WO2007132003A1 - Method for removal of germination and propagation capacity of animal- and plant-based organisms, and arrangement for implementing the method - Google Patents

Method for removal of germination and propagation capacity of animal- and plant-based organisms, and arrangement for implementing the method Download PDF

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WO2007132003A1
WO2007132003A1 PCT/EP2007/054697 EP2007054697W WO2007132003A1 WO 2007132003 A1 WO2007132003 A1 WO 2007132003A1 EP 2007054697 W EP2007054697 W EP 2007054697W WO 2007132003 A1 WO2007132003 A1 WO 2007132003A1
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germination
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Werner Hartmann
Armin Schütz
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for eliminating the germination and propagation ability as well as the damage potential of organisms, in particular of animal and vegetable organic admixtures in bulk solids and / or intermediate or end products formed therefrom.
  • the invention also relates to an associated arrangement for carrying out the method.
  • Irradiation with ionizing radiation is possible in principle, but requires extremely high radiation doses in the range> 25 kGy.
  • the seminal or living biological fraction eg pest insects
  • these processes are uneconomical and, because of the high radiation exposure, i. a. only used in seed production.
  • thermal plasmas which are generated by pulsed electric fields of high amplitude, used in particular to sterilize seeds or seeds, ie the adhering microorganisms such as bacteria and Remove fungal cells and spores.
  • the present invention seeks to propose an economical method for preventing the germination of plant seeds in compost or potting soil and, alternatively, to eliminate insect pests in seeds and grains, in particular, no burden of ionizing radiation or very high-energy electrical Fields occurs.
  • an associated arrangement should be created.
  • pulsed electric fields are used to denature the germ cells in the existing seeds and thus to eliminate their germination and, analogously, to destroy the reproductive ability of other biological contaminants etc.
  • electric fields in the range of about 0.5 kV / cm to about 10 kV / cm are suitable.
  • Particularly suitable are electric fields in the range of about 1 kV / cm to about 6 kV / cm at pulse durations (pulse widths) from a few microseconds to tens of microseconds in the range low field strengths and pulse durations from tenth microseconds to a few microseconds at field strengths in the field of several kV / cm.
  • the latter method is not yet known for eliminating the reproductive ability of macroscopic plant and animal cell clusters, especially in bulk materials, in particular those of plant seeds and pest insects, with the aim of selectively eliminating their germination or reproductive and breeding capacity.
  • the debris to be sterilized such as compost, soil, or the like
  • the high voltage pulses are generated by a high voltage pulse generator with voltage amplitudes of tens of kilovolts and Current amplitudes of a few hundred A to a few tens of kA at pulse repetition rates of typically a few hertz to some 10 Hz generated.
  • pulse shape or amplitude, pulse rate and number in biological eg pest insects, plant seeds, sprouts and parts of plants
  • biological eg pest insects, plant seeds, sprouts and parts of plants
  • other higher organisms can cause cell damage in such a way that the reproductive ability of such life forms is irreversible disturbed and thus their proliferation and spread is prevented.
  • the process according to the invention is economically feasible.
  • the method according to the invention is equally harmless both ecologically and biochemically, since in particular no ionizing radiation is used. Furthermore, because of the low field strengths used, which are typically less than 10 kV / cm, no plasma discharges are generated in the process, so that no ozone is generated and as a result no further measures are necessary for ozone removal.
  • a further advantage is that, starting from the laboratory scale, the method according to the invention is scalable and can also be controlled in practical operation. Moreover, it is easy to incorporate into existing production processes, since only small space is required for an arrangement according to the invention. In particular, no chemical substances are used as additives and there is no storage of the necessary additives for treatment necessary. When treating a finished product, in particular, there are no changes in the consistency of the finished product.
  • the precompacted product is placed in an electrode system for a sufficient residence time to typically use about five to ten pulses per unit volume.
  • Particularly suitable are pulse sequences with a pulse repetition rate of a few Hz up to about 20 Hz, since in these a particularly efficient energy input takes place.
  • the material to be processed usually bulk material
  • the optimal parameter set "Field strength - Pulse duration - Pulse count - Pulse repetition rate" depends on the required process (eg the type of seed to be sterilized) and can be found in the range described above.
  • the power impulse technology is to be measured as follows:
  • E opt is the optimum electric field strength for the respective seed type and the selected pulse duration and repetition frequency
  • D is the layer thickness of the compacted material selected for the process. Both unipolar voltage pulses and bipolar pulses can be used.
  • the above determination equations can be used when specifying parameters such as voltage or current amplitude for determining the other process parameters A, D.
  • the power electronics for the continuous generation of the high-power pulses is preferably based on a capacitor discharge with power semiconductors such as high-voltage thyristors, IGCTs or IGBTs o. A. executed and coupled directly into the material to be treated or via a high voltage pulse transformer.
  • the process parameters must be specially tailored to the pest species to be sterilized, so that the desired products, eg. As grain seeds, cereals / corn for food production od. Like. , not negatively affected. If necessary, the procedure must be in a water bath
  • FIG. 1 A continuous processing line with a Forderstrom 10, in which a device for sterilization is integrated, is shown in Figure 1.
  • 1 means a higher-level system control and 100 the electrical equipment, which consists of two electrodes 102 and 103 and an electrical supply unit 101 with a high-voltage pulse generator. With the generator of the unit 101 high voltage pulses of predetermined height, voltage and distance can be generated. The unit 101 is powered by the plant controller
  • FIG. 1 shows in detail a conveyor system 10 which contains a conveyor belt 15 running over drive rollers 11, 11 ', H'',H''', ... on which a bulk material 5 is transported. It is further a pinch roller 12 for compacting tion, for leveling and forfillratin, the bulk material 5 available.
  • a semi-continuous conveyor system consisting of a first conveyor device 20 and a second conveyor device 20 'is present, each consisting of drive rollers 21, 21' and a conveyor belt 25 or 25 '.
  • This station is formed with the supply unit 101 and the electrodes 102, 103 corresponding to the electrical equipment in FIG.
  • An advantage of the latter arrangement is that the intermediate or end product can already be delivered ready-made and is transported further after the electrical treatment. A repeated assembly is not necessary.
  • the electrical supply unit 101 has a high-voltage pulse generator for unipolar pulses.
  • bipolar pulses can also be generated and used for the intended purpose.

Abstract

Many bulk goods contain organic impurities that are unwanted. According to the invention, electrical fields are used for removal of the seeding and propagation capability and of the damage potential of these impurities. The germinating cells in the seeds present can thus be denatured and their germination capacity removed, or the propagation or reproductive capacity of biological contamination or of insect pests can also be destroyed. For this purpose, an arrangement is provided consisting of two electrodes (102, 103) between which the material to be treated (5, 6) flows, wherein the electrodes are controlled by an electrical unit (101) for generating voltage pulses.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Beseitigung der Keim- und Fortpflanzungsfahig- keit von tierischen und pflanzlichen Organismen sowie Anord- nung zur Durchfuhrung des VerfahrensMethod for eliminating the germination and reproductive performance of animal and plant organisms and the procedure for carrying out the method
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung der Keim- und Fortpflanzungsfahigkeit sowie des Schadenspotentials von Organismen, insbesondere von tierischen und pflanzlichen organischen Beimengungen in Schüttgütern und/ oder daraus gebildeten Zwischen- bzw. Endprodukten. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine zugehörige Anordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens .The invention relates to a method for eliminating the germination and propagation ability as well as the damage potential of organisms, in particular of animal and vegetable organic admixtures in bulk solids and / or intermediate or end products formed therefrom. In addition, the invention also relates to an associated arrangement for carrying out the method.
Bei der Erzeugung von Kompost, Blumen- und Pflanzerde, Rin- denmulch od. dgl . , aber auch in der landwirtschaftlichen Produktion - Saatgut; Getreide, Mais etc. für Nahrungsmittel - gelangen stets unerwünschte Samen von Beikrautern, Mikroorganismen und u. U. unerwünschte Kleinlebewesen wie z. B. fres- sende Schadinsekten in das Endprodukt, welche auch durch sachgerechte Fuhrung der Verarbeitungsprozesse wie z. B. der Rotte ihre Keim- bzw. Fortpflanzungsfahigkeit nicht verlieren. Beim Ausbringen des Produkts können diese Samen keimen bzw. können sich die unerwünschten Organismen und Kleinlebe- wesen vermehren. Dies fuhrt u. a. zu einem unerwünschten Bewuchs mit zum Teil sehr schwierig zu beseitigenden unerwünschten Pflanzen wie z. B. Disteln, Brennnesseln, Wegerich, Giersch, Löwenzahn, etc., sowie der Verbreitung von untypischen Arten und gegebenenfalls von Schädlingen. Im Saatgut- und Nahrungsmittelbereich kann dies zu hohen Verlusten durch Insektenfraß und/oder Verunreinigungen fuhren.In the production of compost, floral and plant soil, cattle mulch od. Like. , but also in agricultural production - seeds; Cereals, maize, etc. for food - always get unwanted seeds from Beikrautern, microorganisms and u. U. unwanted microorganisms such. B. fres- sende pest insects in the final product, which also by proper management of the processing processes such. B. the rotting do not lose their germination or reproductive ability. When the product is brought out, these seeds can germinate or multiply in the unwanted organisms and small creatures. This leads u. a. to an undesirable growth with sometimes very difficult to eliminate unwanted plants such. As thistles, stinging nettles, plantain, yaw, dandelion, etc., as well as the distribution of atypical species and possibly pests. In the seed and food sector, this can lead to high losses due to insect feeding and / or contamination.
Bisherige Losungen erfolgen entweder chemisch über Beimischung von z. B. Unkrautvernichtern bzw. Insektiziden oder Bioziden (Fungiziden) , welche im biologischen Gartenbau nicht eingesetzt werden können, oder vorzugsweise über Erhitzung auf Temperaturen im Bereich von typisch etwa 70 °C. Insbesondere thermische Verfahren, z. B. über Zufuhr von Heißdampf, fuhren jedoch zu einer unvorteilhaften Konsistenz des Produkts (Verklumpung) und erfordern einen hohen Energieaufwand.Previous solutions are carried out either chemically via admixture of z. As weed killers or insecticides or biocides (fungicides), which can not be used in organic horticulture, or preferably by heating to temperatures in the range of typically about 70 ° C. In particular, thermal processes, for. B. via supply of superheated steam, However, lead to a disadvantageous consistency of the product (clumping) and require a lot of energy.
Bestrahlung mit ionisierender Strahlung (Gammastrahlen, Ront- genstrahlung, Elektronenstrahlen, UV-Strahlung) ist prinzipiell möglich, erfordert jedoch extrem Strahlendosen im Bereich > 25 kGy. Da der Samen- bzw. lebende biologische Anteil (z. B. Schadinsekten) insbesondere bei der Kompost- und Pflanzerdeproduktion jedoch nur einen verschwindend geringen Masseanteil aufweist, sind diese Verfahren unwirtschaftlich und werden deshalb, auch wegen der hohen Strahlenbelastung, i. a. nur bei der Saatgutproduktion, eingesetzt.Irradiation with ionizing radiation (gamma rays, X-ray radiation, electron beams, UV radiation) is possible in principle, but requires extremely high radiation doses in the range> 25 kGy. However, since the seminal or living biological fraction (eg pest insects) has only a negligible mass fraction, especially in the case of compost and plant soil production, these processes are uneconomical and, because of the high radiation exposure, i. a. only used in seed production.
Des Weiteren ist aus der DE 699 23 912 T2 ein Verfahren be- kannt, gemäß dem pumpbare Produkte in eine Behandlungskammer gepumpt werden, um sie dort mit gepulsten elektrischen Feldern hoher Amplitude von typisch 30 kV/cm und mehr zu behandeln, um in den Produkten enthaltene Mikroorganismen zu deaktivieren. Aus der DE 100 14 289 Al ist dagegen ein Verfahren bekannt, dass andere Stoffe und Gegenstande dadurch desinfiziert werden, indem elektrische Felder kurzzeitig, d.h. in- tervallmaßig oder fortdauernd einwirken. Damit werden insbesondere Mikroorganismen oder Kleinlebewesen abgetötet oder fortpflanzungsunfahig gemacht. Schließlich werden gemäß der JP 2002-253644 A thermische Plasmen („high voltage streamer discharge"), die durch gepulste elektrische Felder hoher Amplitude erzeugt werden, dazu eingesetzt, um insbesondere Saatgut bzw. Samen zu sterilisieren, d. h. die daran haftenden Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzzellen und -sporen ab- zutoten.Furthermore, from DE 699 23 912 T2 a method is known, according to which pumpable products are pumped into a treatment chamber in order to treat them there with pulsed electric fields of high amplitude of typically 30 kV / cm and more in order to produce in the products Disable contained microorganisms. By contrast, from DE 100 14 289 A1 a method is known that disinfects other substances and articles by applying electric fields for a short time, i. acting on an intermittent or continuous basis. This particular microorganisms or microorganisms are killed or made incapable of reproduction. Finally, according to JP 2002-253644 A thermal plasmas ("high voltage streamer discharge"), which are generated by pulsed electric fields of high amplitude, used in particular to sterilize seeds or seeds, ie the adhering microorganisms such as bacteria and Remove fungal cells and spores.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Verhinderung des Auskeimens von Pflanzensamen in Kompost bzw. Pflanzerde und alternativ zur Beseitigung von Schadinsekten in Saatgut und Getreide, vorzuschlagen, bei dem insbesondere keine Belastung mit ionisierenden Strahlungen oder sehr energiereichen elektrischen Feldern auftritt. Dazu soll eine zugehörige Anordnung geschaffen werden.In contrast, the present invention seeks to propose an economical method for preventing the germination of plant seeds in compost or potting soil and, alternatively, to eliminate insect pests in seeds and grains, in particular, no burden of ionizing radiation or very high-energy electrical Fields occurs. For this purpose, an associated arrangement should be created.
Die Aufgabe ist erfindungsgemaß durch die Maßnahmen des Pa- tentanspruches 1 gelost. Eine zugehörige Anordnung ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 11. Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteranspruche .The object is achieved according to the invention by the measures of patent claim 1. An associated arrangement results from the features of claim 11. Further developments of the method and the associated device are the subject of the dependent claims.
Bei der erfindungsgemaßen Losung werden gepulste elektrische Felder benutzt, um die Keimzellen in den vorhandenen Samen zu denaturieren und damit ihre Keimfähigkeit zu beseitigen und analog dazu die Fortpflanzungsfahigkeit von anderen biologischen Verunreinigungen bzw. Schadinsekten etc. zu zerstören. Für dieses Verfahren sind elektrische Felder im Bereich von ca. 0,5 kV/cm bis über 10 kV/cm geeignet. Besonders geeignet sind elektrische Felder im Bereich von etwa 1 kV/cm bis ca. 6 kV/cm bei Pulsdauern (Pulshalbwertsbreiten) von einigen Mikrosekunden bis zu einigen zehn Mikrosekunden im Bereich niedriger Feldstarken sowie Pulsdauern von zehntel Mikrosekunden bis zu einigen Mikrosekunden bei Feldstarken im Bereich von mehreren kV/cm.In the solution according to the invention pulsed electric fields are used to denature the germ cells in the existing seeds and thus to eliminate their germination and, analogously, to destroy the reproductive ability of other biological contaminants etc. For this method, electric fields in the range of about 0.5 kV / cm to about 10 kV / cm are suitable. Particularly suitable are electric fields in the range of about 1 kV / cm to about 6 kV / cm at pulse durations (pulse widths) from a few microseconds to tens of microseconds in the range low field strengths and pulse durations from tenth microseconds to a few microseconds at field strengths in the field of several kV / cm.
Das Einwirken hoher elektrischer Felder auf biologische ZeIl- Systeme ist unter der Bezeichnung „Elektroporation" an sich bekannt und wird insbesondere im Bereich der Verarbeitung landwirtschaftlicher Produkte, z. B. Zuckerrüben, Kartoffeln, Mohren, Mais, Apfel od. dgl . , auf sein mögliches Einsatzpotential untersucht. Dies ergibt sich beispielsweise aus den Veröffentlichungen von C. Schultheiss et al . , „Operation of 20 Hz Marx generators on a common electrolytic load in an electroporation chamber", Proc. IEEE Pulsed Power Conference 2003, Seiten 669 ff. und von H. Bluhm et al . , „Industrial scale treatment of biological cells with pulsed electric fields", Proc. IEEE Power Modulator Conference 2004, Seiten 8 ff. Aus letzteren Entwicklungen ist es auch bekannt, dass elektrische Felder auf pflanzliche Zellen dahingehend einwirken, dass bei ausreichender Amplitude und Zeitdauer die Zellwande zerstört und damit die Zellinhalte extrahierbar werden. Bei diesen Verfahren wird i. a. neben der Verwendung ganzer Feldfruchte in einem Wasserbad mit homogenisierten Zellverbanden (geschnitzelt, gemahlen) , welche gegebenenfalls mit Wasser zu einer mechanisch forderbaren Konsistenz aufbereitet werden, gearbeitet. Andere bekannte Verfahren werden untersucht bzw. angewandt im Bereich der Getränkeindustrie zur Keimzahlverringerung pathogener Keime in Fruchtsaften, Milchprodukten od. dgl . Dies ergibt sich aus den Veröffentlichungen von J. R. Beveridge et al . , „Pulsed electric field inactivation of spoilage microorganisms in alcoholic beverages and the in- fluence of pulse profile", Proc. IEEE Pulsed Power Conference 2003, Seiten 1132 ff., von J. R. Beveridge et al . , „The in- fluence of pulse duration of monopolar and bipolar profile pulsed electric fields on the inactivation of Obesumbacterium proteus - a spoilage microorganism", Proc. IEEE Power Modula- tor Conference 2004, pp . 615, von K. Wall et al., „Evidence of nuclear membrane damage in yeast cells treated with pulsed electric fields", Proc. IEEE Power Modulator Conference 2004, Seiten 623 ff. und von I. V. Timoshkin et al . , „Dynamics of the development of an electrical field across cellular mem- branes - PEF inactivation of micro-organisms", Proc. IEEE Power Modulator Conference 2004, Seiten 611 ff.The action of high electric fields on biological cell systems is known per se under the name "electroporation" and will be particularly evident in the processing of agricultural products, for example sugar beet, potatoes, carrots, corn, apple or the like This is evident, for example, from the publications by C. Schultheiss et al., "Operation of 20 Hz Marx generators on a common electrolytic load in an electroporation chamber", Proc. IEEE Pulsed Power Conference 2003, pages 669 ff. And by H. Bluhm et al. , "Industrial scale treatment of biological cells with pulsed electric fields", Proc IEEE Power Modulator Conference 2004, pages 8 ff. From the latter developments it is also known that electric fields act on plant cells in such a way that with sufficient amplitude and time duration the cell walls are destroyed and thus the cell contents become extractable. In these methods, in addition to the use of whole crops in a water bath with homogenized cell associations (shredded, ground), which are optionally treated with water to a mechanically fordable consistency worked. Other known methods are being investigated or applied in the field of the beverage industry for reducing the germ count of pathogenic bacteria in fruit juices, milk products or the like. This is evident from the publications of JR Beveridge et al. , "Pulsed electric field inactivation of spoilage microorganisms in alcoholic beverages and the influence of pulse profile", Proc. IEEE Pulsed Power Conference 2003, pages 1132 et seq., By JR Beveridge et al., "The Influence of Pulse Duration of monopolar and bipolar profiles pulsed electric fields on the inactivation of Obesumbacterium proteus - a spoilage microorganism ", Proc. IEEE Power Modulator Conference 2004, pp. 615, by K. Wall et al., "Evidence of nuclear membrane damage in yeast cells treated with pulsed electric fields," Proc. IEEE Power Modulator Conference 2004, pp. 623 et seq., And by Timoshkin, IV, et al., "Dynamics of the development of an electrical field across cellular mem- branes - PEF inactivation of micro-organisms ", Proc. IEEE Power Modulator Conference 2004, pages 611 ff.
Nicht bekannt ist letztere Methode bisher jedoch zur Beseitigung der Fortpflanzungsfahigkeit makroskopischer pflanzlicher und tierischer Zellverbande, speziell bei Schüttgütern, insbesondere derer von pflanzlichen Samen und Schadinsekten mit dem Ziel, deren Keimfähigkeit bzw. Fortpflanzungs- und Ver- mehrungsfahigkeit gezielt zu beseitigen. Dazu wird das zu entkeimende Schuttgut wie Kompost, Erde, o. a. durch ein Elektrodensystem gefuhrt, dem intermittierend Hochspannungsimpulse ausreichender Amplitude zugeführt werden. Die Hochspannungsimpulse werden von einem Hochspannungsimpulsgenerator mit Spannungsamplituden von einigen zehn Kilovolt und Stromamplituden von einigen hundert A bis zu einigen zehn kA bei Impulswiederholraten von typisch einigen Hertz bis zu einigen 10 Hz erzeugt. Entsprechend lasst sich bei Anpassung von Impulsform bzw. -amplitude, Impulsrate und -anzahl bei biologischen (z. B. Schadinsekten; Pflanzensamen, Sprossen und Pflanzenteilen) und anderen höheren Organismen eine ZeIl- schadigung dergestalt herbeifuhren, dass die Fortpflanzungs- fahigkeit solcher Lebensformen irreversibel gestört und damit deren Vermehrung und Ausbreitung verhindert wird.However, the latter method is not yet known for eliminating the reproductive ability of macroscopic plant and animal cell clusters, especially in bulk materials, in particular those of plant seeds and pest insects, with the aim of selectively eliminating their germination or reproductive and breeding capacity. For this purpose, the debris to be sterilized, such as compost, soil, or the like, is guided through an electrode system, to which intermittent high-voltage pulses of sufficient amplitude are supplied. The high voltage pulses are generated by a high voltage pulse generator with voltage amplitudes of tens of kilovolts and Current amplitudes of a few hundred A to a few tens of kA at pulse repetition rates of typically a few hertz to some 10 Hz generated. Accordingly, adaptation of pulse shape or amplitude, pulse rate and number in biological (eg pest insects, plant seeds, sprouts and parts of plants) and other higher organisms can cause cell damage in such a way that the reproductive ability of such life forms is irreversible disturbed and thus their proliferation and spread is prevented.
Bei der Erfindung ist besonders vorteilhaft, dass ein im Vergleich zu bekannten thermischen Verfahren nur geringer Energieaufwand benotigt wird, so dass das erfindungsgemaße Verfahren ökonomisch realisierbar ist. Das erfindungsgemaße Ver- fahren ist auch gleichermaßen ökologisch und biochemisch unbedenklich, da insbesondere keine ionisierende Strahlung eingesetzt wird. Ferner werden bei dem Verfahren wegen der geringen verwendeten Feldstarken von typisch weniger als 10 kV/cm keine Plasmaentladungen erzeugt, so dass kein Ozon ent- steht und dadurch keine weiteren Maßnahmen zur Ozonbeseitigung notwendig sind.In the invention, it is particularly advantageous that only a small amount of energy is needed in comparison to known thermal processes, so that the process according to the invention is economically feasible. The method according to the invention is equally harmless both ecologically and biochemically, since in particular no ionizing radiation is used. Furthermore, because of the low field strengths used, which are typically less than 10 kV / cm, no plasma discharges are generated in the process, so that no ozone is generated and as a result no further measures are necessary for ozone removal.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass ausgehend vom Labormaßstab das erfindungsgemaße Verfahren skalierbar und auch im Praxis- betrieb steuerbar ist. Darüber hinaus ist es einfach in vorhandene Fertigungsabläufe einzubinden, da für eine erfin- dungsgemaße Anordnung ein nur geringer Platzbedarf notwendig ist. Insbesondere werden auch keine chemischen Stoffe als Zusätze verwendet und es ist keine Lagerung der zur Behandlung erforderlichen Zusätze notwendig. Bei Behandlung eines Fertigprodukts ergeben sich insbesondere auch keinerlei Änderungen in der Konsistenz des Fertigproduktes .A further advantage is that, starting from the laboratory scale, the method according to the invention is scalable and can also be controlled in practical operation. Moreover, it is easy to incorporate into existing production processes, since only small space is required for an arrangement according to the invention. In particular, no chemical substances are used as additives and there is no storage of the necessary additives for treatment necessary. When treating a finished product, in particular, there are no changes in the consistency of the finished product.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausfuhrungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen Figur 1 eine Behandlungslinie mit kontinuierlicher Zufuhr eines Schuttgutes und Figur 2 eine Behandlungslinie mit einer semikontinuierlichenFurther details and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings in conjunction with the claims. Show it 1 shows a treatment line with continuous supply of a bulk material and Figure 2 shows a treatment line with a semi-continuous
Zufuhr eines Zwischen- bzw. Endproduktes.Supply of an intermediate or end product.
In vielen Schüttgütern oder auch Zwischen- und Endprodukten aus solchen Gutern sind organische Beimengungen vorhanden, die sich bei längerer Lagerung vermehren. Vor der bestim- mungsgemaßen Verwendung solcher Schuttguter, Zwischenprodukte oder Endprodukte muss eine Entkeimung durchgeführt werden.In many bulk materials or intermediate and end products from such Gutern organic admixtures are present that multiply during prolonged storage. Prior to the intended use of such debris, intermediate products or end products, sterilization must be carried out.
Bei dem neuen Verfahren wird nunmehr das zu entkeimende Gut, wie z. B. fertig verrotteter Kompost oder Erde, über ein Elektrodensystem mit hohen elektrischen Feldern beaufschlagt. Um die benotigten hohen Feldstarken von einigen zehntel kV/cm bis zu einigen zehn kV/cm im Bereich des biologischen Systems, z. B. eines Samenkorns, selbst zu erzeugen, ist eine zeitweilige Kompaktierung des Produkts notwendig; andernfalls wurde das elektrische Feld vorwiegend im Bereich von Hohlrau- men, d.h. Lufteinschlussen, anfallen und wegen der hohen elektrischen Leitfähigkeit von feuchtem Kompost bzw. Erde oder Getreide etc. von typisch einigen mS/cm nicht im Samen selbst auftreten.In the new method is now to be sterilized Good, such. B. rotted compost or soil, acted upon by an electrode system with high electric fields. To the required high field strengths from a few tenths of kV / cm to a few tens of kV / cm in the biological system, z. As a seed to produce itself, a temporary compaction of the product is necessary; otherwise the electric field was predominantly in the range of hollow spaces, i. Air entrapment, occur and because of the high electrical conductivity of moist compost or soil or grain etc. of typically a few mS / cm not occur in the seed itself.
Das vorkompaktierte Produkt wird für eine ausreichende Verweilzeit in ein Elektrodensystem gebracht, um typisch etwa fünf bis zehn Impulse pro Volumeneinheit einzusetzen. Besonders geeignet sind Impulsfolgen mit einer Impulsfolgerate von wenigen Hz bis zu etwa 20 Hz, da bei diesen ein besonders ef- fizienter Energieeintrag erfolgt. Wegen der möglichen hohen Leitfähigkeit des zu verarbeitenden Gutes (meist Schuttgut) ist es vorteilhaft, kurze Hochleistungsimpulse mit Dauern im Bereich von typisch Mikrosekunden einzusetzen; bei längeren Impulsen und/oder höheren Feldstarken nimmt der Energieinhalt der aufzubringenden Leistungsimpulse und damit die einzusetzende Gesamtenergie zu, ohne zu einer wesentlichen Verbesserung des Prozesses beizutragen. Der optimale Parametersatz „Feldstarke - Impulsdauer - Impulszahl - Impulswiederholrate" ist abhangig von dem geforderten Prozess (z. B. den zu entkeimenden Samenarten) und findet sich im oben beschriebenen Bereich .The precompacted product is placed in an electrode system for a sufficient residence time to typically use about five to ten pulses per unit volume. Particularly suitable are pulse sequences with a pulse repetition rate of a few Hz up to about 20 Hz, since in these a particularly efficient energy input takes place. Because of the possible high conductivity of the material to be processed (usually bulk material), it is advantageous to use short high-power pulses with durations in the range of typically microseconds; with longer pulses and / or higher field strengths, the energy content of the applied power pulses and thus the total energy to be used increases without contributing to a significant improvement of the process. The optimal parameter set "Field strength - Pulse duration - Pulse count - Pulse repetition rate" depends on the required process (eg the type of seed to be sterilized) and can be found in the range described above.
Die Leistungsimpulstechnik ist wie folgt zu bemessen:The power impulse technology is to be measured as follows:
Spannungsamplitude: Up = D x Eopt, (1)Voltage amplitude: U p = D x E opt , (1)
wobei Eopt das für die jeweilige Samenart und die gewählte Im- pulsdauer und -folgefrequenz die optimale elektrische Feldstarke ist und D die für den Prozess gewählte Schichtdicke des kompaktierten Materials. Es können sowohl unipolare Spannungsimpulse als auch bipolare Impulse eingesetzt werden.where E opt is the optimum electric field strength for the respective seed type and the selected pulse duration and repetition frequency, and D is the layer thickness of the compacted material selected for the process. Both unipolar voltage pulses and bipolar pulses can be used.
Stromamplitude: Ip = A x σ x Up/D, (2)Current amplitude: I p = A x σ x U p / D, (2)
mit A: = Elektrodenflache; σ: = elektrische Leitfähigkeit des gegebenenfalls kompaktierten Schuttguts.with A: = electrode surface; σ: = electrical conductivity of the optionally compacted debris.
Alternativ können obige Bestimmungsgleichungen bei Vorgabe von Parametern wie Spannungs- oder Stromamplitude zur Bestimmung der anderen Prozessparameter A, D genutzt werden.Alternatively, the above determination equations can be used when specifying parameters such as voltage or current amplitude for determining the other process parameters A, D.
Die Leistungselektronik zur kontinuierlichen Erzeugung der Hochleistungsimpulse wird vorzugsweise auf der Basis einer Kondensatorentladung mit Leistungshalbleitern wie Hochspannungsthyristoren, IGCTs oder IGBTs o. a. ausgeführt und direkt in das zu behandelnde Gut oder aber über einen Hochspannungsimpulstransformator eingekoppelt .The power electronics for the continuous generation of the high-power pulses is preferably based on a capacitor discharge with power semiconductors such as high-voltage thyristors, IGCTs or IGBTs o. A. executed and coupled directly into the material to be treated or via a high voltage pulse transformer.
Bei konkreten Ausfuhrungsformen in einer Fertigungslinie sind unterschiedliche Verfahren zur Beaufschlagung von Kompost, Erde oder anderen Schüttgütern möglich. Einige besonders vorteilhafte Verfahren sind: - Batchverfahren, z. B. in Plastiksacken fertig abgepackteIn concrete embodiments in a production line different methods for applying compost, soil or other bulk materials are possible. Some particularly advantageous processes are: batch processes, e.g. B. pre-packaged in plastic bags
Produkte, die bereits vorkompaktiert sind, - Online-Verfahren, z. B. eingebunden in Forderlinien desProducts that are already pre-compacted, - Online processes, eg. B. integrated in Forderlinien of the
Fertigprodukts mit einem speziellen Forderbandabschnitt mit zeitweiliger mechanischer Kompaktierung und gegebenenfalls anschließender Auflockerung in einem Ruttelfeld, - Kombination letzterer Verfahren, z. B. Batchverfahren für ein loses Produkt mit zeitweiliger Kompaktierung.Finished product with a special Forderbandabschnitt with temporary mechanical compaction and optionally subsequent loosening in a Ruttelfeld, - combination of the latter method, eg. B. Batch process for a loose product with temporary compaction.
Weiterhin ist mit dem beschriebenen Verfahren die gezielte Sterilisation bestimmter, einzelner Samen- oder Schadinsektensorten, welche als Verunreinigung in der Samen- oder Getreideproduktion auftreten können, möglich, wodurch eine ver- besserte Kontrolle z. B. bei der Produktion erfolgen kann.Furthermore, with the method described the targeted sterilization of certain, individual seed or pest insect species, which can occur as an impurity in the seed or grain production, possible, whereby an improved control z. B. can be done during production.
Dazu müssen die Verfahrensparameter speziell auf die zu entkeimende Schadlingssorte abgestimmt werden, so dass die gewünschten Produkte, z. B. Getreidesamen, Getreide/Mais für Nahrungsmittelproduktion od. dgl . , nicht negativ beeinflusst werden. Gegebenenfalls muss das Verfahren in einem WasserbadFor this purpose, the process parameters must be specially tailored to the pest species to be sterilized, so that the desired products, eg. As grain seeds, cereals / corn for food production od. Like. , not negatively affected. If necessary, the procedure must be in a water bath
0. a. ausgeführt werden, um unzulässig hohe Anteile von Hohlräumen auszuschließen. Weitere Anwendungsbeispiele sind die Schädlingsbekämpfung bei Naturprodukten wie z. B. Hopfen, Beerenfruchten, Kaffee, Kakao, landwirtschaftliche Produkte im Allgemeinen, Naturfasern im Roh- oder verarbeiteten Zustand, wie z. B. Wolle, Baumwolle, od. dgl.0. a. be executed to exclude impermissibly high levels of voids. Further application examples are pest control in natural products such. As hops, berry crops, coffee, cocoa, agricultural products in general, natural fibers in the raw or processed state, such. As wool, cotton, od. Like.
Eine kontinuierliche Bearbeitungslinie mit einer Forderanlage 10, in der eine Einrichtung zur Entkeimung integriert ist, ist in Figur 1 dargestellt. Dabei bedeuten 1 eine übergeordnete Anlagensteuerung und 100 die elektrische Ausrüstung, die aus zwei Elektroden 102 und 103 und einer elektrischen Versorgungseinheit 101 mit einem Hochspannungsimpulsgenerator besteht. Mit dem Generator der Einheit 101 können Hochspan- nungsimpulse vorgegebener Hohe, Spannung und Abstand generiert werden. Die Einheit 101 wird von der AnlagensteuerungA continuous processing line with a Forderanlage 10, in which a device for sterilization is integrated, is shown in Figure 1. 1 means a higher-level system control and 100 the electrical equipment, which consists of two electrodes 102 and 103 and an electrical supply unit 101 with a high-voltage pulse generator. With the generator of the unit 101 high voltage pulses of predetermined height, voltage and distance can be generated. The unit 101 is powered by the plant controller
1, die auch die Forderanlage 10 steuert, aktiviert.1, which also controls the Forderanlage 10 activated.
Figur 1 enthalt im Einzelnen eine Forderanlage 10, die ein über Antriebsrollen 11, 11', H'', H''', ... laufendes Forderband 15 beinhaltet, auf dem ein Schuttgut 5 transportiert wird. Es ist weiterhin eine Andruckrolle 12 zur Kompaktie- rung, zum Einebnen und zur Vergleichmaßigung des Schuttgutes 5 vorhanden.DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 shows in detail a conveyor system 10 which contains a conveyor belt 15 running over drive rollers 11, 11 ', H'',H''', ... on which a bulk material 5 is transported. It is further a pinch roller 12 for compacting tion, for leveling and for Vergleichmaßigung the bulk material 5 available.
Beim Durchlauf des Schuttgutes 5 durch das gepulste elektri- sehe Feld zwischen den Elektroden 102 und 103 erfolgt die elektrische Spannungsbeaufschlagung, wobei das elektrische Feld eine Entkeimung bewirkt. Bei Schadinsekten kann diese „entkeimende" Wirkung auch darin bestehen, dass das elektrische Feld die Bewegungsfahigkeit irreversibel schadigt, so dass Fraßinsekten lokalisiert bleiben und weder größerenWhen passing the bulk material 5 through the pulsed electric field between the electrodes 102 and 103, the electrical voltage is applied, the electric field causes a sterilization. In pest insects, this "sterilizing" effect may also be that the electric field irreversibly damages the ability to move, so that insect insects remain localized and neither larger
Schaden durch Fraß anrichten noch sich weiter vermehren können .Damage caused by food can still multiply further.
In einer anderen Ausfuhrungsform gemäß Figur 2 ist eine semi- kontinuierliche Forderanlage aus einer ersten Fordereinrichtung 20 und einer zweiten Fordereinrichtung 20' vorhanden, welche jeweils aus Antriebsrollen 21, 21' und einem Forderband 25 bzw. 25' bestehen. Auf dem ersten Forderband 25 erfolgt eine Zufuhr von in Kunststofffolien verpacktem und vor- kompaktierten Gut 6, 6', ... 6n, z. B. Kompost, zur Station mit der elektrischen Feldbeeinflussung. Diese Station ist mit der Versorgungseinheit 101 und den Elektroden 102, 103 entsprechend der elektrischen Ausrüstung in Figur 1 ausgebildet.In another embodiment according to FIG. 2, a semi-continuous conveyor system consisting of a first conveyor device 20 and a second conveyor device 20 'is present, each consisting of drive rollers 21, 21' and a conveyor belt 25 or 25 '. On the first conveyor belt 25 there is a supply of plastic goods packed and precompacted goods 6, 6 ',... 6n, z. B. compost, to the station with the electric field influence. This station is formed with the supply unit 101 and the electrodes 102, 103 corresponding to the electrical equipment in FIG.
Vorteilhaft ist bei letzterer Anordnung, dass das Zwischenoder auch Endprodukt bereits fertig konfektioniert angeliefert werden kann und nach der elektrischen Behandlung weiter transportiert wird. Eine nochmalige Konfektionierung ist nicht notwendig.An advantage of the latter arrangement is that the intermediate or end product can already be delivered ready-made and is transported further after the electrical treatment. A repeated assembly is not necessary.
In den beiden oben beschriebenen Beispielen gemäß den Figuren 1 und 2 hat die elektrische Versorgungseinheit 101 einen Hochspannungsimpulsgenerator für unipolare Impulse. Es können aber auch bipolare Impulse erzeugt und für den bestimmungsge- maßen Zweck eingesetzt werden. In the two examples described above according to FIGS. 1 and 2, the electrical supply unit 101 has a high-voltage pulse generator for unipolar pulses. However, bipolar pulses can also be generated and used for the intended purpose.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Beseitigung der Keim- und Fortpflanzungsfahig- keit tierischer und pflanzlicher organischer Beimengungen in Schüttgütern und/oder deren Zwischen- bzw. Endprodukte, mit folgenden Maßnahmen:Method of eliminating the germination and reproductive ability of animal and vegetable organic substances in bulk materials and / or their intermediate or end products, with the following measures:
- Es werden gepulste elektrische Felder verwendet,- Pulsed electric fields are used,
- mit den gepulsten elektrischen Feldern werden die Keimzellen in vorhandenem Samen denaturiert und ihre Keimfa- higkeit beseitigt, sowie- with the pulsed electric fields, the germ cells are denatured in existing seed and their germination eliminated, as well
- die Bewegungs- und Fortpflanzungsfahigkeit von biologischen Verunreinigungen und insbesondere von Schadinsekten zerstört.- destroys the motility and reproductive capacity of biological contaminants, especially insect pests.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Felder im Bereich von 0,5 kV/cm bis über 10 kV/cm eingesetzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that electric fields in the range of 0.5 kV / cm to over 10 kV / cm are used.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Felder im Bereich von 1 kV/cm bis 6 kV/cm eingesetzt werden.3. The method according to claim 2, characterized in that electric fields in the range of 1 kV / cm to 6 kV / cm are used.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Pulsdauern (Pulshalbwertbreiten) von einigen Mikrosekun- den bis zu einigen zehn Mikrosekunden im Bereich niedriger Feldstarken verwendet werden.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that pulse durations (pulse widths) from a few microseconds to tens of microseconds in the field low field strengths are used.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Pulsdauern (Pulshalbwertbreiten) von zehntel Mikrosekun- den bis einigen Mikrosekunden bei Feldstarken im Bereich von mehreren kV/cm verwendet werden.5. The method according to claim 2 or 3, characterized in that pulse durations (pulse half-widths) of tenth microseconds to microseconds seconds are used at field strengths in the range of several kV / cm.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Zufuhrung des zu behan- delnden Schuttgutes.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized by a continuous supply of the to be treated bulk material.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Anwendung im Batchverfahren, bei dem das zu behan- delnde Gut semikontinuierlich in einzelnen Losen dem Elektrodensystem zugeführt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized by an application in a batch process, in which the treated Good enough semicontinuous in individual lots is supplied to the electrode system.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batchverfahren für ein loses Produkt mit zwischenzeitlicher Kompaktierung des Materials erfolgt.8. The method according to claim 7, characterized in that the batch process for a loose product takes place with intermediate compaction of the material.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batchverfahren für fertig abgepackte Produkte er- folgt.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the batch process for finished prepacked products takes place.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung von Impulsfolgen mit Impulsfolgeraten dergestalt, dass jedes Volumenelement des zu entkeimenden Materials mit mehreren Impulsen, vorzugsweise zwischen 3 und 10 Impulsen, beaufschlagt wird.10. The method according to one or more of the preceding claims, characterized by the use of pulse sequences with pulse repetition rates such that each volume element of the material to be sterilized with a plurality of pulses, preferably between 3 and 10 pulses, is applied.
11. Anordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 10, mit einer Fordereinrich- tung zur kontinuierlichen Zufuhr von Schuttgut oder zur semikontinuierlichen Zufuhr von in Kunststofffolien eingebrachtem Material und einer zugehörigen Anlagensteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Fordereinrichtung (10; 20, 20') eine Anordnung (100) aus zwei Elektroden (102, 103) an- geordnet ist, zwischen denen das Schuttgut (5) und/oder das kompaktierte Material (6) hindurch lauft, wobei die Elektroden (102, 103) von einer Einheit (101) zur Spannungsversorgung über die Einheit zur Anlagensteuerung (1) mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt werden.11. Arrangement for carrying out the method according to claim 1 or one of claims 2 to 10, with a Fordereinrich- device for the continuous supply of bulk material or semicontinuous supply of material introduced in plastic films and an associated plant control, characterized in that in the field of Fordereinrichtung (10, 20, 20 ') an arrangement (100) of two electrodes (102, 103) is arranged, between which the bulk material (5) and / or the compacted material (6) passes, wherein the electrodes (102 , 103) by a unit (101) for supplying voltage via the unit for system control (1) with high voltage pulses are applied.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Spannungsversorgung einen Impulsgenerator12. The arrangement according to claim 11, characterized in that the unit for supplying power to a pulse generator
(101) mit Leistungselektronik auf der Basis einer Kondensatorentladung mit Leistungshalbleitern aufweist. (101) with power electronics based on a capacitor discharge with power semiconductors.
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