WO2003022080A1 - Elektroporationsreaktor zur kontinuierlichen prozessierung von stückigen produkten - Google Patents

Elektroporationsreaktor zur kontinuierlichen prozessierung von stückigen produkten Download PDF

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WO2003022080A1
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Christoph Schultheiss
Martin Kern
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Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh
Kea-Tec Gmbh
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    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23N—MACHINES OR APPARATUS FOR TREATING HARVESTED FRUIT, VEGETABLES OR FLOWER BULBS IN BULK, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; PEELING VEGETABLES OR FRUIT IN BULK; APPARATUS FOR PREPARING ANIMAL FEEDING- STUFFS
    • A23N1/00—Machines or apparatus for extracting juice
    • A23N1/006—Machines or apparatus for extracting juice by electroplasmolysis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23C—DAIRY PRODUCTS, e.g. MILK, BUTTER OR CHEESE; MILK OR CHEESE SUBSTITUTES; MAKING THEREOF
    • A23C3/00—Preservation of milk or milk preparations
    • A23C3/07—Preservation of milk or milk preparations by irradiation, e.g. by microwaves ; by sonic or ultrasonic waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion

Definitions

  • Electroporation reactor for the continuous processing of lumpy products
  • the invention relates to an electroporation reactor for large-scale continuous processing of lumpy products, the process goods, in particular agricultural products, such as sugar beets, potatoes, vegetables, fruits, medicinal plants and also animal products, in a process liquid with high-voltage pulses.
  • the agricultural products are present in whole elements, as in the harvest, as a sievable fraction or pre-shredded.
  • electroporation The process for disrupting the cell material with pulsed electrical fields (high-voltage discharges) is called electroporation or electroplasmolysis.
  • the electroporation process is used to obtain intracellular substances.
  • the valuable substances are usually squeezed out or extracted through extraction processes.
  • the treatment with pulsed electric fields takes place in a process liquid, which is mostly water with low conductivity.
  • Known devices can be used for pumpable foods and suspensions.
  • the agricultural products to be treated in the device often require high hourly throughputs (e.g. sugar industry 600 mg beet / h).
  • the device enables high throughputs with minimal product damage.
  • an electroporation reactor according to the features of claim 1.
  • This consists of: a cylindrical, electrically insulated or made of dielectric material drum that rotates horizontally around its cylinder axis / axis of rotation.
  • Drivers distributed over the circumference, are attached to their outer circumferential surface. The drivers sit parallel to the axis of rotation of the drum and are radially outward aligned.
  • a double-walled chamber made of dielectric
  • a process feed device opens into the open area of the chamber and docks with its upper area of its mouth on the inner wall of the chamber at the upper edge of the open area. At the bottom of the mouth there is a feed rake through which the drivers of the drum run.
  • a discharge chute attaches to the inner wall at the bottom of the chamber.
  • a discharge rake through which the drums of the drum also run after emerging from the process liquid, collects the process material that has now been conveyed and is now electrically processed and directs it to the discharge chute for further transport.
  • At least one electrode group of at least one electrode which extends at most over the height of the drum, is embedded in the outer boundary of the reaction chamber and is exposed towards the drum.
  • This is connected via a high-voltage suitable, controlled or self-breakthrough, fast switch to an external electrical energy store, which can be connected to the electrode group sufficiently quickly for the purpose, only to this electrode group.
  • an external electrical energy store which can be connected to the electrode group sufficiently quickly for the purpose, only to this electrode group.
  • a high electrical potential is applied to this group of electrodes, which results in the most homogeneous electrical field possible, which is always so strong that the entrained, builds up on the potential electrodes mounted on the drum and grounded over the drum axis Process material in the process liquid is electroporated.
  • each electrode group is also connected to its own electrical energy store via its own switch.
  • Such an energy store is usually a rapidly discharged capacitor bank in order to always achieve the electrical field or voltage increase in the reaction areas sufficiently quickly.
  • Marx generators for example, are well suited for this.
  • the level of the process liquid is always between the axis of rotation of the drum and the highest-lying pulse electrodes or electrode groups.
  • the immersion area in the process liquid is kept electrode-free over a depth of at least two times the distance between the potential and pulse electrodes for safe ventilation and thus freeing of air bubbles of the mixture of process material and process liquid.
  • FIG. 1 The entire system is electromagnetically shielded from the surroundings in order to prevent interference with external devices and equipment.
  • the function and structure of the invention will be explained in more detail below with reference to the drawing.
  • the drawing consists of Figures 1 to 3. They show in detail: Figure 1 section side view of the electroporation reactor Figure 2 axial section through the electroporation reactor. Figure 3 development of the lateral surfaces of the reaction space with an electrode arrangement.
  • the beets previously washed pass through the product feed device 13 and the feed rake 6 into the feed zone a of the electroporation reactor and come to rest in the feed chamber.
  • the conveying chamber or the gap with the reaction zone is formed by the drum 7 with a dielectric coating here and the outer boundary of the reaction chamber 12.
  • the drivers 5 wipe the beets off the feed rake 6 and pull them into the conveying gap between the drum 7 and the outer boundary 12 of the reaction chamber.
  • the beets which were initially still conveyed dry, reach the process liquid reservoir, here water, of the electroporation reactor after approximately one% rotation of the drum 7.
  • the degassing zone b forms the immersion area. Suitable measures such as water injection, vibration or other suitable measures, adhering air bubbles and air bubbles in general, are removed here. This is important because the shock waves that occur when the high voltage breaks through on gas bubbles, which gradually impair the reactor's function, that is to say destroy it over a longer or longer period.
  • the pulse voltage here up to a few 100 kV, is coupled into the water via the metallic electrodes 1.
  • the electrodes 1, which can be acted upon with high voltage, are installed in the high-voltage insulating wall of the chamber 12 without raising towards the drum (see FIGS. 1, 2 and 3).
  • the counter electrodes 2 or the reference or earth potential required for the high-voltage discharge is produced in the outer surface of the drum 7 by the bare metal exposed in the gap (see the development in FIG. 3). Due to the angular misalignment of the individual pulse electrodes, the electrical field also experiences different orientations.
  • the drivers lift the processed beets out of the water bath, and they are then stripped out of the conveyor chamber via the discharge rake 14.
  • the beet material can drip off and is fed via the discharge chute 15 for further processing.
  • reactor housing 11 in the area of the reaction chamber, dielectric insulation layer of the drum 7 and high-voltage insulation of the pulse electrodes 12 are made of electrically insulating material such as natural polyethylene, black black, polypropylene gray, polyurethane PU, reinforced or glass fiber reinforced materials, or by this is electrically insulated.
  • the shape and surface of the driver 5 is optimized so that the required mechanical stability is present and high-voltage sliding discharges are prevented.
  • the system is sufficient to suppress electromagnetic radiation into the environment, for example, metallic shielding.
  • the axis of rotation / shaft 3 of the drum located above the liquid level does not easily avoid sealing and thus electrical insulation problems.

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Abstract

Elektroporationsreaktor zur kontinuierlichen Prozessierung von stückigen Produkten wie Agrarprodukten und auch tierische Produkten. Hierzu läuft eine Trommel (7) mit Mitnehmern (5) auf ihrer Äusseren Mantelfläche in einer Prozessflüssigkeit, meist Wasser, die in einer Kammer gefasst ist, um und nimmt das zu prozessierende Gut, das über eine Öffnung zugeführt wird, mit. Das Prozess- oder Erntegut lässt man beim Eintauchen zunächst entgasen, bis es beim weiteren Transport in die eigentliche Prozesszone gelangt, wo es kurzzeitigen elektrischen Feldern hoher Stärke derart ausgesetzt wird, um hochwahrscheinlich die für die Poration an den Zellwänden des Prozessguts notwendige Potentialdifferenz entlang der längeren Zellachse einwirken lassen zu können. Beim Weitertransport wird das prozessierte Gut dann über einen Rechen (14) aus dem Reaktor gehoben und auf eine Austragsschurre (15) gelenkt.

Description

Elektroporationsreaktor zur kontinuierlichen Prozessierung von stückigen Produkten
Die Erfindung betrifft einen Elektroporationsreaktor zur großtechnischen kontinuierlichen Prozessierung von stückigen Produkten, dem Prozessgut, insbesondere Agrarprodukten, wie Zuckerrüben, Kartoffel, Gemüse, Obst, Heilpflanzen und auch tierischen Produkten, in einer Prozessflüssigkeit mit Hochspannungsimpulsen. Die Agrarprodukte liegen in wie bei der Ernte anfallenden ganzen Elementen als absiebbare Fraktion oder vorzerkleinert vor.
Das Verfahren zum Aufschluss des Zellmaterials mit gepulsten elektrischen Feldern (Hochspannungsentladungen) wird als Elektroporation bzw. Elektroplasmolyse bezeichnet.
Aus der Literatur sind Vorrichtungen bekannt, die zur Behandlung von Pflanzenzellen bzw. pumpbaren Lebensmitteln eingesetzt werden. Beispielsweise die folgenden:
US 3,766,050 „Apparatus for the treatment of fluids or Solutions by electric fields"; 1973-10-16. In ihr werden Reaktorbauformen mit unterschiedlich angeordneten Elektroden und dimensionierten Strömungskanälen beschrieben. Die Reaktoren sind ausschließlich für kleine Mengen und kleine Partikelgrößen einsetzbar.
US 4,723,483 „ Electroplasmolyzer for processing vegetable stock"; 1988-02-09 bzw. FR 2 619 489 „Electroplasmolyzer for processing vegetable materials"; 1989-02-24. In diesen Literaturstellen wird ein runder bzw. rechteckiger Reaktorquerschnitt beschrieben, in dem Elektrodenpaare in unterschiedlichen Anordnungen installiert sind. Das Produkt wird durch Schwerkraft oder Pumpendruck durch den Reaktor gefördert . US 5,031,521 „Electroplasmolyser for processing plant raw ma- terial"; 1991-07-16. Darin wird eine ähnliche Reaktorgeometrien wie US 4,723,483 beschrieben, die elektrische Energie wird jedoch durch Elektromagneten appliziert.
US 5,186,800 „Electroporation of prokaryotic cells"; 1993-02- 16. Hier werden kleinste Laborreaktoren beschrieben, in denen kleine Produkt mengenweise mit Spannungsimpulsen behandelt werden. Die Reaktoren weisen keine bewegten Teile auf. US 5,549,041 „Batch mode food treatment using pulsed electric fields"; 1996-08-27 Diese Schrift beschreibt kleine Reaktoren mit flächigen Elektroden zwischen denen zu behandelnde Suspensionen gepumpt werden.
Das Verfahren der Elektroporation wird zur Gewinnung von intrazellulären Substanzen eingesetzt. Dabei werden die wertbringenden Stoffe meist abgepresst bzw. über ExtraktionsVorgänge gewonnen. Die Behandlung mit gepulsten elektrischen Feldern erfolgt in einer Prozessflüssigkeit, die zumeist Wasser mit geringer Leitfähigkeit ist .
Bekannte Vorrichtungen (Reaktoren) sind für pumpbare Lebensmittel und Suspensionen einsetzbar.
Sollen nun auch stückige Produkte mit 20 - 30 Sortenelementen, Stückgewichte 1 - 5 kg behandelt werden, ist eine Produktförderung durch bekannte Reaktoren nicht mehr möglich.
Die industrielle Prozessierung zu verarbeitenden Prozessgutes wie agrarisches Stückgut mit Hochspannungsimpulsen erfordert gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen zur Elektroporation einen hohen kontinuierlichen Massedurchsatz bei einer möglichst gleichmäßigen Einwirkung eines gepulsten elektrischen Feldes . Die dabei auftretenden Schwierigkeiten sowie die Nachteile des
Stands der Technik sind folgende:
• Produktdurchsatz
Bei den in der Vorrichtung zu behandelnden Agrarprodukte sind oftmals hohe Stundendurchsätze erforderlich (z.B.: Zuckerindustrie 600 Mg Rüben/ h) . Die Vorrichtung uss hohe Durchsätze bei geringster ProduktSchädigung ermöglichen.
• Produkttransport
Zwischen dem zu behandelnden Produkt und der zur Pulsbehandlung erforderlichen Flüssigkeit besteht nur ein geringer Dichteunterschied. Dies führt dazu, dass aufgrund der geringen Sinkgeschwindigkeit bei selbstständigem Nachrutschen des Produkts keine ausreichend großen Produktdurchsätze möglich sind.
• Verstopfungsproblematik
Aufgrund der unterschiedlichen geometrischen Formen der zu behandelnden Agrarprodukte ist ein erhöhte Anfälligkeit für Verstopfungen und Brückenbildung gegeben.
• Reaktorgeometrie, Verstopfung
Aufgrund der zur Begrenzung des Energiebedarfs erforderlichen hohen Feldstärken (Elektrobepulsung) sind auch bei hohen PulsSpannungen keine sehr großen Reaktordurchmesser realisierbar. Kleine Reaktordurchmesser weisen eine hohe Verstopfungsneigung auf.
• Produktverlust
Zur Vermeidung von Produktverlusten (Vorextraktion) und zur Begrenzung der in der Betriebsflüssigkeit akkumulierenden Elektrolyten ist die Behandlung unversehrter Produkte (ganze Rüben, Äpfel, Tomaten, Gurken u.s.w.) sinnvoll jedoch nicht zwingend erforderlich.
• Produktbehandlung
Insbesondere bei Obst wird ein Aufschwimmen des Produkts beobachtet . Damit kann keine ausreichende Behandlung mit Spannungsimpulsen erreicht werden.
• Wirkung des elektrischen Feldes
Zur Optimierung des erforderlichen Energieeintrags ist es erforderlich, dass das Produkt gegenüber dem gepulsten elektrischen Feld eine Relativbewegung ausführt. Es ist also eine kontinuierliche Förderung erforderlich.
Daraus stellte sich die Aufgabe die zu der Erfindung führte, nämlich eine Anlage bereitzustellen, die es ermöglicht, bei relativ geringen Förderquerschnitten hohe Masseströme, z. B 600 Mg/ h, kontinuierlich durch ein periodisch oder in vorgegebenen Zeitabständen gepulstes elektrisches Feld zu fördern. In Kombination mit geeigneten Impulserzeugungseinrichtungen, z.B. eine Kondensatorbank mit einem gesteuerten oder im Selbstdurchbruch betriebenen Schalter, ein Marxgeneratoren, ist es möglich, einen nichtthermischen Zellaufschluss, durch irreversible Perforation der Zellmembrane von vegetativen Zellen, bei geringem spezifischem Energiebedarf großtechnisch durchzuführen.
Die Lösung der Aufgabe wird durch einen Elektroporationsreaktor, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieser besteht aus: einer zylindrischen, elektrisch isolierten oder aus dielektrischem Material hergestellten Trommel , die um ihre Zylinderachse/Rotationsachse, horizontal liegend, umläuft. Auf ihrer äußeren Mantelfläche sind Mitnehmer, über den Umfang verteilt, angebracht. Die Mitnehmer sitzen parallel zur Rotationsachse der Trommel und sind radial nach außen ausgerichtet . Eine doppelwandige Kammer aus dielektrischem
Material, umgibt mit ihrer Innenwand die Trommel mit ihren Mitnehmern bis auf einen oberhalb der Drehachse liegenden offenen Bereich berührungslos und äquidistant . Eine Prozess- gutaufgabevorrichtung mündet in den offenen Bereich der Kammer und dockt mit ihrem obenliegenden Bereich ihrer Mündung an der Innenwand der Kammer am oberen Rand des offen liegenden Bereichs an. Am unten liegenden Bereich der Mündung ist ein Zuführrechen angebaut, durch den die Mitnehmer der Trommel laufen. Eine Austragsschurre setzt am untenliegenden offenen Bereich der Kammer an der Innenwand an. Ein Austrags- rechen, durch den die Mitnehmer der Trommel nach dem Auftauchen aus der Prozessflüssigkeit ebenfalls laufen, sammelt das herangeförderte, inzwischen elektrisch prozessierte Prozessgut auf und lenkt es auf die Austragsschurre zum Weitertransport .
In der Aufstellung im tiefstliegenden Bereich der Reaktionskammer ist in der äußeren Begrenzung der Reaktionskammer mindestens eine zur Trommel hin blank liegende Elektrodengruppe aus mindestens einer Elektrode eingelassen, die sich höchstens über die Höhe der Trommel erstreckt. Diese ist über einen hochspannungsgeeigneten, gesteuerten oder im Selbstdurchbruch betrieben, schnellen Schalter an eine externen elektrischen Energiespeicher, der für den Zweck hinreichend schnell an die Elektrodengruppe gelegt werden kann, nur an diese Elektrodengruppe angeschlossen. Innerhalb vorgebbarer Zeitabstände wird jeweils ein hohes elektrisches Potential an diese Elektrodengruppe gelegt, wodurch sich zu der auf der Trommel montierten Potentialelektroden hin, die über die Trommelachse geerdet ist, ein möglichst homogenes elektrisches Feld ausbildet, das stets so stark ist, dass das mitgenommene, sich in der Prozessflüssigkeit befindliche Prozessgut elektropo- riert wird. Bei der betriebsbereiten Anlage ist die zum Mantel der Trommel hin exponierte Fläche jeder Elektrodengruppe stets vollständig von der Prozessflüssigkeit benetzt. Auch ist jede Elektrodengruppe über einen eigenen Schalter an einen eigenen elektrischen Energiespeicher angeschlossen. Ein solcher Energiespeicher ist meist eine schnell entladbare Kondensatorbank, um den elektrischen Feld- bzw. Spannungsanstieg in den Reaktionsbereichen stets hinreichend schnell zu schaffen. Hierfür sind etwa Marxgeneratoren gut geeignet.
Weiter Merkmale, die einerseits zweckmäßig sind und andrerseits einen Betrieb mit gutem konstanten Langzeitverhalten ermöglichen, sind:
So ist es erforderlich, das Prozessgut mit geringer Rotationsgeschwindigkeit zwangsweise zu fördern und im Eintauchbereich (Entgasungszone) zu entlüften. Im Bereich der Hochspannungsbehandlung (Reaktionszone) erfährt das während der Be- pulsung aufgebaute elektrische Feld durch die Relativbewegung der Elektroden unterschiedliche Ausrichtungen, was zu einer deutlichen Verbesserung des Behandlungserfolgs führt.
Während des Betriebs steht der Pegel der Prozessflüssigkeit stets zwischen der Rotationsachse der Trommel und den am höchsten sitzenden Pulselektroden bzw. Elektrodengruppen. Der Eintauchbereich in die Prozessflüssigkeit ist über eine Tiefe von mindestens zwei mal dem Abstand zwischen den Potential- und Pulselektroden zur sicheren Entlüftung und damit Befreiung von Luftblasen des Gemisches aus Prozessgut und Prozess- flüssigkeit elektrodenfrei gehalten.
Die gesamte Anlage ist gegenüber der Umgebung elektromagnetisch abgeschirmt, um Störungen an außerhalb liegendem Gerät und liegenden Einrichtungen nicht eintreten zu lassen. Die Erfindung wird in ihrer Funktion und ihrem Aufbau im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert . Die Zeichnung besteht aus den Figuren 1 bis3. Sie zeigen im einzelnen: Figur 1 Schnitt Seitenansicht des Elektroporationsreaktors Figur 2 Axialer Schnitt durch den Elektroporationsreaktor. Figur 3 Abwicklung der Mantelflächen des Reaktionsraums mit Elektrodenanordnung.
Die folgende Beschreibung erfolgt am Beispiel der Behandlung von Rüben:
Die zuvor gewaschenen Rüben gelangen über die Produktaufgabe- Vorrichtung 13 und den Zuführrechen 6 in die Zuführzone a des Elektroporationsreaktors und kommen in der Förderkammer zum Liegen. Die Förderkammer oder der Spalt mit Reaktionszone wird durch die Trommel 7 mit hier einem dielektrischem Überzug und die äußere Begrenzung der Reaktionskammer 12 gebildet .
Durch das Drehen der Trommel über die Antriebseinheit 4 streifen die Mitnehmer 5 die Rüben vom Zuführrechen 6 ab und ziehen diese in den Förderspalt zwischen Trommel 7 und äußerer Begrenzung 12 der Reaktionskammer. Die zunächst noch trocken geförderten Rüben gelangen nach ca. einer % Umdrehung der Trommel 7 in die Prozessflüssigkeitsvorlage, hier Wasser, des Elektroporationsreaktors. Den Eintauchbereich bildet die Entgasungszone b. Hier wird durch geeignete Maßnahmen wie Wassereindüsung, Vibration oder sonst dafür geeignete Maßnahmen, anhaftende Luftblasen und Luftblasen überhaupt, entfernt. Dies ist wichtig, da die beim Durchschlagen der Hochspannung an Gasblasen Schockwellen entstehen, die den Reaktor allmählich, also länger- oder langzeitlich in seiner Funktion beeinträchtigen, ihn sogar zerstören.
Nach dem Eintauchen in die Wasservorlage und der Entgasung werden die Rüben sukzessive in die Reaktionszonen c geför- dert . Das sind gemäß Figur 1 zwei, kann auch nur eine sein, können aber auch mehr als zwei sein. Die Pulsspannung, hier bis zu einigen 100 kV, wird über die metallischen Elektroden 1 in das Wasser eingekoppelt . Die mit Hochspannung beaufschlagbaren Elektroden 1 sind hier in der hochspannungs- isolierenden Wand der Kammer 12 ohne Überhöhung zur Trommel hin eingebaut (siehe Figuren 1, 2 und 3) . Die für die Hochspannungsentladung erforderlichen Gegenelektroden 2 bzw. das Bezugs- oder Erdpotential ist in der Mantelfläche der Trommel 7 durch die in den Spalt exponierten blanken Metall hergestellt (siehe die Abwicklung in Figur 3) . Durch den Winkel- versatz der einzelnen Pulselektroden erfährt das elektrische Feld ebenfalls unterschiedliche Ausrichtungen.
Nach dem Weiterdrehen der Fδrderkammern heben die Mitnehmer die prozessierten Rüben aus dem Wasserbad, sie werden dann über den Austragsrechen 14 aus der Förderkammer abgestreift . Hierbei kann das Rübenmaterial abtropfen und wird über die Austragsschurre 15 der weiteren Verarbeitung zugeführt.
Mitnehmer 5, Reaktorgehäuse 11 im Bereich der Reaktionskammer, dielektrische Isolationsschicht der Trommel 7 sowie Hochspannungsisolation der Pulselektroden 12 sind aus elektrisch isolierendem Werkstoff wie Polyethylen natur, Polyethy- len schwarz, Polypropylen grau, Polyurethan PU, verstärktes bzw. glasfaserverstärktem Werkstoffen hergestellt, bzw. durch dieses elektrisch isoliert.
Form und Oberfläche der Mitnehmer 5 ist so optimiert, dass die erforderliche mechanische Stabilität vorhanden ist und Hochspannungsgleitentladungen verhindert werden. Zur Unterdrückung von elektromagnetischer Strahlung in die Umgebung ist die Anlage ausreichend, z.B. metallisch geschirmt . Die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegende Drehachse/Welle 3 der Trommel vermeidet nicht einfach zu beherrschende Abdicht- und damit elektrische Isolationsprobleme.
Bezugszeichenliste
1 Elektrode, Elektrodengruppe
2 Bezugspotential- bzw. Erdpotentialelektrode
3 Rotationsachse, Welle
4 Antriebseinheit, Motor
5 Mitnehmer
6 Zuführrechen
7 Trommel
8 Potentialabgriff
9a Potentialanschluss Impulserzeugung
9b Pulsanschluss Impulserzeugung
10 Hochspannungsdurchführung
11 Reaktorgehäuse
12 Reaktionskammer
13 Produktaufgabevorrichtung
14 Austragsrechen
15 Austragsschurre
a Zuführzone b Entgasungszone bl Füllstand Prozessflüssigkeit Ablauf c Reaktionszone, wirksamer Bereich kritische elektrisches Feld dl Füllstand Prozessflüssigkeit Zulauf d Austragszone

Claims

Patentansprüche
1. Elektroporationsreaktor zur kontinuierlichen Prozessierung von stückigen Produkten, dem Prozessgut, wie Agrarprodukten, wie Zuckerrüben, Kartoffel, Gemüse, Obst, Heilpflanzen und auch tierische Produkte, in einer Prozessflüssigkeit mit Hochspannungsimpulsen bestehend aus : einer kreiszylindrischen metallischen Trommel (7) mit dielektrischen Überzug oder ganz aus dielektrischem Material, die, horizontal liegend, um ihre Zylinderachse/ Rotationsachse mit 0,5 bis 4 Umdrehungen pro min umlaufen kann, Mitnehmern (5) auf der äußeren Mantelwand der Trommel (7) , die darauf gleichverteilt um den Umfang angebracht sind, einem Gehäuse (11) aus dielektrischem Material, das mit seiner Reaktorwand (12) die Trommel (7) mit ihren Mitnehmern (5) bis auf einen oberhalb der Rotationsachse (3) liegenden offenen Bereich berührungslos aber äquidistant umgibt, einer Prozessgut-Aufgabevorrichtung (13) , an deren unterem Bereich ein Zuführrechen (6) angebaut ist, der an der Zuführzone (a) des Elektroporationsreaktors angebracht ist und durch den die Mitnehmer (5) der Trommel (7) laufen, einer Entgasungszone (b) , einer Reaktionszone (c) im Spalt zwischen der Trommel (7) und der Reaktorwand (12) des Gehäuses (11) sowie einer Austragszone (d) , die von den Mitnahmefinger (5) durchlaufen werden, einem Austragsrechen (14) , durch den die Mitnehmer (5) der Trommel (7) laufen, um das herangebrachte, inzwischen prozessierte Prozessgut aufzusammeln und auf einer an der Austragszone (d) ansetzenden Austragsschurre (15) zu lenken, mindestens einer zur Trommel (7) hin blank liegenden Elektrodengruppe (1) aus mindestens einer Elektrode (1) im tiefstliegenden Bereich der Reaktorwand (12) , die sich höchstens über die Länge des Trommelmantels erstreckt und stets vollständig von der Prozessflüssigkeit benetzt ist und jede Elektrodengruppe über einen eigenen Schalter an ein eigenen elektrischen Energiespeicher angeschlossen ist, und
Gruppen von Öffnungen (2) im dielektrischen Überzug auf der metallischen Trommel (7) zum Spalt hin oder
Gruppen von zum Spalt hin blank liegenden geerdeten Elektroden darauf oder auf der Trommel (7) aus dielektrischem Material, wobei die blank liegenden Elektrodenflächen auf der Trommel (7) über die Trommelachse (3) geerdet sind, um im Spaltbereich der mit Hochspannung zu beaufschlagenden Elektrodengruppe innerhalb von höchstens 3 μsec eine elektrische Feldstärke von 10 kV/cm einrichten zu können, damit das mitgenommene, sich in der Prozessflüssigkeit befindliche Prozessgut an seinen biologischen Zellen entlang deren jeweiliger Hauptachse z, längere Achse einer biologischen Zelle, mindestens einmal beim Durchgang die Schwellenpotentialdifferenz
Δφ = z * E = 10 V für irreversible Elektroporation erreicht, einer Prozess-Flüssigkeitsfüllung im Spalt mit einem Pegel unterhalb der Drehachse (3) und oberhalb der höchstliegenden Elektrodengruppe eine Tiefe des Eintauchbereich des Prozessgut in die Prozessflüssigkeit, die Entgasungszone (b) , über mindestens eine Spaltbreite zur sichern Entlüftung des Gemisches aus Prozessgut und Prozessflüssigkeit.
2. Elektroporationsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die an der Trommel (7) angebrachten Mitnehmer (5) einen di- elektrischen Überzug haben oder aus einem dielektrischen Material sind, biegesteif und an ihrer exponierten Oberfläche abriebfest und inert gegen die Prozessumgebung sind.
3. Elektroporationsreaktor nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass, die an der Trommel angebrachten biegesteifen Mitnehmer (5) elastisch gelagert sind.
4. Elektroporationsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass, die Anlage durch eine metallische Umhüllung nach außen hin elektromagnetisch dicht ist.
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