Das Verfahren zum Aufschluss des Zellmateriäls mit gepulsten elektrischen Feldern (Hochspannungsentladungen) wird als Elektroporation bzw. Elektroplasmolyse bezeichnet.

Aus der Literatur sind Vorrichtungen bekannt, die zur Behand- lung von Pflanzenzellen bzw. pumpbaren Lebensmitteln einge- setzt werden. Beispielsweise die folgenden : US 3,766, 050"Apparatus for the treatment of fluids or solu- tions by electric fields" ; 1973-10-16. In ihr werden Reaktor- bauformen mit unterschiedlich angeordneten Elektroden und di- mensionierten Strömungskanälen beschrieben. Die Reaktoren sind ausschließlich für kleine Mengen und kleine Partikelgrößen einsetzbar.

US 4,723, 483"Electroplasmolyzer for processing vegetable stock" ; 1988-02-09 bzw. FR 2 619 489"Electroplasmolyzer for processing vegetable materials" ; 1989-02-24. In diesen Litera- turstellen wird ein runder bzw. rechteckiger Reaktorquer- schnitt beschrieben, in dem Elektrodenpaare in unterschiedli- chen Anordnungen installiert sind. Das Produkt wird durch Schwerkraft oder Pumpendruck durch den Reaktor gefördert.

US 5,031, 521 Electroplasmolyser for processing plant raw ma- trial"; 1991-07-16. Darin wird eine ähnliche Reaktorgeome- trien wie US 4,723, 483 beschrieben, die elektrische Energie wird jedoch durch Elektromagneten appliziert.

US 5,186, 800"Electroporation of prokaryotic cells" ; 1993-02- 16. Hier werden kleinste Laborreaktoren beschrieben, in denen kleine Produkt mengenweise mit Spannungsimpulsen behandelt werden. Die Reaktoren weisen keine bewegten Teile auf.

US 5,549, 041 Batch mode food treatment using pulsed electric fields"; 1996-08-27 Diese Schrift beschreibt kleine Reaktoren mit flächigen Elektroden zwischen denen zu behandelnde Suspen- sionen gepumpt werden.

Das Verfahren der Elektroporation wird zur Gewinnung von in- trazellulären Substanzen eingesetzt. Dabei werden die wert- bringenden Stoffe meist abgepresst bzw. über Extraktionsvor- gänge gewonnen. Die Behandlung mit gepulsten elektrischen Fel- dern erfolgt in einer Prozessflüssigkeit, die zumeist Wasser mit geringer Leitfähigkeit ist.

Bekannte Vorrichtungen (Reaktoren) sind für pumpbare Lebens- mittel und Suspensionen einsetzbar.

Sollen nun auch stückige Produkte mit 20-30 Sortenelementen, Stückgewichte 1-5 kg behandelt werden, ist eine Produktför- derung durch bekannte Reaktoren nicht mehr möglich.

Die industrielle Prozessierung zu verarbeitenden Prozessgutes wie agrarisches Stückgut mit Hochspannungsimpulsen erfordert gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen zur Elektropora- tion einen hohen kontinuierlichen Massedurchsatz bei einer möglichst gleichmäßigen Einwirkung eines gepulsten elektri- schen Feldes.

Die dabei auftretenden Schwierigkeiten sowie die Nachteile des Stands der Technik sind folgende : Produktdurchsatz Bei den in der Vorrichtung zu behandelnden Agrarprodukte sind oftmals hohe Stundendurchsätze erforderlich (z. B. : Zuckerindustrie 600 Mg Rüben/h). Die Vorrichtung muss hohe Durchsätze bei geringster Produktschädigung ermöglichen.

Produkttransport Zwischen dem zu behandelnden Produkt und der zur Pulsbehand- lung erforderlichen Flüssigkeit besteht nur ein geringer Dichteunterschied. Dies führt dazu, dass aufgrund der gerin- gen Sinkgeschwindigkeit bei selbstständigem Nachrutschen des Produkts keine ausreichend großen Produktdurchsätze möglich sind.

Verstopfungsproblematik Aufgrund der unterschiedlichen geometrischen Formen der zu behandelnden Agrarprodukte ist ein erhöhte Anfälligkeit für Verstopfungen und Brückenbildung gegeben.

Reaktorgeometrie, Verstopfung Aufgrund der zur Begrenzung des Energiebedarfs erforderlichen hohen Feldstärken (Elektrobepulsung) sind auch bei hohen Pulsspannungen keine sehr großen Reaktordurchmesser reali- sierbar. Kleine Reaktordurchmesser weisen eine hohe Verstop- fungsneigung auf.

Produktverlust Zur Vermeidung von Produktverlusten (Vorextraktion) und zur Begrenzung der in der Betriebsflüssigkeit akkumulierenden Elektrolyten ist die Behandlung unversehrter Produkte (ganze Rüben, Äpfel, Tomaten, Gurken u. s. w. ) sinnvoll jedoch nicht zwingend erforderlich.

Produktbehandlung Insbesondere bei Obst wird ein Aufschwimmen des Produkts be- obachtet. Damit kann keine ausreichende Behandlung mit Span- nungsimpulsen erreicht werden.

Wirkung des elektrischen Feldes Zur Optimierung des erforderlichen Energieeintrags ist es er- forderlich, dass das Produkt gegenüber dem gepulsten elektri- schen Feld eine Relativbewegung ausführt. Es ist also eine kontinuierliche Förderung erforderlich.

Daraus stellte sich die Aufgabe die zu der Erfindung führte, nämlich eine Anlage bereitzustellen, die es ermöglicht, bei relativ geringen Förderquerschnitten hohe Masseströme, z. B 600 Mg/h, kontinuierlich durch ein periodisch oder in vorge- gebenen Zeitabständen gepulstes elektrisches Feld zu fördern.

In Kombination mit geeigneten Impulserzeugungseinrichtungen, z. B. eine Kondensatorbank mit einem gesteuerten oder im Selbstdurchbruch betriebenen Schalter, ein Marxgeneratoren, ist es möglich, einen nichtthermischen Zellaufschluss, durch irreversible Perforation der Zellmembrane von vegetativen Zellen, bei geringem spezifischem Energiebedarf großtechnisch durchzuführen.

Die Lösung der Aufgabe wird durch einen Elektroporationsreak- tor, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieser be- steht aus : einer zylindrischen, elektrisch isolierten oder aus dielektrischem Material hergestellten Trommel, die um ihre Zylinderachse/Rotationsachse, horizontal liegend, um- läuft. Auf ihrer äußeren Mantelfläche sind Mitnehmer, über den Umfang verteilt, angebracht. Die Mitnehmer sitzen paral- lel zur Rotationsachse der Trommel und sind radial nach außen ausgerichtet. Eine doppelwandige Kammer aus dielektrischem Material, umgibt mit ihrer Innenwand die Trommel mit ihren Mitnehmern bis auf einen oberhalb der Drehachse liegenden offenen Bereich berührungslos und äquidistant. Eine Prozess- gutaufgabevorrichtung mündet in den offenen Bereich der Kam- mer und dockt mit ihrem obenliegenden Bereich ihrer Mündung an der Innenwand der Kammer am oberen Rand des offen liegenden Bereichs an. Am unten liegenden Bereich der Mündung ist ein Zuführrechen angebaut, durch den die Mitnehmer der Trommel laufen. Eine Austragsschurre setzt am untenliegenden offenen Bereich der Kammer an der Innenwand an. Ein Austrags- rechen, durch den die Mitnehmer der Trommel nach dem Auf- tauchen aus der Prozessflüssigkeit ebenfalls laufen, sammelt das herangeförderte, inzwischen elektrisch prozessierte Pro- zessgut auf und lenkt es auf die Austragsschurre zum Weiter- transport.

In der Aufstellung im tiefstliegenden Bereich der Reaktions- kammer ist in der äußeren Begrenzung der Reaktionskammer min- destens eine zur Trommel hin blank liegende Elektrodengruppe aus mindestens einer Elektrode eingelassen, die sich höchs- tens über die Höhe der Trommel erstreckt. Diese ist über ei- nen hochspannungsgeeigneten, gesteuerten oder im Selbstdurch- bruch betrieben, schnellen Schalter an eine externen elektri- schen Energiespeicher, der für den Zweck hinreichend schnell an die Elektrodengruppe gelegt werden kann, nur an diese Elektrodengruppe angeschlossen. Innerhalb vorgebbarer Zeitab- stände wird jeweils ein hohes elektrisches Potential an diese Elektrodengruppe gelegt, wodurch sich zu der auf der Trommel montierten Potentialelektroden hin, die über die Trommelachse geerdet ist, ein möglichst homogenes elektrisches Feld aus- bildet, das stets so stark ist, dass das mitgenommene, sich in der Prozessflüssigkeit befindliche Prozessgut elektropo- riert wird.

Bei der betriebsbereiten Anlage ist die zum Mantel der Trom- mel hin exponierte Fläche jeder Elektrodengruppe stets voll- ständig von der Prozessflüssigkeit benetzt. Auch ist jede Elektrodengruppe über einen eigenen Schalter an einen eigenen elektrischen Energiespeicher angeschlossen. Ein solcher Ener- giespeicher ist meist eine schnell entladbare Kondensator- bank, um den elektrischen Feld-bzw. Spannungsanstieg in den Reaktionsbereichen stets hinreichend schnell zu schaffen.

Hierfür sind etwa Marxgeneratoren gut geeignet.

Weiter Merkmale, die einerseits zweckmäßig sind und andrer- seits einen Betrieb mit gutem konstanten Langzeitverhalten ermöglichen, sind : So ist es erforderlich, das Prozessgut mit geringer Rotati- onsgeschwindigkeit zwangsweise zu fördern und im Eintauchbe- reich (Entgasungszone) zu entlüften. Im Bereich der Hochspan- nungsbehandlung (Reaktionszone) erfährt das während der Be- pulsung aufgebaute elektrische Feld durch die Relativbewegung der Elektroden unterschiedliche Ausrichtungen, was zu einer deutlichen Verbesserung des Behandlungserfolgs führt.

Während des Betriebs steht der Pegel der Prozessflüssigkeit stets zwischen der Rotationsachse der Trommel und den am höchsten sitzenden Pulselektroden bzw. Elektrodengruppen. Der Eintauchbereich in die Prozessflüssigkeit ist über eine Tiefe von mindestens zwei mal dem Abstand zwischen den Potential- und Pulselektroden zur sicheren Entlüftung und damit Befrei- ung von Luftblasen des Gemisches aus Prozessgut und Prozess- flüssigkeit elektrodenfrei gehalten.

Die gesamte Anlage ist gegenüber der Umgebung elektromagne- tisch abgeschirmt, um Störungen an außerhalb liegendem Gerät und liegenden Einrichtungen nicht eintreten zu lassen.

Die Erfindung wird in ihrer Funktion und ihrem Aufbau im fol- genden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Die Zeich- nung besteht aus den Figuren 1 bis3. Sie zeigen im einzelnen : Figur 1 Schnitt Seitenansicht des Elektroporationsreaktors Figur 2 Axialer Schnitt durch den Elektroporationsreaktor.

Figur 3 Abwicklung der Mantelflächen des Reaktionsraums mit Elektrodenanordnung.

Die folgende Beschreibung erfolgt am Beispiel der Behandlung von Rüben : Die zuvor gewaschenen Rüben gelangen über die Produktaufgabe- vorrichtung 13 und den Zuführrechen 6 in die Zuführzone a des Elektroporationsreaktors und kommen in der Förderkammer zum Liegen. Die Förderkammer oder der Spalt mit Reaktionszone wird durch die Trommel 7 mit hier einem dielektrischem Über- zug und die äußere Begrenzung der Reaktionskammer 12 gebil- det.

Durch das Drehen der Trommel über die Antriebseinheit 4 streifen die Mitnehmer 5 die Rüben vom Zuführrechen 6 ab und ziehen diese in den Förderspalt zwischen Trommel 7 und äuße- rer Begrenzung 12 der Reaktionskammer. Die zunächst noch trocken geförderten Rüben gelangen nach ca. einer 1S Umdrehung der Trommel 7 in die Prozessflüssigkeitsvorlage, hier Wasser, des Elektroporationsreaktors. Den Eintauchbereich bildet die Entgasungszone b. Hier wird durch geeignete Maßnahmen wie Wassereindüsung, Vibration oder sonst dafür geeignete Maßnah- men, anhaftende Luftblasen und Luftblasen überhaupt, ent- fernt. Dies ist wichtig, da die beim Durchschlagen der Hoch- spannung an Gasblasen Schockwellen entstehen, die den Reaktor allmählich, also länger-oder langzeitlich in seiner Funktion beeinträchtigen, ihn sogar zerstören.

Nach dem Eintauchen in die Wasservorlage und der Entgasung werden die Rüben sukzessive in die Reaktionszonen c geför- dert. Das sind gemäß Figur 1 zwei, kann auch nur eine sein, können aber auch mehr als zwei sein. Die Pulsspannung, hier bis zu einigen 100 kV, wird über die metallischen Elektroden 1 in das Wasser eingekoppelt. Die mit Hochspannung beaufschlagbaren Elektroden 1 sind hier in der hochspannungs- isolierenden Wand der Kammer 12 ohne Überhöhung zur Trommel hin eingebaut (siehe Figuren 1, 2 und 3). Die für die Hoch- spannungsentladung erforderlichen Gegenelektroden 2 bzw. das Bezugs-oder Erdpotential ist in der Mantelfläche der Trommel 7 durch die in den Spalt exponierten blanken Metall herge- stellt (siehe die Abwicklung in Figur 3). Durch den Winkel- versatz der einzelnen Pulselektroden erfährt das elektrische Feld ebenfalls unterschiedliche Ausrichtungen.

Nach dem Weiterdrehen der Förderkammern heben die Mitnehmer die prozessierten Rüben aus dem Wasserbad, sie werden dann über den Austragsrechen 14 aus der Förderkammer abgestreift.

Hierbei kann das Rübenmaterial abtropfen und wird über die Austragsschurre 15 der weiteren Verarbeitung zugeführt.

Mitnehmer 5, Reaktorgehäuse 11 im Bereich der Reaktionskam- mer, dielektrische Isolationsschicht der Trommel 7 sowie Hochspannungsisolation der Pulselektroden 12 sind aus elekt- risch isolierendem Werkstoff wie Polyethylen natur, Polyethy- len schwarz, Polypropylen grau, Polyurethan PU, verstärktes bzw. glasfaserverstärktem Werkstoffen hergestellt, bzw. durch dieses elektrisch isoliert.

Form und Oberfläche der Mitnehmer 5 ist so optimiert, dass die erforderliche mechanische Stabilität vorhanden ist und Hochspannungsgleitentladungen verhindert werden.

Zur Unterdrückung von elektromagnetischer Strahlung in die Umgebung ist die Anlage ausreichend, z. B. metallisch ge- schirmt.

Die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegende Drehach- se/Welle 3 der Trommel vermeidet nicht einfach zu beherr- schende Abdicht-und damit elektrische Isolationsprobleme.

Bezugszeichenliste 1 Elektrode, Elektrodengruppe 2 Bezugspotential-bzw. Erdpotentialelektrode 3 Rotationsachse, Welle 4 Antriebseinheit, Motor 5 Mitnehmer 6 Zuführrechen 7 Trommel 8 Potentialabgriff 9a Potentialanschluss Impulserzeugung 9b Pulsanschluss Impulserzeugung 10 Hochspannungsdurchführung 11 Reaktorgehäuse 12 Reaktionskammer 13 Produktaufgabevorrichtung 14 Austragsrechen 15 Austragsschurre a Zuführzone b Entgasungszone bl Füllstand Prozessflüssigkeit Ablauf c Reaktionszone, wirksamer Bereich kritische elektri- sches Feld dl Füllstand Prozessflüssigkeit Zulauf d Austragszone