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Dokumentenidentifikation DE69616050T2 29.05.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0831729
Titel VERFAHREN ZUR SENKUNG DES MIKROORGANISMUSGEHALTS IN FLÜSSIGEN NÄHRMITTELN MITTELS HOCHSPANNUNGSIMPULSSYSTEM
Anmelder Purepulse Technologies, Inc., San Diego, Calif., US
Erfinder BUSHNELL, Andrew H., San Diego, US;
CLARK, Reginald Wayne, Del Mar, US;
DUNN, Joseph E., Vista, US;
LLOYD, Samuel W., La Mesa, US
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69616050
Vertragsstaaten AT, CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.03.1996
EP-Aktenzeichen 969086677
WO-Anmeldetag 06.03.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/US96/03020
WO-Veröffentlichungsnummer 0009639876
WO-Veröffentlichungsdatum 19.12.1996
EP-Offenlegungsdatum 01.04.1998
EP date of grant 17.10.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.05.2002
IPC-Hauptklasse A23L 3/32
IPC-Nebenklasse A23L 3/005   A23B 5/01   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft verbesserte Verfahren zur Konservierung von flüssigen Nahrungsmitteln und zur Verminderung des Gehaltes von Mikroorganismen, einschließlich Bakterien und bakteriellen Sporen, in flüssigen Nahrungsmitteln. Genauer ausgedrückt betrifft diese Erfindung Verfahren zum Konservieren und Verlängern der Haltbarkeit von flüssigen Nahrungsmitteln, die signifikante Gehalte an Mikroorganismen, einschließlich Bakterien und bakteriellen Sporen enthalten können. Flüssige Nahrungsmittel, die insbesondere zur Behandlung gemäß dieser Erfindung geeignet sind, umfassen z. B. Milchprodukte, Fruchtsäfte und flüssige Eierprodukte. Noch mehr besonders betrifft diese Erfindung Verfahren zur Behandlung und zur Konservierung eines flüssigen Nahrungsmittels durch Auferlegung von vielen Pulsen eines sehr starken elektrischen Feldes in einer Vielzahl von Behandlungszonen auf das flüssige Nahrungsmittel, während die Temperatur des flüssigen Nahrungsmittels sorgfältig gesteuert wird, unter Erzielung eines signifikanten Ausmaßes der Vernichtung von Mikroorganismen, während die Anwendung von übermäßig hohen Temperaturen minimiert wird, die signifikante und unerwünschte Änderungen im Geschmack, Aussehen, Geruch oder der Funktion des Nahrungsmittels verursachen können. Durch Anwendung dieser Erfindung können Mikroorganismen in flüssigen Nahrungsmitteln bei deutlich verminderten Temperaturen als bei den gegenwärtig verfügbaren thermischen Behandlungsverfahren vernichtet werden. Durch Anwendung dieser Erfindung können Nahrungsmittel mit ausgedehnten Haltbarkeiten mit minimalen Änderungen beim Geschmack, Aussehen, Geruch oder der Funktion erhalten werden.

Hintergrund der Erfindung

Wesentliche technische Mühen sind auf die Konservierung von verderblichen flüssigen Nahrungsprodukten wie Milchprodukten, natürlichen Fruchtsäften und flüssigen Eierprodukten gerichtet, die eine große Vielzahl von Mikroorganismen enthalten können und ausgezeichnete Kulturmedien für Mikroorganismen darstellen. Praktische Konservierungsverfahren, die signifikante kommerzielle Anwendung erfahren haben, wenden hauptsächlich eine Wärmebehandlung wie eine Pasteurisierung an, zum Inaktivieren und Reduzieren der Mikroorganismen-Population. Z. B. werden Milchprodukte konventionell bei einer Minimumtemperatur von etwa 72ºC 15 s lang (oder äquivalenten Zeit-/Temperatur- Bedingungen) pasteurisiert, um pathogene Bakterien und die meisten nicht-pathogenen Organismen zu zerstören, wobei abbauende Enzymsysteme ebenfalls teilweise oder vollständig inaktiviert werden. Jedoch sind Produkte, die auf diese Art bearbeitet worden sind, im allgemeinen noch nicht steril und weisen eine begrenzte Haltbarkeit, selbst bei Kühlschranktemperaturen auf und können noch signifikante Gehalte an Bakterien, bakteriellen Sporen und anderen Mikroorganismen, die im allgemeinen nicht oder nicht vollständig vernichtet werden, bei den verwendeten Temperaturen enthalten. Die Haltbarkeit von flüssigen Nahrungsmitteln kann wesentlichen durch Behandlungsverfahren bei höherer Temperatur wie Ultrahochtemperatur (UHT)- Pasteurisierung verlängert werden, die im allgemeinen Temperaturen von etwa 94ºC für 3 Sekunden bis etwa 150ºC für eine Sekunde im Zusammenhang mit einer aseptischen Verpackung anwenden. Häufig kann eine Zerstörung von im wesentlichen allen Bakterien und bakteriellen Sporen bei dem hohen Temperaturbereich des UHT-Pasteurisierungsverfahrens erhalten werden. Typischerweise beeinflußt jedoch eine solche Behandlung bei hoher Temperatur den Geschmack des Nahrungsproduktes nachteilig, denaturiert zumindest teilweise darin enthaltene Proteine und/oder beeinflußt ansonsten die gewünschten Eigenschaften der flüssigen Nahrungsprodukte nachteilig. Andere Versuche für die Konservierung von flüssigen Nahrungsmitteln, die ebenfalls gewisse Nachteile aufweisen, umfassen die Verwendung von chemischen Additiven oder Ionisierungsbestrahlung.

Die bakteriziden Wirkungen von elektrischem Strom wurden seit dem Ende des 19. Jahrhunderts untersucht, wobei verschiedene Bemühungen durchgeführt wurden, um elektrischen Strom zur Behandlung von Nahrungsprodukten anzuwenden. Vgl. z. B. US- Patente 918 531, 1 900 509, 2 428 328, 2 428 329 und 4 457 221; und deutsche Patente 1 946 267 und 2 907 887. Z. B. beschreibt das US-Patent 918 531 ein Verfahren zur Behandlung von Milch unter Anwendung einer verhältnismäßig geringen Spannung (etwa 1100 Volt), wobei die Milch während der Behandlungsperiode gekühlt wird, um eine Übererhitzung der Milch aufgrund der Wärmewirkung der auferlegten Spannung zu verhindern. Im allgemeinen sind die letalen Wirkungen eines alternierenden Niedrigfrequenzstromes mit einer geringen elektrischen Feldstärke sehr stark der Bildung von elektrolytischen chemischen Produkten aufgrund der Anwendung des Stromes durch den direkten Kontakt der Elektroden ebenso wie der Ohmschen Erwärmung zuzuschreiben, die durch den Stromfluß durch ein elektrisch resistentes Medium erzeugt wird. Wie in dem US-Patent 3 594 115 beschrieben ist, sind letale Wirkungen von Bogenentladungen mit hoher Spannung ebenfalls den elektrohydraulischen Schockwellen zugeschrieben worden. Jedoch können solche elektrolytischen chemischen Produkte in flüssigen Nahrungsmitteln unerwünscht sein. Somit ist für die Erzeugung von eßbaren flüssigen Nahrungsmitteln mit verlängerter Haltbarkeit die Anwendung von Explosivbogenentladungen zur Erzeugung von mikrobiologisch letalen Schockwellen nicht sehr weit verbreitet.

Unabhängig von dem Stand der Technik der Nahrungsmittelkonservierung wurde vor kurzem die Wirkung von starken elektrischen Feldern auf Mikroorganismen in Nicht- Ernährungsmedien als Mechanismus zur reversiblen oder irreversiblen Erhöhung der Permeabilität der Zellmembran von Mikroorganismen und individuellen Zellen untersucht. Vgl. z. B. Sale et al., "Effects of High Electric Fields on Microorganisms. III, Lysis of Erythrocytes and Protoplasts," Biochmica et Biophysica Acta, 163, S. 37-43 (1968); Hulsheger et al., "Killing of Bacteria with Electric Pulses of High Field Strength," Radiat. Environ Biophys., 20, S. 53-65 (1981); Hulsheger et al., "Lethal Effects of High-Voltage Pulses on E. coliK12", Radiat. Environ. Biophys. 18, S. 281-288 (1980); Zimmermann et al., "Effects of External Electrical Fields on Cell Membranes, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 3, S. 58-63 (1976); Zimmermann et al., "Electric Field-Induced Cell-to-Cell Fusion," J. Membrane Biol., 67, S. 165-182 (1982); Hulsheger et al., "Electric Field Effects on Bacteria and Yeast Cells," Radiat. Environ. Biophys.; 22, S. 149-162 (1983); Zimmermann et al., "The Development of Drug Carrier Systems: Electrical Field Induced Effects in Cell Membranes," Biochemistry and Bioenergetics, 7, S. 553-574 (1980); Jacob et al., "Microbiological Implications of Electric Field Effects, II, Inactivation of Yeast Cells and Repair of Their Cell Envelope," Zeitschrift für Allgemeine Mikrobiologie, 21, 3, S. 225-233 (1981); Kinositas, Jr., "Formation and Resealing of Pores of Controlled Sizes in Human Erythrocyte Membrane," Nature, 268, 4, S. 438-440 (August 1977); Neamann et al., "Gene Transfer into Mouse Lyoma Cells by Electroporation in High Electric Fields," IRI Press Limited, Oxford, England, S. 841-845. Die Anwendung von hohen elektrischen Feldern zur reversiblen Erhöhung der Permeabilität von Zellen wurde zur Durchführung der Zellfusion von lebenden Zellen und zur Einfügung von normalerweise ausgeschlossenen Komponenten in lebende Zellen verwendet. Elektrische Felder in Nicht-Nahrungsmedien haben eine direkte letale Wirkung auf Mikroorganismen, wobei die Tötungsrate von der Feldstärke oberhalb eines kritischen Feldes und der Dauer des bzw. der auferlegten Pulse mit hoher Spannung abhängt.

Diese Studien postulieren die Zellmembran als Stelle einer kritischen Wirkung, d. h. der reversible oder irreversible Verlust der Membranfunktion als semipermeable Sperre zwischen der Zelle und ihrer Umgebung. Ein externes Feld mit kurzer Dauer induziert vermutlich ein auferlegtes Trans- Membranpotential oberhalb eines kritischen elektrischen Feldwertes, das eine dramatische Erhöhung der Membranpermeabilität erzeugen kann. Weil eine Erhöhung der Zellpermeabilität die Gegenwirkung von Unterschieden der Osmalität des Zellgehaltes und der umgebenden Medien, den Austausch oder den Verlust von Zellinhalten oder die Zell- Lyse verhindern, kann ein irreversibler Abbau als Sekundärmechanismus in Nicht-Nahrungsmedien auftreten, der die Fähigkeit der Zelle zur Eigenwiederherstellung limitiert und nachteilig permeable Zellen durch osmotische Druckunterschiede zwischen dem Medium und dem Inneren der Zelle beeinflußt.

Vor kurzem haben die US-Patente 4 695 472, 4 838 154, 5 048 404 und 5 235 905 Verfahren und Anlagen für den Erhalt von flüssigen Nahrungsmittelprodukten mit verlängerter Lebensdauer unter Anwendung einer elektrischen Feldbehandlung beschrieben. Diese Verfahren und Anlagen erlauben im allgemeinen die Erhöhung der Temperatur der zu behandelnden Flüssigkeit aufgrund von Ohmschen Erwärmungswirkungen während der Auferlegung eines elektrischen Feldes. Solche Temperaturerhöhungen können zu einer verminderten Qualität der behandelten Flüssigkeit führen. Solche nachteiligen Wirkungen auf die Qualität der Flüssigkeit kann Änderungen des Geschmacks, der Farbe, des Aussehens, des Aromas, der Funktionalität der Proteine und dgl. umfassen. Obwohl in vielen Fällen solche Änderungen die Verwendung der behandelten Flüssigkeit nicht signifikant beeinflussen, können sie eine signifikante Wirkung auf die letztendliche Akzeptanz des Verbrauchers des Nahrungsmittelproduktes haben. Bei diesen Verfahren des Standes der Technik wurde verhindert, daß die Temperatur übermäßig hohe Werte erreichte, indem entweder die elektrische Feldstärke oder die Dauer der Behandlung vermindert wurde, was natürlich die Effizienz des Abtötens von Mikroorganismen vermindert. Im allgemeinen wurde festgestellt, daß diese Verfahren, während sie ausgezeichnete Ausmaße des Abtötens von allgemeinen Mikroorganismen ergaben, häufig keine Ausmaße zur Tötung von Bakterien, Bakteriensporen und/oder Pilzsporen ergeben, die im allgemeinen gewünscht sind. Darüber hinaus wurde im allgemeinen festgestellt, daß Verfahren mit hoher Temperatur wie z. B. die UHT-Pasteurisierung häufig gute Ausmaße der Tötung von Bakterien und Bakteriensporen ergeben, aber mit signifikanten und nachteiligen Änderungen beim Geschmack, Aussehen, Geruch und/oder der Funktion des Produktes. Somit wäre es wünschenswert, verbesserte Verfahren anzugeben, durch die Nahrungsmittel mit gepulsten elektrischen Feldern insbesondere für längere Zeitperioden und bei höheren elektrischen Feldstärken behandelt werden können, wodurch die Gehalte an Bakterien und bakteriellen Sporen signifikant vermindert oder eliminiert werden können, während die nachteiligen Wirkungen minimiert werden, die durch erhöhte Verfahrenstemperaturen verursacht werden.

Demgemäß ist es ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zur Konservierung eines pumpbaren Nahrungsmittels anzugeben, wobei das Verfahren umfaßt:

(1) Durchleiten eines pumpfähigen Nahrungsmittels durch eine Vielzahl von Behandlungszonen, die in Serie angeordnet sind, wobei das pumpbare Nahrungsmittel nachfolgend durch jede Behandlungszone geleitet und das pumpbare Nahrungsmittel einer Vielzahl von Pulsen elektrischer Felder mit Feldstärken von wenigstens 10 kV/cm in der Vielzahl von Behandlungszonen unterworfen wird;

(2) Kühlen des pumpbaren Nahrungsmittels nach der Durchleitung durch jede Behandlungszone im Schritt (1), mit Ausnahme der letzten Behandlungszone, bevor es in die nächste Behandlungszone eintritt;

(3) schnelles Kühlen des pumpbaren Nahrungsmittels von der letzten Behandlungszone im Schritt (1) auf eine Lagerungstemperatur;

worin die Temperatur des pumpbaren Nahrungsmittels in jeder Behandlungszone im Schritt (2) unterhalb einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird und die gesamte Dauer der Behandlung mit dem elektrischen Feld und die Temperatur des pumpbaren Nahrungsmittels in der Vielzahl der Behandlungszonen ausreichend sind, um das pumpbare Nahrungsmittel zu konservieren, während Änderungen des Geschmacks, des Aussehens, der Geruchs oder der Funktion des pumpbaren Nahrungsmittels minimiert werden.

Bevorzugt wird das pumpbare Nahrungsmittel auf eine Temperatur von etwa 10 bis 120ºC vor dem Leiten in die erste Behandlungszone erwärmt.

Bevorzugt umfaßt das Kühlen ein Kühlen, so daß die Temperatur des pumpbaren Nahrungsmittels, das die nächste Behandlungszone betritt, im Bereich von 30 bis 130ºC ist.

Andere Ziele dieser Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Fließdiagramm, das ein Bearbeitungssystem zur Verlängerung der Lebensdauer der verderblichen, pumpfähigen Nahrungsmittel erläutert, wobei ein Behandlungssystem angewandt wird, das sehr hohe elektrische Feldstärken auf ein pumpbares Nahrungsprodukt in einer Vielzahl von Behandlungszonen auferlegen kann, während das pumpbare Nahrungsprodukt in einem akzeptablen Temperaturbereich gehalten wird, zum Abtöten von Mikroorganismen, während unerwünschte Wirkungen auf das Nahrungsmittel entsprechend dieser Erfindung minimiert werden.

Fig. 2 erläutert typische Temperatur/Zeitprofile für (A) ein Verfahren unter Anwendung einer einzelnen Behandlungszone mit einem elektrischen Feld, (B) ein Verfahren, das in Fig. 1 erläutert ist, wobei drei elektrische Feld-Behandlungszonen entsprechend dieser Erfindung gezeigt werden. Das in Fig. 2A gezeigte Profil dient Vergleichszwecken.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das das Ausmaß der Tötung von Bakterien und bakteriellen Sporen vergleicht, erhältlich unter Anwendung dieser Erfindung (markierte elektrische Feldkurve) und der thermischen Verfahren (markierte thermische Kurven 1, 2 und 3).

Beschreibung der Erfindung

Entsprechend dieser Erfindung wird im allgemeinen ein Verfahren zum Konservieren von flüssigen Nahrungsmitteln, insbesondere flüssigen Nahrungsmitteln angegeben, die normalerweise bakteriologische Wachstumsmedien sind, indem elektrische Feldpulse mit hoher Spannung mit sehr kurzer Dauer in einer Vielzahl von Behandlungszonen auferlegt werden, während die Temperatur des flüssigen Nahrungsmittels bei einem Niveau gehalten wird, bei dem eine signifikante Tötung von Mikroorganismen auftritt, während die nachteiligen Wirkungen minimiert werden, die mit hohen Temperaturen verbunden sind. Unter Anwendung dieser Erfindung können signifikante Verminderungen von Mikroorganismen, einschließlich Bakterien und bakteriellen Sporen in den bearbeiteten Nahrungsmitteln erhalten werden. Unter Anwendung dieser Erfindung können Nahrungsmittel mit verlängerten Lebenszeiten ebenfalls mit minimalen Änderungen beim Geschmack, Aussehen, Geruch und/oder Funktion erhalten werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Konservieren und zur Verlängerung der Lebensdauer eines pumpbaren Nahrungsproduktes angegeben, wobei verhältnismäßig geringe Temperaturen angewandt werden, um eine unerwünschte Änderung des Geschmacks, Aussehens, Geruchs oder der Funktion des Nahrungsmittels zu minimieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Nahrungsmittel unterhalb einer verhältnismäßig niedrigen vorbestimmten Temperatur, die für jede Art des Nahrungsmittel ausgewählt wird, während des vollständigen Verfahrens gehalten. Diese verhältnismäßig niedrige Temperatur kann, während das Nahrungsmittel mit einer minimalen unerwünschten Änderung des Geschmacks, Aussehens, Geruchs oder der Funktion gehalten wird, nicht einige Mikroorganismen, insbesondere resistente Bakterien und bakterielle Sporen töten, die vorhanden sein können. Somit wird gemäß einem anderen Merkmal ein Verfahren zur Behandlung eines flüssigen Nahrungsmittels einer verhältnismäßig hohen vorbestimmten Temperatur angegeben, um Bakterien und bakterielle Sporen vollständiger abzutöten. Aber bei dieser Ausführungsform ist die Dauer der Behandlung mit hoher Temperatur derart, daß nur minimale und akzeptable Änderungen beim Geschmack, Aussehen, Geruch oder der Funktion des Nahrungsmittels auftreten. Das Merkmal der hohen Temperatur ist im allgemeinen "nicht diskriminierend", womit gemeint ist, daß die meisten Arten der Mikroorganismen, einschließlich der Bakterien und bakteriellen Sporen unter den Verfahrensbedingungen abgetötet (oder zumindest auf akzeptable Gehalte vermindert) werden. Arten von Bakterien und bakteriellen Sporen, die abgetötet werden, umfassen z. B. Bakterien und Sporen der Art Bacillus und Clostridium (wie Bacillus stearothermophilus, Bacillus pumulus, Bacillus subtilis, Clostridium sporogenes, Clostridium botulinium und dgl.) und Pilzorganismen und Pilzsporen. Darüber hinaus werden andere nicht-bakterielle und weniger resistente Mikroorganismen, die ebenfalls in Nahrungsmitteln vorhanden sein können, im allgemeinen unter den Bedingungen abgetötet, bei denen Bakterien, bakterielle Sporen, Pilze und Pilzsporen abgetötet werden.

Somit ermöglicht diese Erfindung die Erzeugung von Nahrungsmitteln mit deutlich verminderten Gehalten an Mikroorganismen (einschließlich Bakterien, bakteriellen Sporen, Pilzen und Pilzsporen) und mit verlängerten Lebensdauern. Solche Vorteile für das Hochtemperaturverfahren müssen den stärkeren nachteiligen (obwohl noch akzeptablen) Änderungen beim Geschmack, Aussehen, Geruch und/oder Funktion des behandelten Nahrungsmittels im Vergleich zu den Niedertemperaturverfahren gegenübergestellt werden. Natürlich führt das Verfahren mit höherer Temperatur zu höheren Tötungsraten von Mikroorganismen und daher zur verlängerten Lebensdauern. Die maximalen Temperaturen, elektrische Pulsrate und Stärken und die Dauern bei den Behandlungszellen kann ausgeglichen werden, um die gewünschte Lebensdauer und sensorischen Qualitäten für das Nahrungsmittel zu erzielen. Das Verfahren mit niedrigerer Temperatur ist im allgemeinen bevorzugt, wenn ein konserviertes Nahrungsmittel mit der höchsten sensorischen Qualität erforderlich oder gewünscht ist. Das Verfahren mit höherer Temperatur ist im allgemeinen bevorzugt, wenn ein konserviertes Nahrungsmittel mit einer noch mehr verlängerten Lebensdauer gewünscht ist, weil es zu den maximalen Tötungsraten von Mikroorganismen (einschließlich Bakterien, bakteriellen Sporen, Pilzen und Pilzsporen) führt.

Wie der Fachmann realisieren wird, unterscheiden sich die oben diskutierten Merkmale hauptsächlich in dem Wert der vorbestimmten Temperatur, bei der die elektrische Feldbehandlung durchgeführt wird. Das Verfahren mit niedrigerer Temperatur ergibt Nahrungsmittel mit verlängerter Lebensdauer mit minimalen Änderungen beim Geschmack, Aussehen, Geruch und Funktion. Das Verfahren mit höherer Temperatur ergibt Nahrungsmittel mit noch stärker verlängerter Lebensdauer, wobei niedrigere Gehalte an überlebenden Mikroorganismen erzielt werden, aber manchmal etwas mehr unerwünschte Änderungen des Nahrungsmittels selbst erzielt werden. Die Auswahl des anzuwendenden Verfahrens (d. h. niedrige oder hohe Temperatur) hängt von dem spezifischen zu behandelnden Nahrungsmittel, der Verpackung und dem angewandten Lagerungsverfahren und der beabsichtigten Verwendung des Nahrungsmittels ab. Durch Variation der Temperatur des Verfahrens können die Lebensdauer und die sensorischen Qualitäten des behandelten Nahrungsmittels nach Wunsch eingestellt und ausgeglichen werden.

Mit "pumpbarem Nahrungsmittel" ist ein eßbares Nahrungsprodukt mit einer Viskosität oder einer Extrusionskapazität gemeint, daß das Nahrungsprodukt durch eine Serie von Behandlungszonen fließen kann. Die Produkte umfassen extrudierbare Produkte wie Talg- oder Fleischemulsionen, flüssige Produkte, wie Getränke, flüssige Molkereiprodukte, natürliche Fruchtsäfte, flüssige Eierprodukte, Bratensäfte, Soßen, Suppen und Nahrungsmittelteilchen-haltige Nahrungsaufschlämmungen wie Eintöpfe, Suppen, gekochte oder nicht-gekochte Gemüseaufschlämmungen und Kornaufschlämmungen. Bevorzugt hat das Nahrungsprodukt mit einer flüssigen Phase eine Viskosität von weniger als etwa 1000 Poise und bevorzugt weniger als etwa 500 Centipoise bei einer Temperatur von mehr als 0ºC. Typischerweise enthalten geeignete pumpbare Nahrungsprodukte etwa 20 bis etwa 95 Gew.-% Wasser und etwa 4 bis etwa 75 Gew.-% Feststoffe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Proteinen, Kohlenhydraten, Fetten und Mischungen davon, bezogen auf das Gesamtgewicht des Nahrungsmittels. Die Viskosität des Nahrungsmittels kann im allgemeinen am besten bei Umgebungstemperatur (z. B. bei etwa 23 bis 25ºC) bestimmt werden. Mit "bakteriologischem Wachstumsmedium" ist gemeint, daß bei der Lagerung bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis etwa 30ºC das flüssige Nahrungsmittel mit der eigenen mikrobiologischen Population oder nach Keimen mit den Testorganismen eine Erhöhung des biologischen Gehaltes der Aktivität als Funktion der Zeit aufzeigt, was durch direkte mikroskopische Zählungen, Koloniebildungseinheiten auf angemessenen Sekundärmedien, metabolischen Endproduktanalysen, dem biologischen Trockengewicht oder Naßgewicht, pH oder anderen qualitativen oder quantitativen analytischen Methoden zum Aufzeichnen von Erhöhungen der biologischen Aktivität oder des Gehaltes ermittelbar ist. Z. B. kann sich unter solchen Bedingungen die mikrobiologische Population eines pumpbaren Nahrungsmittels, das ein bakteriologisches Wachstumsmedium ist, über die Zeitperiode von zwei Tagen zumindest verdoppeln. Bevorzugt haben die flüssigen Nahrungsmittel eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens etwa 0,00001 mhos/cm, obwohl deionisierte Nahrungsprodukte ebenfalls behandelt werden können, die niedrigere Leitfähigkeiten haben. Typischerweise können pumpbare Nahrungsprodukte einen kombinierten Natrium- und Kalium-Gehalt von wenigstens etwa 0,10 Gew.-% aufweisen, basierend auf dem Gesamtgewicht des flüssigen Nahrungsmittels. Es wird festgestellt, daß entionisiertes Wasser als Aufschlämmungsmittel für die elektrische Feldbehandlung mit hohem Puls von körnigen, gekochten, hydrierten, nicht-gekochten oder nicht-hydrierten Nahrungsprodukten verwendet werden kann. Die Zusammensetzungen von einigen typischen flüssigen Nahrungsprodukten, die biologische Wachstumsmedien sind, die von "Nutritive Value of American Foods in Common Units," Agriculture Handbook No. 456 of the U.S. Department of Agriculture (1975) stammen, sind wie folgt:

Flüssige Nahrungsmittel

*: kondensiert - kommerziell

**: von teilweise entfetteter Milch

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Konservierung und Behandlung eines pumpbaren Nahrungsproduktes unter Verwendung von hohen elektrischen Feldpulsen mit kurzen und gesteuerten Pulsdauern in einer Vielzahl von Behandlungszonen gerichtet, wobei zwischen den Behandlungszonen eine Kühlung erfolgt, um so die Temperatur des pumpbaren Nahrungsproduktes bei einem Wert zu halten, so daß die Mikroorganismen abgetötet werden, während die Qualität des pumpbaren Nahrungsproduktes beibehalten wird. Die Qualität des Nahrungsproduktes wird durch Minimieren von Änderungen im Geschmack, dem Aussehen, Geruch und/oder der Funktionalität aufrecht erhalten, was von thermischen Wirkungen resultiert. Im allgemeinen ist es bevorzugt, daß die vorbestimmte Temperatur unterhalb etwa 100ºC für das Niedertemperaturverfahren und unterhalb etwa 150ºC für das Hochtemperaturverfahren während des elektrischen Feld-Behandlungsverfahrens gehalten wird, um thermische Wirkungen auf die sensorische Qualität des behandelten Nahrungsmittels zu minimieren, während ein ausreichend hohes elektrisches Feld auferlegt wird, unter Erhalt der gewünschten Mikroorganismentötung. Solche elektrischen Felder können z. B. mit Hilfe von Behandlungszellen mit hoher Feldstabilität verwendet werden, wie in den US-Patenten 4 695 472, 4 838 154, 5 048 404 und 5 235 905 beschrieben ist, die alle durch Bezugnahme eingefügt sind. Die Verwendung von Druck- oder Entgasungsverfahren zur Erleichterung der Verwendung von hohen elektrischen Feldern kann ebenfalls in die erfindungsgemäßen Verfahren eingefügt werden.

Wie oben gezeigt wird entsprechend dieser Erfindung das gesamte pumpfähige flüssige Nahrungsmittel elektrischen Pulsen mit hohem Feld und Stromintensität in einer Vielzahl von Behandlungszonen, die in Serie angeordnet sind, unterworfen. Wenn das pumpbare Nahrungsmittel ein Behandlungszone verläßt (mit Ausnahme der letzten), wird auf einen gewünschten Temperaturbereich gekühlt, wobei irgendein geeigneter Wärmetauscher, Kühler oder eine andere Kühleinrichtung verwendet wird, bevor es die nächste Behandlungszone für eine weitere elektrische Feldbehandlung betritt. Durch Ausgleichen der Wärmwirkungen der Behandlungszonen mit den Kühlwirkungen der Kühlzonen kann die Temperatur des pumpbaren Nahrungsmittels unterhalb der bestimmten Temperatur während des gesamten Verfahrens gehalten werden. Bevorzugt wird das pumpbare Nahrungsmittel, das die letzte Behandlungszone verläßt, auf Kühltemperaturen gekühlt, wie unten detaillierter beschrieben wird. Die Dauer einer jeden Behandlungszone wird gesteuert, so daß eine Temperaturerhöhung des pumpbaren flüssigen Nahrungsmittels in einer bestimmten Behandlungszone aufgrund der Ohmschen Erwärmung ausreichend niedrig ist, so daß die Temperatur des pumpbaren flüssigen Nahrungsmittels bei einem Niveau gehalten wird, damit die gewünschte Abtötung von Mikroorganismen bewirkt wird, während die thermischen Wirkungen minimiert werden, die den Geschmack, das Aussehen, den Geruch oder die funktionellen Aspekte des pumpbaren flüssigen Nahrungsmittels beeinträchtigen könnten. Die Dauer der elektrischen Feldbehandlung, die alle Behandlungszonen anbelangt, die Stärke des elektrischen Feldes und die Temperatur der elektrischen Feldbehandlung sollten eingestellt und gehalten werden, um das gewünschte Ausmaß des Abtötens für Mikroorganismen zu erzielen. Einer der Vorteile des Systems liegt darin, daß das pumpbare Nahrungsmittel längeren Gesamtperioden der elektrischen Feldbehandlung ausgesetzt werden kann, als es bei früheren elektrischen Feld- Behandlungssystemen möglich war. Ohne die Kühlstufen oder das System dieser Erfindung würde eine ausgedehnte Anwendung von hohen elektrischen Feldern (ob in einer einzelnen Behandlungszone oder in vielen Behandlungszonen), die zur Behandlung des Nahrungsmittels ausreichend wären, zu exzessiven Temperaturen führen, die deutlich oberhalb der erfindungsgemäß angewandten Grenzen liegen würden. Solche übermäßigen Temperaturen würden im allgemeinen unakzeptable Änderungen im Geschmack, Aussehen, Geruch und/oder Funktion des Nahrungsmittels verursachen.

In diesem System ist die Zeitperiode, in der das pumpbare Nahrungsmittel einem hohen elektrischen Feld in jeder Behandlungszone unterworfen wird, verhältnismäßig niedrig (im allgemeinen sind Verweilzeiten in der Größenordnung von weniger als etwa 10 s und mehr bevorzugt weniger als etwa 1 s pro Zone), um die Ohmsche Erwärmung und somit Temperaturniveaus innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten. Durch Kühlen des pumpbaren Nahrungsmittels zwischen jeder Behandlungszone kann die Zahl der Behandlungszonen (und somit die Gesamtdauer der elektrischen Feldbehandlung) auf das gewünschte Maß verlängert werden, während die Aussetzung des behandelten Nahrungsmittels gegenüber hohen Temperaturen minimiert wird.

Im allgemeinen ist es bevorzugt, daß zumindest zwei elektrische Feldbehandlungszellen oder -zonen verwendet und die Temperatur in den elektrischen Feldbehandlungszellen oder -zonen bei Temperaturen von weniger als etwa 100ºC für das Niedertemperaturverfahren und weniger als etwa 150ºC für das Hochtemperaturverfahren gehalten werden. Mehr bevorzugt wendet diese Erfindung zumindest zwei elektrische Feldbehandlungszellen oder -zonen und Behandlungstemperaturen von etwa 40 bis 90ºC im Niedertemperaturverfahren und etwa 70 bis 13ºC im Hochtemperaturverfahren an. Obwohl größere Zahlen von Behandlungszonen verwendet werden können, ist es im allgemeinen bevorzugt, daß die Zahl der Behandlungszonen im Bereich von etwa 2 bis 10 und mehr bevorzugt im Bereich von etwa 2 bis 4 ist. Jede Behandlungszelle oder -zone hat bevorzugt eine elektrische Feldstärke von wenigstens 10 kV/cm, mehr bevorzugt wenigstens 25 kV/cm und noch mehr bevorzugt wenigstens 35 kV/cm. Der Fachmann wird verstehen, daß eine größere Zahl von Behandlungszonen, unterschiedliche Feldstärken und längere Behandlungsperioden verwendet werden können, und daß dies in einigen Fällen sogar bevorzugt sein kann. Es ist nicht notwendig, daß jede Behandlungszelle oder -zone die gleiche physikalische Konstruktion, elektrische Feldstärke, Pulsrate, Behandlungsdauer oder andere Vorgangsparameter anwendet. Für die Leichtigkeit der Konstruktionen des Vorgangs ist es jedoch im allgemeinen bevorzugt, daß jede Behandlungszelle oder -zone einen ähnlichen Aufbau aufweist und auf ähnliche Weise betrieben wird.

Das pumpfähige Nahrungsprodukt kann Pulsen mit sehr hoher Spannung und kurzer Dauer in der Vielzahl von Behandlungszonen durch verschiedene Bearbeitungstechniken unterworfen werden. Bei einem solchen bevorzugten Bearbeitungsverfahren wird das flüssige Nahrungsmittel in eine Behandlungszone zwischen zwei Elektroden eingeführt, die eine Konfiguration aufweisen, daß dazwischen ein elektrisches Feld erzeugt wird, ohne daß eine dielektrische Kriechbewegung oder ein anderer Durchschlag stattfinden. Elektrische Pulse mit hoher Spannung können auf die Elektroden auferlegt werden, um das flüssige Nahrungsmittel der Vielpulsbehandlung durch eine Pulsfeldanlage zu unterwerfen, wie Transmissionsschwingkreise, Blumlein-Transmissionskreisläufe und/oder kapazitive Entladungskreisläufe. Feldumkehrtechniken können ebenfalls durch kapazitive Entladungssysteme und Pulsbildungs-Netzwerke verwendet werden, zur Erhöhung des effektiven Potentials entlang der Behandlungszelle oder -zone. Durch Auferlegung eines Kurzpulses von z. B. 20 kV/cm entlang einer Behandlungszelle oder -zone für eine kurze Zeitdauer (z. B. 2 Mikrosekunden) mit einer Polarität, mit anschließender abrupter Umkehr des auferlegten Potentials innerhalb einer kurzen Zeitperiode (z. B. 2 Mikrosekunden) kann ein elektrisches Feld, das 40 kV/cm erreicht, entlang der Behandlungszelle oder -zone entwickelt werden. Wenn das flüssige Nahrungsmittel kontinuierlich in eine Behandlungszone eingefügt wird, auf die Pulse mit sehr hoher Spannung periodisch auferlegt werden, und wenn das flüssige Nahrungsmittel begleitend von dieser Behandlungszone abgezogen wird, sollte die Rate des Durchleitens des flüssigen Nahrungsmittels durch die Vielzahl von Behandlungszonen bevorzugt mit den Pulsbehandlungsraten koordiniert werden, so daß das gesamte pumpfähige Nahrungsmittel zumindest einem Puls und mehr bevorzugt vielen Pulsen innerhalb der Behandlungszonen unterworfen wird. Mehr spezifisch sollte das pumpbare Nahrungsmittel mindestens einem Puls innerhalb einer jeden Behandlungszone unterworfen werden. Noch mehr bevorzugt wird das pumpbare Nahrungsmittel mehreren Pulsen innerhalb jeder Behandlungszone unterworfen. Der Fachmann wird realisieren, daß es nicht notwendig ist, daß die pumpbare Flüssigkeit zumindest einen elektrischen Puls innerhalb jeder Behandlungszone unterworfen wird (solange dies der bevorzugte Arbeitsvorgang ist), solange die pumpbare Flüssigkeit ausreichend elektrische Pulse über die gesamte Serie der Behandlungszonen erhält, um die gewünschte Abtötung von Mikroorganismen zu erzielen.

Eine geeignete Anlage zur Konservierung von pumpbaren Nahrungsmitteln dieser Erfindung umfaßt im allgemeinen eine Vielzahl von elektrischen Feld-Behandlungskammern oder -zonen und eine Vielzahl von Kühleinrichtungen, die zwischen den elektrischen Feld-Behandlungskammern oder -zonen angeordnet sind, zum Aufrechterhalten der Temperatur des pumpbaren Nahrungsmittels innerhalb akzeptabler Grenzen. Im allgemeinen umfaßt jede elektrische Feld-Behandlungskammer oder -zone eine erste Elektrodeneinrichtung zur Erzeugung des elektrischen Kontaktes mit dem flüssigen Nahrungsmittel, das neben der ersten Elektrodeneinrichtung in der Kammer angeordnet ist, eine zweite Elektrodeneinrichtung, die von der ersten Elektrodeneinrichtung beabstandet angeordnet ist, zur Erzeugung eines elektrischen Kontaktes mit dem flüssigen Nahrungsmittel, das in der Kammer zwischen der ersten und der zweiten Elektrodeneinrichtung angeordnet ist. Vorteilhaft kann die Anlage eine feste dielektrische Trenneinrichtung enthalten, umfassend einen dielektrischen, nicht-leitenden Abstandshalter, der die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung außerhalb der Kammer trennt und eine minimale Oberflächenweglänge zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweiten Elektrodeneinrichtung von zumindestens dem Doppelten und bevorzugt zumindest dem Dreifachen der minimalen Distanz zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweiten Elektrodeneinrichtung in der Kammer aufweist. Die Elektroden sind wünschenswert so konstruiert, daß die elektrische Feldstärke an den Kanten der Elektrode (bei Auferlegung eines gepulsten elektrischen Potentials) nicht signifikant von dem durchschnittlichen elektrischen Feld über der Oberfläche der Elektrode variiert. Dies kann durch ein angemessenes Elektroden-Design erzielt werden wie z. B. durch Abrunden der Elektrodenkanten, unter Verhinderung von unerwünschten Feldverstärkungen bei scharfen Kanten mit einem kleinen Krümmungsradius. Die Anlage umfaßt weiterhin eine Einlaßführungseinrichtung zum Einführen eines zu behandelnden pumpbaren Nahrungsmittels in die erste elektrische Feldbehandlungskammer, Führungseinrichtungen zum Durchleiten des behandelten Nahrungsmittels, das von jeder Behandlungskammer herausgelassen und in die nächste Behandlungskammer geführt wird, eine Auslaßführungseinrichtung zum Auslassen von Nahrungsmittelprodukten, das durch die letzte Behandlungskammer in Serie geleitet ist, Mittel zum Auferlegen von elektrischen Pulsen mit hoher Spannung auf die erste und zweite Elektrodeneinrichtung in jeder Behandlungskammer, bevorzugt bei einer vorbestimmten Rate von wenigstens etwa 0,01 Puls pro Sekunde und mehr bevorzugt zumindest 2 Pulsen pro Sekunde, unter Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden (und durch das dazwischen angeordnete pumpfähige Nahrungsmittel) von etwa wenigstens 10 kV/cm, bevorzugt wenigstens etwa 25 kV/cm und mehr bevorzugt wenigstens etwa 35 kV/cm. Die Anlage umfaßt weiterhin Mittel zum Kühlen des Nahrungsmittels während der Passage zwischen Behandlungszonen, um so die Temperatur des Nahrungsmittels innerhalb gewünschter und akzeptabler Grenzen zu jeder Zeit zu halten. Geeignete Kühlmittel umfassen z. B. konventionelle Wärmetauscher, Kühler und dgl. Somit wird das Nahrungsmittel nach der Behandlung in einer gegebenen Behandlungszone auf akzeptable und wünschenswerte Temperaturen vor dem Eintritt in die nächste Behandlungszone gekühlt. Die Anlage kann weiterhin enthalten und umfaßt bevorzugt Mittel zum Vorwärmen des Nahrungsmittels auf eine vorbestimmte Temperatur (im allgemeinen im Bereich von etwa 10 bis 100ºC und mehr bevorzugt im Bereich von etwa 40 bis 75ºC), bevor es in die erste Behandlungskammer oder -zone eingeführt wird. Die Anlage kann weiterhin umfassen und umfaßt bevorzugt Mittel zum schnellen Kühlen des flüssigen Nahrungsmittels auf eine Lagerungstemperatur bald nachdem das flüssige Nahrungsmittel durch die letzte Behandlungszone geleitet wird. Für Zwecke dieser Erfindung ist eine "Lagerungstemperatur" eine Temperatur in der Nähe oder unterhalb von Umgebungstemperatur. Mehr bevorzugt ist diese Lagerungstemperatur eine Kühltemperatur im Bereich von etwa 0 bis etwa 10ºC. Bevorzugt wird das flüssige Nahrungsmittel auf Kühltemperaturen innerhalb etwa 30 min und mehr bevorzugt innerhalb etwa 10 min nach der Behandlung in der letzten Behandlungszone gekühlt. Die Anlage kann weiterhin umfassen und umfaßt bevorzugt Mittel zum aseptischen Abpacken des flüssigen Nahrungsmittels nach der Behandlung in dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Behandlungskammern können unter Verwendung von Elektroden aus nichtrostendem Stahl gebaut werden. In anderen Fällen können elektrochemisch inertere Elektrodenmaterialien vorteilhaft verwendet werden. Z. B. kann Kohlenstoff ein geeignetes Elektrodenmaterial ergeben; und andere Elektrodenmaterialien wie Gold, Platin oder Metalloxide wie Iridiumoxid und Ruthenoxid können eine erhöhte elektrochemische Inertheit ergeben. Falls gewünscht, können die ersten und zweiten Elektroden in den Behandlungskammern so aufgebaut sein, daß sie eine direkte Elektrolyse des flüssigen Nahrungsmittels aufgrund der Auferlegung eines gepulsten elektrischen Feldes darauf verhindern. In dieser Hinsicht können solche Elektroden eine elektrisch leitende Elektrode, eine ionenpermeable Membran und einen Zwischenelektrolyten enthalten, so daß ein ionischer elektrischer Verbund mit dem flüssigen Nahrungsmittel durch die ionenpermeable Membran eher als durch den direkten Kontakt mit der elektronisch leitenden Elektrode erzeugt wird. Solche Behandlungskammern sind in dem US-Patent 4 695 472 beschrieben.

Wie angezeigt, werden entsprechend dieser Erfindung Verfahren zur Bearbeitung von pumpbaren Flüssigkeiten, einschließlich dicken und viskosen Fluiden, Lösungen, Aufschlämmungen und/oder Mischungen von Flüssigkeiten und feste Bestandteile mit gepulsten elektrischen Feldern vorgesehen, wobei die Temperatur der pumpbaren Flüssigkeit bei einem Bereich gehalten wird, bei dem eine ausreichende Abtötung von Mikroorganismensporen auftritt, während nachteilige Änderungen des Geschmacks, des Aussehens, des Geruchs und/oder der Funktion der pumpbaren Flüssigkeit minimiert werden. Das zu behandelnde Material sollte unter im wesentlichen sterilen Bedingungen während des Verfahrens gehalten werden. Bevorzugt wird das behandelte Nahrungsmittel nach der Behandlung abgepackt, unter Erhalt eines abgepackten Nahrungsproduktes mit verlängerter Lebensdauer. Mehr bevorzugt wird das behandelte Material unter aseptischen Bedingungen gehalten und gepackt, nachdem mit ihm die gepulste elektrische Feldbehandlung gemäß dieser Erfindung durchgeführt wurde.

Zum Aufrechterhalten von hohen elektrischen Feldern in der Behandlungskammer ist es wünschenswert, daß das pumpbare Nahrungsmittel blasenfrei ist. Zusätzlich ist es wünschenswert, daß die Kapazität des Nahrungsproduktes, Gasblasen unter den Bedingungen der elektrischen Feldbehandlung zu erzeugen, minimiert ist. Demgemäß sollten die Bearbeitungsverfahren für das hohe elektrische Feld die Steuerung von Gasen umfassen, die in dem pumpbaren Nahrungsmittel absorbiert werden. Die Wirkung des absorbierten Gases in dem pumpbaren Nahrungsmittel verursacht einen elektrischen Kurzschluß im pumpbaren Nahrungsmittel. Dies kann durch Entgasen des pumpbaren Nahrungsmittels durch eine Vakuumpumpe und durch eine Entgasungsanordnung oder ein anderes Verfahren zur Entfernung des suspendierten, aufgelösten oder eingefangenen Gases von dem pumpbaren Nahrungsmittel vermieden werden. Eine andere Annäherung, die das Potential für einen elektrischen Durchschlag in dem pumpbaren Nahrungsmittel minimieren kann, liegt darin, die Behandlung mit dem pumpbaren Nahrungsmittel unter Druck durchzuführen. Die Verwendung eines positiven Drucks auf das pumpbare Nahrungsmittel vermindert die Bildung von Gasblasen im pumpbaren Nahrungsmittel, was zu einem elektrischen Durchschlag führen kann, wenn hohe elektrische Felder auferlegt werden, und im allgemeinen die Wahrscheinlichkeit eines elektrischen Durchschlages vermindert. Drücke bis zu 6,89 MPa (1000 psi) oder mehr können bei dem Verfahren angewandt werden.

Entsprechend verschiedenen bevorzugten Aspekten dieser Erfindung wird die Behandlung des flüssigen Nahrungsmittels bei einer Temperatur durchgeführt, bei der eine ausreichende Abtötung von Mikroorganismen auftritt, wobei aber eine signifikante Temperaturschwankung im Nahrungsmittel und ungewünschte Änderungen im Geschmack, Aussehen, Geruch und/oder Funktion des Nahrungsmittels minimiert werden. Durch Anwendung einer Vielzahl von elektrischen Feld- Behandlungszonen kann das Nahrungsmittel ausreichenden elektrischen Pulsen ausgesetzt werden, unter Erzielung des gewünschten Ausmaßes der Behandlung ohne eine verlängerte Anwendung von übermäßigen Temperaturen. Die Länge der Anwendung hoher Temperaturen kann daher deutlich geringer sein für ein gegebenes Ausmaß der Abtötung von Mikroorganismen als ein Verfahren unter Verwendung nur einer thermischen Behandlung. Somit kann ein Nahrungsmittel mit verlängerter Lebensdauer erfindungsgemäß hergestellt werden, wobei es signifikant weniger den möglicherweise schädigenden Temperaturen ausgesetzt wird. Durch sofortiges Kühlen des mit dem elektrischen Feld behandelten flüssigen Nahrungsmittels auf eine Lagerungstemperatur (bevorzugt eine Temperatur von weniger als etwa 10ºC und mehr bevorzugt im Bereich von etwa 0 bis 5ºC) kann eine weitere wesentliche Verbesserung der Lebensdauer erzielt werden, und das Verfahren kann effektiver werden. Wie im US-Patent 4 695 472 beschrieben ist, sollte das Nahrungsmittelprodukt bevorzugt auf eine Kühltemperatur innerhalb von 30 min und bevorzugt innerhalb von etwa 10 min nach der Vollendung der elektrischen Feldbehandlung gekühlt werden. Das mit dem elektrischen Feld hoher Spannung behandelte flüssige Nahrungsmittel kann mit Hilfe von kontinuierlichen Fließwärmetauscheinheiten vor dem Abpacken oder der Massenlagerung schnell gekühlt werden. Es wird vermutet, daß auf diese Weise elektrisch behandelte Organismen mit Zellwandschädigung zu einem inaktiven Zustand gekühlt werden können, bevor die Zellwand wieder hergestellt werden kann, wodurch die Lebensdauer des Produktes vergrößert wird.

Die elektrische Feldbehandlung sollte am besten mit Pulsen mit einer elektrischen Feldstärke im Bereich von wenigstens etwa 10 kV/cm, bevorzugt im Bereich von wenigstens etwa 25 kV/cm und am meisten bevorzugt in einem Bereich von etwa 35 bis etwa 120 kV/cm durchgeführt werden. Im allgemeinen sollte die Pulsdauer in jeder Behandlungszone im Bereich von etwa 0,01 bis 25 us und am meisten bevorzugt zwischen 0,1 und 10 us sein. Längere Pulszeiten können angewandt werden, solange die erhöhte Ohmsche Erwärmung berücksichtigt und die Temperatur in jeder Behandlungszone im gewünschten Bereich durch den Vorgang der Kühleinheiten oder -zonen zwischen den Behandlungszonen aufrecht erhalten wird. Somit sollten Pulszeiten und die Dauer der Behandlung innerhalb einer gegebenen Behandlungszone und die Kühlwirkungen der Kühleinheiten ausgewählt und ausgeglichen werden, so daß die Temperatur des Nahrungsmittels in der Behandlungszone im gewünschten Bereich gehalten wird, damit das gewünschte Ausmaß der Abtötung von Mikroorganismen durch gepulstes elektrisches Feld erzielt und der Geschmack, das Aussehen, Geruch und/oder Funktion des Nahrungsmittels innerhalb akzeptabler Grenzen aufrechterhalten werden kann. Durch Verwendung einer Vielzahl von Behandlungszonen mit einer Temperatursteuerung zwischen jedem Satz von Behandlungszonen können ausreichende Gesamtbehandlungszeiten erfindungsgemäß erhalten werden im Vergleich zum bekannten UHT- Pasteurisierungsverfahren oder den Behandlungsverfahren mit einzelnen elektrischen Pulsfeldern, während die Aussetzung des Nahrungsmittels gegenüber möglicherweise schädigenden Temperatur minimiert wird.

Bevorzugt wird das pumpbare Nahrungsmittel auf eine Temperatur von etwa 10 bis 100ºC und bevorzugt von etwa 40 bis 75ºC vor der ersten elektrischen Feld-Behandlungszone vorerwärmt. Eine auferlegte Wärme vor der elektrischen Feldbehandlung kann angewandt werden, um höhere mikrobiologische Tötungsraten in dem flüssigen Nahrungsmittel in der ersten Behandlung im Vergleich zu der Behandlung eines kälteren Materials zu erzielen. Der Fachmann wird realisieren, daß es jedoch nicht notwendig ist, das pumpbare Nahrungsmittel in dieser Erfindung vorzuwärmen. Kaltgeführte Materialien (z. B. mit weniger als etwa 10ºC) können ohne Vorerwärmen falls gewünscht verwendet werden. Solche kaltgeführten Materialien werden effektiv auf die gewünschten Temperaturbereiche während der Anfangsbereiche des Behandlungsverfahrens durch Ohmsches Erwärmen bei den elektrischen Feldpulsen mit hoher Spannung erwärmt (d. h. in der ersten oder den ersten wenigen Behandlungszonen). Die Verwendung eines Vorerwärmers ist jedoch im allgemeinen bevorzugt. Während des Verfahrens werden Temperaturerhöhungen aufgrund einer Ohmschen Erwärmung in jeder Behandlungszone durch Kühlen des behandelten Nahrungsmittels zwischen den verschiedenen Behandlungszonen gesteuert, um die Temperatur in den Behandlungszonen auf die gewünschten Werte zu halten (d. h. unterhalb des vorbestimmten Wertes). Für das Niedertemperaturverfahren wird die Temperatur in den Behandlungszonen im allgemeinen unterhalb eines vorbestimmten Wertes im Bereich von etwa 40 bis 100ºC und bevorzugt etwa von 55 bis 95ºC gehalten, indem das Nahrungsmittel gekühlt wird, bevor es die nächste Behandlungszone erreicht. Für das Hochtemperaturverfahren wird die Temperatur in der Behandlungszone im allgemeinen unterhalb eines vorbestimmten Wertes im Bereich von etwa 80 bis 150ºC und bevorzugt etwa 85 bis 130ºC durch Kühlen des Nahrungsmittels gehalten, bevor es in die nächste Behandlungszone eintritt. Das Erwärmen des Nahrungsmittels während der Behandlung aufgrund der Ohmschen Erwärmung auf eine Temperatur, die für Mikroorganismen anstrengend (aber nicht notwendigerweise tödlich) ist, erhöht vermutlich eine Schädigung, die während der Behandlung aufrechterhalten wird. Dies kann durch eine Erhöhung der Membranfluidität oder Porosität auftreten, wodurch eine größere Schädigung pro Behandlungsdosis, erzeugt wird, eine Verminderung der Zähigkeit der geschädigten Mikroorganismen, eine Wiederherstellung während und nach der Behandlung aufgrund der schädigenden Wirkungen einer solchen stressigen Temperaturerhöhung beim zellulären Metabolismus und/oder zu einer Erhöhung irgendwelcher osmotischen Wirkungen führen, die für die elektrische Feld-Membranschädigung sekundär sind. Wenn es somit gewünscht ist, Pilz- und Pilzsporengehalte signifikant zu vermindern, ist es im allgemeinen bevorzugt, daß die Temperatur des Nahrungsmittels möglichst hoch, aber unterhalb von etwa 100ºC gehalten wird, um signifikante Verluste des Geschmacks und irgendwelche unerwünschte Änderungen beim Aussehen, Geruch oder der Funktion zu minimieren. Durch Vorsehen einer Kühleinrichtung zwischen den Behandlungszonen kann die Gesamtbehandlungszeit erhöht werden, damit ein hohes Ausmaß an Sporentötung erhalten wird, während das Aussetzen der Nahrungsmittel gegenüber ausreichend hohen Temperaturen, die signifikante Verluste an Geschmack und unerwünschte Änderungen beim Aussehen, Geruch oder Funktion des Nahrungsmittels verursachen, minimiert werden. Durch schnelles Kühlen des elektrisch behandelten flüssigen Nahrungsmittels auf eine Kühltemperatur nach dem Durchleiten durch die vollständige Serie der Behandlungszonen werden vermutlich die normalen zellulären Mechanismen für die Wiederherstellung oder Verminderung der durch das elektrische Feld induzierten Zellmembranpermeabilität verzögert, wodurch die Zellverletzbarkeit erhöht und die Reproduktionskapazität von irgendwelchen verbleibenden Mikroorganismen, Bakterien, Pilzen und/oder Sporen, die die elektrische Feldbehandlung überleben, vermindert werden.

In Ernährungsmedien wie Milch, natürlichen Fruchtsäften und natürlichen flüssigen Eierprodukten können sich Zellen, die zum Zeitpunkt der Behandlung aktiv wachsen, unter angemessen Bedingungen wieder erholen. Entsprechend dieser Erfindung kann jedoch eine effektive Bearbeitung in Ernährungsmedien durch die Temperatursteuerung während und nach dem Behandlungsverfahren durchgeführt werden. Die Inkubation bei Kühltemperaturen nach der Behandlung kann den metabolischen Gehalt der elektrisch behandelten Mikroorganismen vermindern, die überleben könnten und neigt daher zur Verminderung der Wiedergewinnung und der Reparatur. Gleichermaßen können die Zunahme der gesamten Zeitdauer, während der solche Zellen der elektrischen Feldbehandlung ausgesetzt werden, die elektrische Feldstärke und die Temperatur zur Erhöhung des Abtötungsgehaltes eingesetzt werden. Die gesamte Behandlungszeit wird als Summe der Behandlungszeiten In jeder Behandlungszelle über die Vielzahl der Behandlungszellen definiert.

Wie oben angezeigt, sind die Kühleinheiten zwischen jeder Behandlungszelle oder -zone so geartet, daß die Temperatur des zu behandelnden Nahrungsmittels innerhalb akzeptabler Bereiche während des Behandlungsverfahrens gehalten wird. Die Temperatur des behandelten Nahrungsmittels erhöht sich in jeder Behandlungszone durch Ohmsche Erwärmungswirkungen. Zur Aufrechterhaltung der Temperatur des behandelten Nahrungsmittels innerhalb akzeptabler Grenzen ist es somit notwendig, das behandelte Nahrungsmittel, das aus einer Behandlungszone heraustritt (mit dem erhöhten thermischen Gehalt) vor dem Eintritt in die nächste Behandlungszone für die zusätzliche elektrische Feldbehandlung (und die zusätzliche Ohmsche Erwärmung) zu kühlen. Somit kann die Temperatur des Nahrungsmittels im gesamten Verfahren in akzeptablen Temperaturbereichen gehalten werden. Ein akzeptabler Temperaturbereich ist der Temperaturbereich, der für ein gegebenes Nahrungsmittel akzeptable Tötungsraten und Tötungsmengen von Mikroorganismen ergibt, aber signifikante und störende Wirkungen beim Geschmack, Aussehen, Geruch oder der Funktion des Nahrungsmittels minimiert. Der vorbestimmte Temperaturwert wird normalerweise innerhalb des akzeptablen Temperaturbereiches in Abhängigkeit vom spezifischen zu behandelnden Nahrungsmittel und den gewünschten Eigenschaften und der beabsichtigten Verwendung ausgewählt. Wie der Fachmann realisieren wird, hängt die maximale Temperatur, bei der ein Nahrungsmittel behandelt werden kann, um diese Ziele zu erreichen, zum großen Teil von dem bestimmten behandelten Nahrungsmittel und den Gehalten und den Arten von Mikroorganismen, einschließlich Bakterien, Pilzen, bakteriellen Sporen und Pilzsporen, die vorhanden sind, ab. Unterschiedliche Nahrungsmittel haben im allgemeinen unterschiedliche Temperaturen, denen sie ohne signifikante Schädigung ausgesetzt werden können. Um solche schädigende Änderungen zu minimieren, ist es im allgemeinen bevorzugt, daß Milchprodukte nicht einer vorbestimmten Temperatur von mehr als etwa 80ºC beim Niedertemperaturverfahren und etwa 140ºC beim Hochtemperaturverfahren für irgendeine signifikante Zeitdauer ausgesetzt werden. Gleichermaßen sollten natürliche Früchte im allgemeinen nicht Temperaturen von mehr als etwa 80ºC für das Niedertemperaturverfahren und etwa 140ºC für das Hochtemperaturverfahren für irgendeine signifikante Zeitlänge ausgesetzt werden. Gleichermaßen sollten flüssige Eierprodukte im allgemeinen keinen Temperaturen von mehr als etwa 75ºC für irgendeine signifikante Zeitdauer ausgesetzt werden.

Nachdem oben die verschiedenen Aspekte dieser Erfindung beschrieben worden sind, wird das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend unter Verwendung des in Fig. 1 erläuterten Verfahrens beschrieben, wobei Milch als erläuterndes pumpfähiges Nahrungsprodukt verwendet wird. Das Niedertemperaturverfahren und das Hochtemperaturverfahren sind im wesentlichen gleich mit der Ausnahme der möglichen und akzeptablen Temperaturen (d. h. der unterschiedlichen vorbestimmten Temperaturen) in den verschiedenen Behandlungszonen. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird die zu behandelnde Milch von einem Lagerreservoir 100 über die Pumpe 102 zum Vorerwärmer 104 gepumpt, wo die Temperatur auf etwa 15 bis 100ºC erhöht wird. Vom Vorerhitzer 104 wird die Milch zur ersten elektrischen Feld-Behandlungskammer oder -zone 106 gefördert, wo sie einer hohen elektrischen Feldstärke ausgesetzt wird. Nach dem Durchleiten durch die erste elektrische Feldbehandlungskammer oder -zone 106 wird die behandelte Milch im Wärmeaustauscher oder in einer Kühleinheit 108 gekühlt. Die gekühlte Milch wird von dem Wärmeaustauscher 108 zu einer zweiten elektrischen Feldbehandlungskammer oder -zone 110 gefördert, wo sie erneut einer hohen elektrischen Feldstärke ausgesetzt wird. Nach dem Leiten durch die zweite elektrische Feldbehandlungskammer oder -zone 110 wird die weiterbehandelte Milch in einem Wärmeaustauscher oder einer Kühleinheit 112 gekühlt. Die gekühlte Milch wird vom Wärmeaustauscher 112 zu dann zu einer dritten elektrischen Feldbehandlungskammer oder -zone 114 geführt, wo sie erneut einer hohen elektrischen Feldstärke ausgesetzt wird. Nach dem Durchleiten durch die dritte elektrische Feldbehandlungskammer oder -zone 114 wird die vollständig behandelte Milch schnell auf Kühltemperaturen (im allgemeinen weniger als 10ºC) in Kühlvorrichtungen 116 schnell gekühlt und dann aus dem Verfahren über die Leitung 122 für die Massenlagerung, individuelle Abpackung oder die aseptische Abpackung (nicht gezeigt) entfernt. Die elektrischen Pulse, die auf die Behandlungskammern oder -zonen 106, 110 und 114 auferlegt werden, werden durch einen Pulsmodulator 120 und die Energiezufuhr 118 gesteuert. Elektrische Feldbehandlungskammern 106, 110 und 114 werden in Serien mit Wärmeaustauschern 108 und 112 angeordnet, die zwischen den Behandlungskammern vorgesehen sind (d. h. der Wärmeaustauscher 108 ist zwischen den Kammern 106 und 110 und der Wärmeaustauscher 112 zwischen der Kammer 110 und 114 angeordnet). Die Zahl der Behandlungskammern oder -zonen kann leicht durch einfache Zugabe von zusätzlichen Behandlungskammern 110 und damit verbundenen Wärmeaustauscher 112 in Serie, wie in Fig. 1 gezeigt ist, erhöht werden. Auf diese Weise können so viele Behandlungskammern oder -zonen zugegeben werden, wie es gewünscht ist. Im allgemeinen ist die Anzahl der Behandlungszonen (und damit verbundenen Kühleinheiten) zumindest 2 und bevorzugt mehr als 2.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein einzelner Pulsmodulator 120 zum Bedienen einer jeden Behandlungskammer 106, 110 und 114 verwendet. Somit wird bei dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren die Flüssigkeit in jeder Behandlungskammer im wesentlichen mit den gleichen elektrischen Feld (d. h. Feldstärke und Pulsrate) behandelt oder diesem ausgesetzt. Falls gewünscht, können mehr als ein Pulsmodulator verwendet werden, so daß unterschiedliche elektrische Feldprofile in unterschiedlichen Behandlungskammern in dem Verfahren verwendet werden können; oder ein einzelner Modulator kann modifiziert werden, damit unterschiedliche elektrische Feldprofile in unterschiedlichen Behandlungskammern ermöglicht werden. Gleichermaßen können die Behandlungszellen 106, 110 und 114 gleich oder verschieden gestaltet sein und die gleichen oder unterschiedliche Verweilzeiten aufweisen. Im allgemeinen ist es jedoch bevorzugt, daß jede Behandlungszelle gleich oder ähnlich aufgebaut ist, damit ein einfacher Aufbau und Durchführung des Verfahrens ermöglicht werden. Bevorzugt sind die Behandlungszellen lange gleichmäßige elektrische Feldbehandlungszellen mit einem koaxialen Design für eine sehr hohe Feldstabilität, wie in dem US-Patent 5 235 905 beschrieben ist. Bevorzugt sind angemessene Zellmonitoren (nicht gezeigt) im Verfahren enthalten, um die Temperatur- und Spannungsbedingungen innerhalb einer jeden Behandlungszelle aufzuzeichnen. Daten von solchen Zellmonitoren können zum Einstellen und Steuern der Kühlwirkung in den Kühleinheiten 108 und 112, die zwischen den Behandlungskammern angeordnet sind, verwendet werden, um sicherzustellen, daß die Milch oder ein anderes Nahrungsprodukt in den gewünschten Temperaturbereichen gehalten wird, die zu dem gewünschten Ausmaß an Mikroorganismentötung führen, während nachteilige Änderungen im Geschmack, Aussehen, Geruch oder der Funktion des behandelten Produktes minimiert werden. Für Milch ist es im allgemeinen bevorzugt, daß die Temperatur nicht über etwa 80ºC für irgendeine signifikante Zeit in den Behandlungszellen oder -zonen beim Niedertemperaturverfahren und etwa 140ºC beim Hochtemperaturverfahren übersteigt. Bevorzugt sollte die Temperatur der behandelten Milch innerhalb der Behandlungszellen oder -zonen im Bereich von 40 bis 60ºC bei Niedertemperaturverfahren und etwa 110 bis 130ºC beim Hochtemperaturverfahren gehalten werden.

Wie oben erwähnt, wird das behandelte flüssige Nahrungsprodukt zu einer Abschreck- oder Kühleinrichtung 116 geführt, wo es schnell auf eine Lagerungstemperatur gekühlt wird (bevorzugt weniger als etwa 10ºC und mehr bevorzugt weniger als etwa 5ºC). Bevorzugt wird das behandelte flüssige Nahrungsprodukt innerhalb von etwa 30 min und mehr bevorzugt innerhalb von etwa 10 min nach Vollendung der gepulsten elektrischen Feldbehandlung gekühlt. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Kühleinheit zum schnellen Kühlen des Produktes auf energiewirksame Weise unmittelbar nach der letzten elektrischen Feldbehandlungseinheit verwendet. Das Produkt kann ebenfalls nach dem Abpacken gekühlt werden. Bevorzugt wird der gekühlte, elektrisch behandelte flüssige Nahrungsproduktstrom als Input-Strom in eine aseptische Abpackanlage (nicht gezeigt) geführt, die das Produkt in sterilisierten Behältern unter sterilen Bedingungen abpackt. Solche abgepackten Produktbehälter können, falls gewünscht, unter Kühlbedingungen durch angemessene Kühllagerungsanlagen bis zur Verteilung an den Verbraucher gehalten werden. Eine solche Lagerungsanlage kann Kühllagereinheiten an der Abpackanlage, Kühltransporteinheiten im Verteilungssystem und Kühllagereinheiten beim Verteilungswarenhaus, einem Lager oder einem anderen Verbraucherverteilungszentrum enthalten. Wegen der verlängerten Lebensdauer, die durch die elektrische Pulsbehandlung dieser Erfindung erhalten wird, kann eine solche Kühllagerung über eine verlängerte Zeitperiode durchgeführt werden, während die Frische aufrechterhalten und die Qualitäten des bearbeiteten Nahrungsproduktes beibehalten werden.

Es kann ebenfalls wünschenswert sein, das flüssige Nahrungsprodukt, das von einer Behandlungszone kommt, vor dem Einführen in die nächste Behandlungszelle in der Behandlungsanlage zu entgasen. Demzufolge können z. B. ein oder mehrere Vakuumentgasungseinheiten (nicht gezeigt) in den Auslaßleitungen der Behandlungskammer oder -zonen zum Entgasen des Auslaßstromes vorgesehen sein, unter Erzeugung eines entgasten, behandelten Stromes zum Einführen in die nächste Behandlungskammer oder -zone. Eine einzelne Entgasungseinheit kann an der Auslaßseite einer jedes Behandlungskammer vorgesehen sein oder eine Entgasungseinheit kann für mehr als eine Behandlungskammer verwendet werden.

Von der vorgehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß Systeme so aufgebaut sein können, daß pumpfähige Nahrungsprodukte auf einer absatzweise betriebenen, halbkontinuierlichen oder kontinuierlichen Basis behandelt werden können. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich betrieben.

Das Design solcher mit hoher Spannung gepulsten elektrischen Feldsysteme kann einige grundsätzliche Beziehungen anwenden, wie sie vollständig in den US-Patenten 5 048 404 und 5 235 905 beschrieben werden, um Energieerfordernisse, Pulsmodulatorbeschreibungen und Behandlungszellen Konstruktionen zu bestimmen.

Fig. 2 zeigt ein typisches Temperatur/Zeitprofil für ein Behandlungsverfahren unter Verwendung einer einzelnen Behandlungszone (Fig. 2A) und für ein Behandlungsverfahren dieser Erfindung unter Verwendung von drei Behandlungszonen mit einer Kühleinrichtung zwischen jeder Zone (Fig. 2B). Das Zeit/Temperaturprofil gemäß Fig. 2B entspricht dem in Fig. 1 angegebenen Verfahren. In den Fig. 2A und 2B bedeutet die Temperatur T* (ebenfalls durch die gestrichelte Linie dargestellt) die vorbestimmte Temperatur, oberhalb der unakzeptable Änderungen beim Geschmack, Aussehen, Geruch und/oder der Funktion des Nahrungsmittels auftreten können. Für ein Verfahren unter Verwendung einer einzelnen Behandlungszone (Fig. 2A) tritt das pumpfähige Nahrungsmittel in das Verfahren bei einer niedrigen Temperatur 150 ein. Der Bereich 152 bedeutet die Erhöhung der Temperatur in dem Vorerwärmer, wodurch die Temperatur sich auf einen Wert 154 erhöht. In der Behandlungszone wird das Nahrungsmittel einem elektrischen Feld unterworfen, wobei sich die Temperatur (Bereich 156) auf einen Endwert 158 erhöht. Die Gesamtdauer des Behandlungssystems (bezogen auf die Stärken des elektrischen Feldes und die Dauern der Behandlungen in den einzelnen Behandlungszonen) muß ausreichend sein, damit eine ausreichende Mikroorganismentötung erhalten wird. Nach der letzten Behandlungszone wird die Temperatur des behandelten Nahrungsmittels schnell (Bereich 160) auf eine Kühltemperatur 162 gekühlt. Wie in Fig. 2A gezeigt ist, erhöht sich die Temperatur des Nahrungsmittels in der Behandlungszone aufgrund der Ohmschen Erwärmung auf einen Wert, der höher als T* ist. Somit wird das Nahrungsmittel in dem Verfahren unter Verwendung einer einzelnen Behandlungszelle Temperaturen ausgesetzt, die deutlich oberhalb der Temperatur liegen, bei der unerwünschte Änderungen des Geschmacks, Aussehens, Geruchs und/oder Funktion des Nahrungsmittels auftreten können, und diese Behandlung ist von ausreichender Dauer, so daß solche nachteiligen Änderungen in einem gewissen Ausmaß auftreten können, wodurch die Qualität des behandelten Nahrungsmittels signifikant vermindert wird.

Das Temperatur/Zeitprofil gemäß Fig. 2B zeigt den Vorgang des Verfahrens mit drei Behandlungszonen gemäß Fig. 1. Für ein Verfahren unter Verwendung von drei Behandlungszonen (Fig. 2B) tritt das pumpfähige Nahrungsmittel in das Verfahren bei einer niedrigen Temperatur 150 ein. Der Bereich 152 bedeutet die Erhöhung der Temperatur in dem Vorerwärmer, wodurch die Temperatur sich auf einen Wert 154 erhöht. In der ersten Behandlungszone wird das Nahrungsmittel einem elektrischen Feld unterworfen, wodurch sich die Temperatur (Bereich 164) auf einen Endwert 166 erhöht. Das Nahrungsmittel wird dann (Bereich 168) auf eine Temperatur 170 vor dem Eintritt in die zweite Behandlungszone gekühlt. In der zweiten Behandlungszone wird das Nahrungsmittel erneut einem elektrischen Feld ausgesetzt, wodurch sich die Temperatur (Bereich 172) auf einen Endwert 174 erhöht. Das Nahrungsmittel wird dann (Bereich 176) auf eine Temperatur 178 gekühlt, bevor es die dritte Behandlungszone betritt. In der dritten Behandlungszone wird das Nahrungsmittel erneut einem elektrischen Feld ausgesetzt, wodurch sich die Temperatur (Bereich 180) auf einen Endwert 182 erhöht. Nach der letzten Behandlungszone wird die Temperatur des behandelten Nahrungsmittels schnell auf eine Kühltemperatur 162 gekühlt (Bereich 160). Die Gesamtbearbeitung (bezogen auf die Stärken der elektrischen Felder und Dauer der Aussetzung) und die Behandlungstemperatur in den drei Behandlungszonen müssen ausreichend sein, damit eine ausreichende Mikroorganismentötung erzielt wird. Darüber hinaus ist die maximale Temperatur, der das Nahrungsmittel ausgesetzt ist (d. h. Temperaturwerte 166, 174 und 182 in den drei Behandlungszonen) zu jeder Zeit weniger als T*. Die vorbestimmte Temperatur T* sollte auf Werte während der gepulsten elektrischen Feldbehandlung gehalten werden, so daß eine ausreichende Mikroorganismentötung ermöglicht wird, wobei gleichzeitig schädigende Änderungen des Geschmacks, der Aussehens, des Geruchs oder der Funktion des Nahrungsmittels auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden, das durch die gewünschte Lebensdauer oder die beabsichtigte Verwendung des Nahrungsmittels bestimmt wird. Für einen gegebenen Wert der Mikroorganismentötung sollte die erforderliche Temperatur und Behandlungszeit bei diesem Verfahren signifikant niedriger sein, als sie bei einem vollständig thermischen Verfahren (z. B. UHT-Pasteurisierung) erforderlich ist, mit dem ähnliche Mikroorganismentötungen erzielt werden. Somit sollte das Nahrungsmittel, das durch das in den Fig. 1 und 2B gezeigte Verfahren behandelt ist, eine signifikant höhere Qualität als ein ähnliches Nahrungsmittel aufweisen, das mit dem Verfahren nur unter Verwendung der thermischen Wirkung behandelt ist, unter Erhalt eines ähnlichen Ausmaßes der Mikroorganismentötung. Es sollte bemerkt werden, daß die Behandlung mit dem elektrischen Feld in einer einzelnen Behandlungszone des in den Fig. 1 und 2B gezeigten Verfahrens nicht ausreichend sein kann, um eine adäquate Organismentötung zur Verlängerung der Lebensdauer des Produktes auf ein gewünschtes Niveau zu erzielen. Vielmehr ist es die Behandlung in allen Behandlungszonen, die das verbesserte Nahrungsmittel dieser Erfindung ergibt. Der Fachmann wird realisieren, daß die Zugabe von zusätzlichen Behandlungszonen das Temperatur/Zeitprofil gemäß Fig. 2B dahingehend ändert, daß zusätzliche Bereiche 170, 172, 174, 176 und 178 zwischen der ersten und der letzten Behandlungszone für jede zusätzliche Behandlungszone auftreten werden.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Gehalte der Tötung von Bakterien und bakteriellen Sporen zeigt, die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Hochtemperaturverfahrens (markierte elektrische Feldkurve) und thermischen Verfahren (markierte thermische Kurven 1, 2 und 3) wie das UHT- Pasteurisierverfahren erhältlich ist. Die elektrische Feldkurve wurde durch Behandlung eines Phosphatpuffers mit Bacillus stearothermophilus-Sporen (NFPA/NFL 7-85 Sporen von National Food Laboratory of the National Food Processors Association) erzeugt. Die Sporenkonzentration war etwa 2 · 103 Sporen/ml. Bacillus stearothermophilus-Sporen werden im allgemeinen als resistent angesehen und sind daher ausgezeichnete Testspezies für diese Erfindung. Die thermischen Kurven 1, 2 und 3 bedeuten die berechnete Behandlung von Bacillus stearothermophilus unter Anwendung eines Verfahrens, das nur die thermische Behandlung beinhaltet, und sind nur zu Vergleichszwecken enthalten. Diese thermischen Vergleichskurven, die jeweils unterschiedliche Haltezeiten aufweisen, wurden durch Berechnungen unter Verwendung der Daten erzeugt, die mit der bakteriellen Sporenprobe und der folgenden Gleichung erhalten wurden:

10 g (Abtötung) = -t/dt

worin t die Behandlungstemperatur in Grad Celsius und dt eine Funktion in Abhängigkeit von der Dauer oder der Verweilzeit (in Sekunden) bei t wie folgt ist:

dt = D121ºC10(121-t)/z

worin D121ºC der Bacillus stearothermophilus-Suspension, die von NFPA/NFL erhalten ist, 120 s ist und z 7,2ºC ist. Die thermische Kurve 1 basiert auf einer Haltezeit von 20 s; die thermische Kurve 2 basiert auf einer Haltezeit von 12 s; und die thermische Kurve 3 basiert auf einer Haltezeit von 9 s.

Die Daten für die elektrische Feldkurve wurde unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei elektrischen Feldbehandlungszellen erzeugt, die bei variablen Zellstärken und einer Pulsrate von 26 Hertz (Pulse /s) bedient wurden. Die Behandlungszellen waren wie in dem US- Patent 5 235 905 beschrieben. Vor der ersten Behandlungszelle wurde das experimentelle Fluidum auf etwa 70ºC erwärmt. Nach jeder Behandlungszelle in dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde das experimentelle Fluidum auf etwa 70ºC vor dem Leiten durch die nächste Zelle gekühlt. Die gesamte Halte- oder Behandlungszeit bei jeder Temperatur war etwa 8,7 s. Diese gesamte Haltezeit bedeutet die gesamte thermische Übergangszykluszeit vom Eintritt in die Behandlungskammer bei 70ºC zur Erwärmung auf jede gezeigte Temperatur und zur anschließenden Kühlung am Ausgang der Behandlungskammer auf 5ºC unterhalb der maximalen Temperatur oder der thermischen Exkursionstemperatur. Nach dem Durchleiten durch die letzte Behandlungszelle wurde das experimentelle Fluidum auf etwa 5ºC gekühlt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, können vergleichbare Abtötungen von bakteriellen Sporen in dem erfindungsgemäßen Verfahren bei signifikant niedrigeren Temperaturen und Haltezeiten im Vergleich zu Verfahren erhalten werden, die zum Abtöten der bakteriellen Sporen nur eine thermische Energie anwenden. Die sporiziden Wirkungen dieser Erfindung treten bei deutlich niedrigeren Temperaturen als von der thermischen alleine vorhergesagt auf. Darüber hinaus übersteigen die sporiziden Wirkungen dieser Erfindung die der thermischen Behandlung alleine vorhergesagten bis zu Temperaturen von mehr als etwa 130ºC. Dies bedeutet eine signifikante Verminderung der Zeit/Temperaturkombination, die zur Erzeugung der bakteriellen Sporentötung erforderlich ist, in bezug auf Verfahren, die nur die thermische Behandlung anwenden. Somit kann die Verwendung dieser Erfindung ein Produkt mit höherer Qualität mit vergleichbaren Gehalten an restlichen bakteriellen Sporen aber mit weniger schädigenden Änderungen bei Geschmack, Aussehen, Geruch und/oder Funktion des Nahrungsprodukte ergeben als Verfahren, die nur die thermische Energie anwenden.

Ähnliche Ergebnisse wurden für die Behandlung von Milch (4 Behandlungskammern, gepulste elektrische Felder auf eine Maximaltemperatur von 55ºC bei etwa 30 kV/cm und Fließraten von etwa 100 l/h) und Orangensaft (2 Behandlungskammern, gepulste elektrische Felder auf eine Maximaltemperatur von 40ºC bei etwa 30 bis 44 kV/cm und Fließraten von etwa 100 l/h) erhalten. Mit anderen Worten kann ein Produkt mit höherer Qualität mit vergleichbaren Gehalten an restlichen Bakterien oder Pulsen, aber mit weniger schädlichen Änderungen beim Geschmack, Aussehen, Geruch und/oder Funktion des Nahrungsprodukte im Vergleich zu Verfahren, die nur die thermische Energie anwenden, erhalten werden.

Demgemäß ist zu verstehen, daß verbesserte Verfahren und Anlagen für die Konservierung von flüssigen Nahrungsmitteln entsprechend dieser Offenbarung angegeben werden. Diese verbesserten Verfahren sind insbesondere zur Verwendung mit Milchprodukten, Fruchtsäften und flüssigen Eierprodukten geeignet. Während diese Erfindung besonders unter Bezugnahme auf spezifische Merkmale beschrieben worden ist, ist es zu verstehen, daß verschiedene Modifizierungen und Anpassungen aufgrund dieser Offenbarung ersichtlich werden, die innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche fallen.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Konservieren eines pumpbaren Nahrungsmittels, umfassend:

(1) Durchleiten eines pumpfähigen Nahrungsmittels durch eine Vielzahl von Behandlungszonen, die in Serie angeordnet sind, wobei das pumpbare Nahrungsmittel durch jede Behandlungszone geleitet und einer Vielzahl von Pulsen elektrischer Felder mit Feldstärken von wenigstens 10 kV/cm in der Vielzahl von Behandlungszonen unterworfen wird;

(2) Kühlen des pumpbaren Nahrungsmittels nach der Durchleitung durch jede Behandlungszone im Schritt (1), mit Ausnahme der letzten Behandlungszone, bevor es in die nächste Behandlungszone eintritt;

(3) schnelles Kühlen des pumpbaren Nahrungsmittels von der letzten Behandlungszone im Schritt (1) auf eine Lagerungstemperatur;

worin die Temperatur des pumpbaren Nahrungsmittels in jeder Behandlungszone im Schritt (2) unterhalb einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird und die gesamte Dauer der Behandlung mit dem elektrischen Feld und die Temperatur des pumpbaren Nahrungsmittels in der Vielzahl der Behandlungszonen ausreichend sind, um das pumpbare Nahrungsmittel zu konservieren, während Änderungen des Geschmacks, des Aussehens, der Geruchs oder der Funktion des pumpbaren Nahrungsmittels minimiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das pumpbare Nahrungsmittel auf eine Temperatur von etwa 10 bis 120ºC vor dem Durchleiten in die erste Behandlungszone erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das Kühlen das Kühlen umfaßt, so daß die Temperatur des pumpfähigen Nahrungsmittels, das die nächste Behandlungszone betritt, im Bereich von 30 bis 130ºC liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die vorbestimmte Temperatur weniger als etwa 100ºC ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die vorbestimmte Temperatur weniger als etwa 150ºC ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Zahl der Behandlungszonen zwischen 2 und 10 eingeschlossen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Zahl der Behandlungszonen zwischen 2 und 4, Grenzwerte eingeschlossen, ist, und worin die Gesamtdauer der elektrischen Feldbehandlung und die Temperatur des pumpbaren Nahrungsmittels in den Behandlungszonen ausreichend ist, um im wesentlichen alle Mikroorganismen in dem pumpfähigen Nahrungsmittel abzutöten.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das pumpbare Nahrungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Milchprodukten, Fruchtsäften und flüssigen Eierprodukten.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Feldstärke des elektrischen Feldes zumindest 25 kV/cm ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das pumpfähige Nahrungsmittel Milch ist und die Temperatur des pumpfähigen Nahrungsmittels in jeder Behandlungszone im Schritt (2) bei einer Temperatur von weniger als etwa 80ºC gehalten wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das pumpfähige Nahrungsmittel Milch ist und die Temperatur des pumpfähigen Nahrungsmittels in jeder Behandlungszone im Schritt (2) bei einer Temperatur von weniger als etwa 140ºC gehalten wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das pumpfähige Nahrungsmittel Fruchtsaft ist und die Temperatur des pumpfähigen Nahrungsmittels in jeder Behandlungszone im Schritt (2) bei einer Temperatur von weniger als etwa 80ºC gehalten wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das pumpfähige Nahrungsmittel Fruchtsaft ist und die Temperatur des pumpfähigen Nahrungsmittels in jeder Behandlungszone im Schritt 2 bei einer Temperatur von weniger als etwa 140ºC gehalten wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das pumpfähige Nahrungsmittel ein flüssiges Eierprodukt ist und die Temperatur des pumpfähigen Nahrungsmittels in jeder Behandlungszone im Schritt (2) bei einer Temperatur von weniger als etwa 75ºC gehalten wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin das pumpfähige Nahrungsmittel von Schritt (3) aseptisch abgepackt wird.







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