbindung, zwischen
ihm und der inneren Wandung des Wasserzirkulationsmantels (1))
darstellt. Die Wandung, die den röhrenförmige Abschnitt definiert, kann
fest oder perforiert sein. Falls sie jedoch perforiert ist, sollte
die Zahl und/oder die Größe der Löcher vorzugsweise
nicht mit der primären
Funktion der Trennung der Materialflüsse zum Anfang und zum Ende
der Vorrichtung interferieren, d.h. die Löcher sollten keine wesentliche
Vermischung der zwei Flüsse
ermöglichen.
Die Löcher
sollten vorzugsweise klein genug sein, so dass das Material nicht
aus dem röhrenförmigen Abschnitt
in das Gefäß ausläuft, bevor
es nicht das Ende des röhrenförmigen Abschnitts (4)
erreicht hat. Detaillierte Querschnitte durch den röhrenförmigen Abschnitt
und den Wannenbereich sind in 2a, b, c gezeigt.
Wie in 2b gezeigt, kann der Querschnitt
des röhrenförmigen Abschnitts mit
Rippen oder anderen Formen versehen sein, um das Verstopfen der
Schraube (2) im röhrenförmigen Abschnitt
zu verhindern.
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Ein
zweites Dichtventil (6) in der Nähe des Dichtventils (5)
des Beladungssystems und unterhalb der archimedischen Schnecke (2)
wird dazu verwendet, das sterilisierte oder pasteurisierte Material, nachdem
es auf Raumtemperatur abgekühlt
wurde aus dem Gefäß auszutragen,
indem die Richtung der Archimedes Schnecke umgekehrt wird. Das Material kann
in eine sterile Umgebung (17) ausgetragen werden, von der
aus es ein Transportsystem (das nicht in 1 gezeigt
ist) zu einer Verpackungsvorrichtung, wie eine Verpackungsmaschine,
transportieren kann. Die Drehdichtung (8), die Ventile
(5, 6) und die Wanne (3) können ein
integraler Bestandteil der Vorrichtung sein. In Varianten dieser
Ausführungsform,
die nicht in 1 gezeigt sind, kann das Rohr
für den Einlass
des heißen
Fluids (10) an anderen Stellen angeordnet sein, beispielsweise
zwischen den Dichtventilen (5) und (6).
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Die
Vorrichtung funktioniert folgendermaßen: in einem ersten Schritt
wird ein Befeuchtungsfluid, beispielsweise heißes Wasser, bei dem die Menge und
die Temperatur vorher bestimmt wurden, in Abhängigkeit von der Art und dem
Flüssigkeitsgehalt des
zu behandelnden Materials in das Gefäß (1a) durch ein Rohr
(10) eingeführt
und die Zunahme an Gewicht wird durch Paare von Wägezellen
(16a) und (16b) bestimmt. Während dieser Zeit wird heißes Wasser,
oder wo anwendbar Dampf, heißes Öl oder ein
anderes heißes
Fluid über
den Wassereinlass (11) eingeführt und im Mantel (1b)
zum Fluidauslass (12) zirkulieren lassen. In einem zweiten
Schritt wird das wenigstens teilweise zu sterilisierende oder pasteurisierende
feste Material, beispielsweise ein Wachstumsmedium für Pflanzen
oder Pilze, über
das Dichtventil (5) durch ein Transportsystem (das nicht in 1 gezeigt
ist) in das Gefäß (1a)
eingebracht. Zur gleichen Zeit wird der Motor (7) angelassen,
um die Archimedes Schnecke (2) in so einer Rotationsrichtung
anzutreiben, dass das Material von dem Beladungsbereich zum entfernten
Bereich des Gefäßes transportiert
wird. Die Rotation der Schnecke nimmt das Material mit und transportiert
das gerade eingetragene Material zur und durch die Wanne (3)
und anschließend
durch den röhrenförmigen Abschnitt
(4). Am entfernten Ende des röhrenförmigen Abschnitts (4),
in der Nähe
des Einlassrohrs (10) wird das Material in den hohlen Bereich
des Gefäßes ausgetragen. Das
Material wird anschließend
durch die Rotation des letzteren dazu gezwungen, die entgegensetzte Richtung
zu verfolgen, d.h. es wird in den hinteren Teil transportiert, in
einem wesentlichen Abschnitt des ringförmigen Volumens zwischen dem
röhrenförmigen Abschnitt
(4) und der Wandung des Mantels (1b). Eine weitere
Transportvorrichtung, beispielsweise spiralförmig geneigte Klingen (22)
sind an der inneren Wandung des Hohlgefäßes vorgesehen, um die Umkehrbewegung
zu unterstützen.
Die Bewegung in der rUmkehrrichtung wird vorzugsweise kontrolliert
und regulär
durchgeführt.
Weiterhin sollte diese Transportvorrichtung vorzugsweise das Durcheinanderschütteln des
Materials ermöglichen.
Wenn das Material das erste Ende des Gefäßes (1a) erreicht, kommt
es durch die Öffnung
am oberen Ende in die Wanne (3). Dieser Eingang kann durch
Hilfsmittel unterstützt
werden, beispielsweise durch Klingen (23), die schematisch
in 2d im Querschnitt gezeigt sind. Im ringförmigen Volumen
zwischen dem rohrförmigen
Abschnitt und der inneren Wandung des Gefäßes, das als "Transportzone zum
hinteren Ende" bezeichnet
werden kann, erfährt
die Temperatur des Befeuchtungsfestmaterials eine Änderung
oder wird auf einen Wert gehalten, der für die Sterilisierung oder Pasteurisierung
durch heißes
Wasser, Dampf, Öl
oder ein anderes heißes
Fluid, das im Mantel (1b) zirkuliert geeignet ist. Am Endes
dieses Transports und aufgrund der Rotation des Gefäßes (1a),
fällt das zurückkommende
sterilisierte oder pasteurisierte Material in die Wanne (3),
wo die Archimedesschnecke (2) es wieder nach vorne in das
Gefäß (1a)
transportiert und so die Wiederverwertung des Materials ermöglicht.
Auf diese Art wird das feste Material in konstanter Weise und vollständig im
Gefäß (1a)
gemischt, insbesondere indem es in die Wanne (3) fällt und
indem es durch die Schnecke zum vorderen Ende innerhalb der röhrenförmigen Bereichs
(4) transportiert wird, während es einer Sterilisierung oder
Pasteurisierung unterzogen wird, die aus der gewählten Temperatur und der Dauer
des Betriebes resultiert. Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Material in einem ersten
Schritt in eine röhrenförmigen Verbindung
transportiert und anschließend
durcheinanderfallend zum Anfang des röhrenförmigen Abschnitts, wobei das
Material nicht in dem röhrenförmigen Abschnitt
durcheinanderfällt, so
dass das Material keine "Abkürzung" nehmen kann. Diese
Kombination ermöglicht
eine gleichförmige
Sterilisierung und Pasteurisierung, weil alle Materialien dazu gezwungen
sind, denselben Weg zu nehmen. Jedoch hat das Gefäß eine geringe
Größe, so dass
es sein Volumen wirkungsvoll verwendet und die erhitzte Oberfläche wird
auf einem Minimum gehalten.
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In
Abhängigkeit
von der Art des zu behandelnden festen Materials, wird das heiße Fluid
das im Mantel (1b) zirkuliert, durch ein kaltes Fluid ersetzt, wenn
die Sterilisation oder Pasteurisation als ausreichend vollständig betrachtet
wird und das Gefäß (1a) wird
weiterhin, sofern notwendig, rotiert. Dies kühlt das sterilisierte oder
pasteurisierte Material ab bevor es ausgetragen wird oder im Falle
von Pilzwachstumsmedium, bevor ein steriles Beimpfen mit der üblichen
Menge von Pilzsporen von ungefähr
0,5 % bis ungefähr
5 Gew.-% des Wachstumsmediums beginnt. Ein Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft einen Abkühlungsschritt
der im abgedichteten Gefäß (1)
durchgeführt
wird, also ein steriler Abkühlungsschritt.
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Der
Motor (7) ändert
daraufhin die Rotationsrichtung der Archimedesschnecke (2),
um das sterilisierte oder pasteurisierte und gekühlte Material von der Wanne
(3) zur sterilen Verpackung (17) über das Ventil
(6) zu transportieren. Durch Rotation des Gefäßes und
Betreiben der Schraube (2) in der umgekehrten Richtung
wird das gesamte Material aus dem Gefäß ausgetragen.
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Als
Alternative zu den vorstehend erläuterten Ausführungsformen
ist es ebenfalls möglich,
ohne vom definierten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen,
das zu sterilisierende oder pasteurisierende Substrat zu befeuchten,
bevor es in das Gefäß (1a)
durch ein Dichtventil (5) oder zwischen den Dichtventilen
(5) und (6) eingebracht wird, wobei der Fluideinlass
(10) nicht mehr zweckmäßig ist
und daher weggelassen werden kann.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt
und beschrieben wurde, versteht es sich für einen Durchschnittsfachmann,
dass verschiedene Änderungen oder
Modifikationen in Form und Detail gemacht werden können, ohne
vom Umfang und vom Geist dieser Erfindung abzuweichen. Beispielsweise
kann das Gefäß während der
Behandlung unter Druck gesetzt werden, beispielsweise durch Einführung von
Druckluft oder Abdichten des Gefäßes während des
Erhitzens, was automatisch den Druck erhöht.