Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung organischer und/oder anorganischer Medien

Technisches Gebiet: Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung organischer und/oder anorganischer Medien, insbesondere zum Zellaufschluss pflanzlicher, vorzugsweise vitaler, Zellen oder Zellverbände von Agrarprodukten, zum Beispiel in stückiger Form oder in der Maische von Obst und Früchten, wie Trauben, wie auch zum Aufschluss von tierischen Produkten.

Stand der Technik:

Die Zellporation durch elektrische Felder ist ein in der Wein- und Saftbereitung bekannt gewordenes Verfahren der Trauben- und Maischebehandlung, welches es erlaubt, die Inhaltsstoffe der Beeren wirkungsvoll und schonend zu extrahieren. Es ist hierzu eine Elektroporationsanlage bekannt, mit der intakte biologische Zellen einer äußeren elektrischen Spannung ausgesetzt werden, so dass unter bestimmten Bedingungen ein irreversibler Durchbruch der Zellmembranen erfolgt. Das behandelte Produkt wird thermisch praktisch nicht bzw. nur wenig belastet. Der Vorgang kann deshalb zur Erhöhung der Saftausbeute bei der Obst- und Gemüsesafterzeugung, zur Gewinnung einer höheren Saftqualität, zur Produktverbesserung bei der Extraktion, Laugung und Auswaschung pflanzlicher Rohstoffe, zur Pasteurisation von Gemüse- und Obstsäften und Bier, zur Ernte von Zellinhaltsstoffen (Hormone, Enzyme) in biotechnologischen Herstellungsprozessen sowie zur Entkeimung von Wasser und Abwasser eingesetzt werden. Der Einfluss elektrischer Felder auf Agglomerate in polaren Flüssigkeiten ist in vielfältiger Weise untersucht worden.

Durch die DE 10144479A1 ist ein Elektroporationsreaktor zur großtechnischen kontinuierlichen Prozessierung von stückigen Produkten, insbesondere Agrar- Produkten, wie Zuckerrüben, Kartoffeln, Gemüse, Obst, Heilpflanzen und auch tierischen Produkten, in einer Prozessflüssigkeit mit Hochspannungsimpulsen, bekannt geworden, wobei die Agrarprodukte in wie bei der Ernte anfallenden

ganzen Elementen als absiebbare Fraktion oder vorzerkleinert vorliegen. Eine Trommel mit Mitnehmern auf ihrer äußeren Mantelfläche läuft um in einer Prozessflüssigkeit, meist Wasser, die in einer Kammer gefasst ist, und nimmt das Gut, welches über eine öffnung zugeführt wird, mit. Das Erntegut lässt man beim Eintauchen zunächst entgasen, bis es beim weiteren Transport in die eigentliche Prozesszone gelangt, wo es kurzzeitigen elektrischen Feldern hoher Stärke derart ausgesetzt wird, um hochwahrscheinlich die für die Poration an den Zellwänden des Prozessguts notwendige Potentialdifferenz entlang der längeren Zellachse einwirken lassen zu können. Beim Weitertransport wird das Gut über einen Rechen aus dem Reaktor gehoben und auf eine Austragsschurre gelenkt. Die horizontal liegende, metallische Trommel ist kreiszylindrisch und mit einem dielektrischen überzug versehen oder ganz aus dielektrischem Material, welche um ihre Zylinderachse mit 0,5-4 Umdrehungen pro min umlaufen kann. Es sind Mitnehmer auf der äußeren Mantelwand der Trommel vorhanden. Ein Gehäuse aus dielektri- schem Material umgibt mit seiner Reaktorwand die Trommel mit ihren Mitnehmern bis auf einen oberhalb der Rotationsachse liegenden offenen Bereich berührungslos aber äquidistant. Es ist des Weiteren mindestens eine zur Trommel hin blank liegende Elektrodengruppe aus mindestens einer Elektrode im tiefstliegenden Bereich der Reaktorwand vorhanden, die sich über die Länge des Trommelman- tels erstreckt und stets vollständig von der Prozessflüssigkeit benetzt ist, wobei jede Elektrodengruppe über einen eigenen Schalter an einen eigenen elektrischen Energiespeicher angeschlossen ist. Es sind Gruppen von öffnungen im dielektrischen überzug auf der metallischen Trommel zum Spalt hin oder Gruppen von zum Spalt hin blank liegenden geerdeten Elektroden vorhanden, wobei die blank liegenden Elektrodenflächen auf der Trommel über die Trommelachse geerdet sind, um im Spaltbereich der mit Hochspannung zu beaufschlagenden Elektrodengruppe innerhalb von höchstens 3μsec eine elektrische Feldstärke von 1OkV/ cm einrichten zu können, damit das Prozessgut an seinen biologischen Zellen entlang der jeweiligen Hauptachse z mindestens einmal beim Durchgang die Schwel- lenpotentialdifferenz δφ =zE=10V für irreversible Elektroporation erreicht. Das Verfahren arbeitet mit hohen Feldstärken und benötigt eine hohe Energie zu seiner Durchführung wie auch die Vorrichtung einen großen Platzbedarf benötigt.

Durch die DE 2144418 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Weinbehandlung mit elektromagnetischen Wechselfeldern bekannt geworden. Zwei Oszillatoren eines Frequenzerzeugers stehen jeweils mit einer einen Behälter aus Glas oder Kunststoff schraubenlinienförmig umgebenden Antennen-Elektrode in Verbindung. Die Oszillatoren erzeugen elektromagnetische Wechselfelder mit einem festen Frequenzverhältnis von etwa 2:1 , denen der zu behandelnde Wein ausgesetzt wird. Die Leistungsabgabe des Frequenzerzeugers liegt im Bereich von etwa einem Watt. Nachteilig ist offenbar, dass mit dem Frequenzerzeuger eine externe Energiequelle bereitgestellt werden muss und jeweils nur spezielle Frequenzen für die Behandlung zur Verfügung stehen. Weiterhin sind Behälter aus Glas bruchempfindlich, während es bei Behältern aus Kunststoff zu unerwünschten Reaktionen des Behältermaterials mit den zu behandelnden Speisen oder Getränken kommen kann.

Durch die DE 197 21 920.9 A1 ist eine Vorrichtung zum Beeinflussen des Aromas von Getränken, insbesondere von alkoholischen Destillaten, Weinen und Fruchtsäften bekannt geworden, welche einen innenseitig mit dem Getränk beaufschlagbaren Rohrabschnitt aufweist, der außenseitig von einem wendeiförmig gewickelten Metalldraht umgeben ist. Der Rohrabschnitt ist als innerer Rohrab- schnitt eines doppelwandigen, einen zweiten, äußeren Rohrabschnitt aufweisenden Gehäuses ausgebildet, wobei der Innendurchmesser des äußeren Rohrabschnitts größer ist als der Außendurchmesser des inneren Rohrabschnitts, so dass zwischen den Rohrabschnitten ein Hohlraum ausgebildet ist, in dem der konzentrisch zur Längsmittelachse der Rohrabschnitte gewickelte Metalldraht angeordnet ist. Das Gehäuse besteht im Wesentlichen aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten, zylindrischen Rohrabschnitten, die an ihrem einen Ende jeweils mit einem Boden versehen sind und an ihrem anderen Ende den Zwischenraum überbrückend und flüssigkeitsdicht verschließend miteinander verbunden sind, wobei der innere Rohrabschnitt kürzer ist als der äußere Rohrabschnitt, so dass die Böden der Rohrabschnitte im Abstand voneinander angeordnet sind und der Hohlraum zwischen den Rohrabschnitten topfförmig ist. In dem Zwischenraum zwischen den Böden der Rohrabschnitte kann ein weiterer

wendeiförmig gewickelter Metalldraht mit seiner Wendelachse quer zur Längsmittelachse der Rohrabschnitte liegend angeordnet sein. Oder das Gehäuse weist zwei gleich lange, unterschiedliche Durchmesser aufweisende und konzentrisch zueinander angeordnete Rohrabschnitte auf, die an ihrem einen Ende einen gemeinsamen Boden aufweisen und die an ihrem anderen Ende den Zwischenraum überbrückend und flüssigkeitsdicht abschließend miteinander verbunden sind, so dass zwischen den Rohrabschnitten ein zylindermantelförmiger Hohlraum gebildet ist, in dem der konzentrisch zur Längsmittelachse der Rohrabschnitte gewickelte Metalldraht angeordnet ist. An der Innenwand des inneren Rohr- abschnitts ist ein im Abstand vom Boden des Gehäuses mündendes und über das offene Ende des Gehäuses überstehendes Einlaufrohr angeordnet, wobei ein mit einem schräg nach außen und unten weisenden Auslaufrohr versehener kegelstumpfförmiger Kragen an das obere Ende des inneren oder äußeren Rohrabschnitts anschließt. Des Weiteren ist der innere Rohrabschnitt länger als der äußere Rohrabschnitt und an beiden seiner Enden offen ausgebildet, wobei der äußere Rohrabschnitt konzentrisch zu dem inneren Rohrabschnitt angeordnet ist und an beiden seiner Enden den Zwischenraum zwischen den Rohrabschnitten überbrückend und flüssigkeitsdicht verschließend mit dem inneren Rohrabschnitt verbunden ist, so dass ein zylindermantelförmiger Hohlraum zwischen den Rohrabschnitten ausgebildet ist, in dem der konzentrisch zur Längsmittelachse der Rohrabschnitte gewickelte Metalldraht angeordnet ist.

Durch die DE 195 02 588 C1 ist des Weiteren ein Verfahren zur Reduktion des chemischen Potentials von Agglomeraten in strömenden Flüssigkeiten bekannt geworden, wobei über Elektroden, die direkt in die Flüssigkeit eintauchen, Wechselspannungsimpulsfolgen derart vorgegeben werden, dass in einer ersten Phase hohe Frequenzen von 1-10OkHz zur Injektion von Ladungen in die Agglomerate ausgesendet werden und in einer zweiten Phase bei niederen Frequenzen von 10-100Hz quer zur Strömungsrichtung das Wachstum der vorher schwach aufge- ladenen kleineren Agglomerate zu strömungsstabilen größeren Einheiten beschleunigt wird. Der gleichzeitig bestimmte Wechselstrom wird als Maß für das ursprünglich vorhandene und während der Einwirkung reduzierte chemische

Potential so zur Eigensteuerung der Wechselspannungsimpulsfolgen herangezogen, dass der Anfangsstromwert der Hochfrequenzphase die Zeitdauer der beiden Wechselspannungsimpulsfolgen, der der Niederfrequenzphase die Pausenzeiten zwischen diesen Wechselspannungsimpulsfolgen bestimmt. Die beiden Wechsel- Spannungsimpulsfolgen werden bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit über ein Elektrodenpaar zeitlich nacheinander, bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten der flüssigen Medien über zwei und mehr Elektrodenpaare gleichzeitig oder nur wenig zeitlich versetzt ausgesendet. Die Wechselspannungsimpulsfolgen umfassen bei gleichzeitigem Start und gleicher Anzahl der Impulse 100 bis 1000 Zyklen, wodurch die Impulsfolge des zweiten Elektrodenpaars aufgrund der geringeren Frequenz länger nachläuft. Die Impulszeiten, festgelegt durch die geringeren Frequenzen, machen 10 bis 100 s aus, wobei die Pausenzeiten zwischen 10 Sekunden und 10 Minuten liegen. Die Spannungsamplituden sind so ausgebildet, dass der Wechselstrom während einer Impulsfolge abfällt, damit keine gefährliche Zersetzung der Flüssigkeit erfolgt.

Die vorgenannten Vorrichtungen haben sich für die Behandlung von Agrarpro- dukten, z.B. als Schnitzelgut oder als Maische, als noch nicht optimal erwiesen, da sie einerseits aufwendig in der Herstellung und andererseits sehr energieintensiv bei ihrem Einsatz sind. Ebenso haben die bekannten Vorrichtungen entweder einen großen Platzbedarf oder weisen einen relativ geringen Wirkungsgrad auf.

Technische Aufgabe:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung organischer und anorganischer Medien, insbesondere zum Zellauf- schluss pflanzlicher, vorzugsweise vitaler, Zellen oder Zellverbände von Agrar- produkten, zum Beispiel in stückiger Form oder in der Maische von Obst und Früchten, wie zum Beispiel Trauben, Rüben, Kartoffeln, Kräuter, Heilkräuter, weiter zu entwickeln, mit denen die Medien bzw. die Zellen oder Zellverbände wirkungsvoll beeinflusst und aufgeschlossen werden können mittels einer einfachen Vorrichtung und einem erheblich geringeren Energieverbrauch gegenüber dem Stand der Technik.

Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:

Die Lösung der Aufgabe besteht bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung darin, dass dieselbe ein elektrisch leitendes, zylindrisches Reaktorrohr aufweist, welches einen zylindrischen Innenraum zur Aufnahme des Mediums umschließt, innerhalb desselben und mittig entlang längs der Längsachse des Reaktorrohres koaxial eine elektrisch leitende, ebenfalls zylindrische Innenelektrode angeordnet ist unter Ausbildung eines Ringspaltes, so dass die durch das Reaktorrohr wandernde, ringförmige Mediumschicht längs des Reaktorrohres eine gleich bleibende Dicke aufweist, und die Innenelektrode gegenüber dem Reaktorrohr elektrisch isoliert ist, und an das Reaktorrohr und an die innere Elektrode je ein elektrischer Anschluss geführt ist, zwischen welchen zur gezielten Beeinflussung des Mediums, insbesondere zur Zellporation von Zellen oder Zellverbänden in der Maische, wenigstens eine Folge von positiven und negativen elektrischen Impulsen anlegbar ist.

Der Elektroporationsreaktor der Erfindung besitzt den Vorteil, dass mit diesem ein Medium wirkungsvoll gleichmäßig und gleichförmig elektro-energetisch behandelt werden kann. Falls es sich bei dem Medium um Hackschnitzel oder um Maische von Agrarprodukten handelt, so können insbesondere die vitalen Zellen oder ZeII- verbände in den Schnitzeln oder in der Maische von Zuckerrüben, Kartoffeln, Gemüse, Kräutern, Heilkräutern, Obst und Früchten, wie Trauben, wirkungsvoll aufgeschlossen werden. Die Vorrichtung ist in ihrem Aufbau einfach gehalten und dadurch relativ kostengünstig in der Herstellung und benötigt einen geringen Platzbedarf und ist leicht transportierbar, wobei bei ihrem Betrieb eine erheblich geringere Energiemenge gegenüber dem Stand der Technik bei vergleichbarem Mediumdurchsatz eingesetzt zu werden braucht. Einer der entscheidenden Vorteile der Erfindung ist darin zu sehen, dass dieselbe großflächige Elektroden, nämlich das Reaktorrohr und die Innenelektrode, für eine großflächige Beeinflussung des Mediums aufweist und mittels Haushaltsstrom betrieben werden kann sowie eine relativ kleine, transportable Maschinengröße besitzt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die durch das Reaktorrohr wandernde Mediumschicht längs des Reaktorrohres eine gleich bleibende Dicke

aufweist. Dadurch findet beim Durchgang des Mediums, zum Beispiel Maische, immer eine gleich bleibende Beeinflussung des Mediums statt, was entscheidend zur Güte der Behandlung und zum Beispiel zur Erhöhung der Ausbeute beiträgt. Ebenso ist durch die Variation der elektrischen Parameter eine individuelle Feinsteuerung des Prozesses möglich.

In einer weiteren, höchst erfinderischen Ausgestaltung liegen zwischen zwei aufeinander folgenden, zwischen Reaktorrohr und Innenelektrode gelegten Impulsen für eine vorgebbare Zeitspanne von einer Millisekunden bis einigen Hundert Millisekunden, vorzugsweise zwischen 1 bis 100 Millisekunden, Spannungs-Nullpotential, d.h. keine Spannung, an.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die aufgegebenen, elektrischen Impulse einer Folge abwechselnd unterschiedliche Vorzeichen auf, so dass die Impulse abwechselnd sowohl im Plusbereich als auch im Minusbereich liegen und zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen, von denen der eine positiv und der andere negativ oder umgekehrt ist, für 1 Millisekunde bis 100 Millisekunden das Spannungs-Nullpotential (dT) anliegt.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der radiale Abstand von Innenfläche des Reaktorrohres zu Außenfläche der Innenelektrode überall gleich, so dass damit beim Prozessieren des Mediums eine gleichmäßige Wirkung auf dasselbe verbunden ist. Vorzugsweise ist die Innenelektrode an beiden Stirnenden geschlossen.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Reaktorrohr an beiden Enden je einen Anschlusskonus auf, dessen Durchlassquerschnitt dem ringförmigen Durchlassquerschnitt des Reaktorrohres mit der Innenelektrode entspricht. Auf diese Weise wird ein ringförmiger Durchsatz des Mediums oder der Maische mit gleich bleibender Geschwindigkeit erreicht. Damit ist keine bzw. kaum eine mechanische Belastung des Mediums verbunden.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Impulse jeweils einen Spannungs-Amplitudenwert zwischen 25V-250V, vorzugsweise zwischen 30V-100V, insbesondere zwischen 50V-80V, auf, wobei die Impulsfrequenz zwischen 200Hz-50.000Hz, bevorzugt zwischen 300Hz-5.000Hz, beträgt. Die Stromstärke oder der Spannungswert bzw. die Impulshöhe, die Impulsfrequenz und Impulsform sind entsprechend der Leitfähigkeit bzw. einer anderen elektrischen Größe des Mediums, insbesondere der Leitfähigkeit von Maische, gewählt, wobei die elektrische Größe bzw. die Leitfähigkeit fortlaufend oder in Zeitabständen zyklisch gemessen wird. Die Impulse können Sägezahnimpulse oder angenäherte Sägezahnimpulse sein.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt die Stromstärke der Impulse zwischen 10A-500A, vorzugsweise ungefähr zwischen 20A- 8OA. Dadurch wird die notwendige Leistung zur Bearbeitung des Mediums, insbe- sondere zur Zellporation von Zellen, sichergestellt.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dienen zur Erzeugung der Impulse Kondensatorentladungen von wenigstens einem Kondensator, welcher, vorzugsweise mittels Wechselstrom oder Drehstrom, geladen wird und über eine elektrische Schaltung zur Impulserzeugung die elektrische Kondensator-Energie als Impulse auf die Innenelektrode und den Reaktor aufgibt. Aufgrund der nur sehr kurzzeitigen Belastung findet auch keine überhitzung der Kondensatoren statt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Reaktorrohr und/oder die innere Elektrode aus Metall oder aus Kohlestofffasern oder aus einem elektrisch leitenden Kunststoff.

Eine alternative Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Lösung der vorgenannten Aufgabe weist anstelle eines zylindrischen Reaktors einen Plattenkondensator mit wenigstens zwei sich gegenüberstehenden, voneinander isolierten elektrisch leitenden Platten auf, welche metallisch sein können,

zwischen denen das Medium durchschleusbar ist, dergestalt, dass die durch den Plattenkondensator wandernde Mediumschicht oder -schichten zwischen den Platten eine exakt gleich bleibende Dicke aufweist, wobei an die Platten je ein elektrischer Anschluss geführt ist, zwischen welchen zur gewünschten Beeinflus- sung des Mediums, insbesondere zur Zellporation der Zellen oder Zellverbände, wenigstens eine Folge von positiven und negativen elektrischen Impulsen anlegbar ist. Die Platten können planparallel oder auch gekrümmt zueinander angeordnet sein und weisen vorzugsweise äquidistante Abstände voneinander auf.

In einer weiteren, höchst erfinderischen Ausgestaltung der Vorrichtung liegt zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen für eine vorgebbare Zeitspanne von einer Millisekunden bis einigen Hundert Millisekunden, vorzugsweise zwischen 1 bis 100 Millisekunden, Spannungs-Nullpotential, d.h. keine Spannung, an.

Diese Ausgestaltung des Elektroporationsreaktors besitzt den entscheidenden Vorteil, dass zwischen den Kondensatorplatten eine gleichmäßige elektrische Feldliniendichte herrscht, so dass die Bedingungen für eine gezielte Beeinflussung des Mediums, insbesondere für die Zellporation von Zellen oder Zellverbänden in der Maische, im Elektroporationsreaktor überall gleich sind. Auf diese Weise herrscht zwischen den Platten ein homogenes elektrisches Feld. Auch hier ist der entscheidende Vorteile der Erfindung vorhanden, dass die durch den Plattenkondensator wandernde Mediumschicht bzw. -schichten quer zu den Platten eine gleich bleibende Dicke aufweist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die zylindrische Innenelektrode der Vorrichtung als Transportschnecke zum Transport des durch das Reaktorrohr wandernden Mediums ausgebildet. Dadurch kann zähflüssige Maische in einfacher Weise durch das Reaktorrohr transportiert werden. Dabei kann entweder die Innenelektrode feststehend angeordnet sein und eine auf dem Zylindermantel sich drehende, elektromotorische angetriebene Schnecke aufweisen oder die Innenelektrode kann eine auf dem Zylindermantel sitzende Schnecke aufweisen,

wobei die Innenelektrode mitsamt der Schnecke sich drehend elektromotorisch antreibbar ist.

Ein Verfahren zur Aufbereitung organischer und anorganischer Medien, insbe- sondere zum Zellaufschluss pflanzlicher, vorzugsweise vitaler, Zellen oder Zellverbände von Agrarprodukten, zum Beispiel in stückiger Form oder in der Maische von Obst und Früchten, wie Trauben, unter Verwendung einer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reaktorrohr und der Innenelektrode bzw. zwischen die Platten des Platten- kondensators zur gezielten Beeinflussung des Mediums, insbesondere zur Zellporation von Zellen oder Zellverbände in der Maische, wenigstens eine Folge von individuellen, elektrischen Impulse angelegt wird. Das Anlegen der Impulse erfolgt vorzugsweise in einer geregelten Weise in einer Regelstrecke.

In einer höchst vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens liegt zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen für eine vorgebbare Zeitspanne von einer Millisekunden bis einigen Hundert Millisekunden, vorzugsweise zwischen 1 bis 100 Millisekunden, Spannungs-Nullpotential, d.h. keine Spannung, an. In einer weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensvariante können die aufgegebenen, elektri- sehen Impulse einer Folge abwechselnd unterschiedliche Vorzeichen aufweisen, so dass die Impulse abwechselnd sowohl im Plusbereich als auch im Minusbereich liegen, wobei zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen, von denen der eine positiv und der andere negativ oder umgekehrt ist, für 1 Millisekunde bis 100 Millisekunden Spannungs-Nullpotential, also keine Spannung, angelegt wird.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Leitwert oder eine andere elektrische Größe des Mediums, insbesondere der Leitwert von Maische oder von Hackschnitzeln, kontinuierlich oder in Zeitabständen zyklisch gemessen und die Impulse werden, in Abhängigkeit von der elektrischen Größe, insbesondere vom gemessenen Leitwert der Maische, gemäß der zu wählenden Stromstärke, Spannung, Impulsfrequenz, Impulshöhe und Impulsform erzeugt. Vorzugsweise werden die elektrischen Impulse geregelt in Abhängigkeit einer

Führungsgröße. Bei der Verarbeitung von Maische oder von Hackschnitzeln wird vorzugsweise der gemessene Leitwert der Maische als Führungsgröße verwendet.

Darüber hinaus kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Aroma von Getränken, insbesondere von alkoholischen Destillaten, Weinen und Fruchtsäften, positiv beeinflusst werden. Der Anteil an wertgebenden Inhaltsstoffen in den Getränken wird durch die erfolgende Extraktion aufgrund der vorgeschalteten Vorrichtung erhöht. Ebenso hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung und Steuerung von Vorgängen, wie Gärung, eingesetzt werden kann.

Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu verwendet werden, um bestimmte Inhaltsstoffe innerhalb eines Mediums auszufällen.

Die Vorrichtung kann bei relativ einfacher Montage in eine Vielzahl von Produktionslinien eingesetzt und diesen zum Beispiel vorgeschaltet werden.

Die elektrischen Angaben und Parameter wie auch die Ausgestaltung des Verfahrens gelten für sämtliche erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Vorrichtung.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Elektroporationsreaktor in Form eines metallischen, zylindrischen Reaktorrohres mit einer darin koaxial angeordneten, ebenfalls metallischen und zylindrischen Innenelektrode Figur 2 einen erfindungsgemäßen Elektroporationsreaktor in Form eines Platten- Kondensators im Längsschnitt

Figur 3 eine Schnittansicht der Figur 2 längs der Linie A-A und

Figur 4 einen erfindungsgemäßen Elektroporationsreaktor ähnlich demjenigen der Figur 1 , wobei hier die zylindrische Innenelektrode zusätzlich als Transportschnecke zum Transport der Maische ausgebildet ist.

Wege zur technischen Ausführung der Erfindung:

Elektroporationsreaktor in Form eines Zylinderkondensators: Ein erfindungsgemäßer Elektroporationsreaktor gemäß der Figur 1, der im nachfolgend als Beispiel für die Behandlung von Maische als Medium beschrieben ist, besteht aus einem elektrisch leitenden, vorzugsweise metallischen, zylindrischen Reaktorrohr 1 , vorzugsweise aus Edelstahl, welches einen zylindrischen Innenraum 3 zur Aufnahme der Maische umschließt, innerhalb desselben und mittig längs der Längsachse 4 des Reaktorrohres 1 koaxial eine ebenfalls elektrisch leitende, vorzugsweise metallische, zylindrisch bzw. im Wesentlichen zylindrisch geformte Innenelektrode 2 angeordnet ist, welche an den Deckflächen 18, 19 geschlossen ist. Dadurch ist der Innenraum 3 zum Durchsatz der Maische gestreckt torusförmig. Zur Halterung der Innenelektrode 2 innerhalb des Reaktorrohres 1 dienen jeweils in den Endbereichen der Innenelektrode angeordnete Isolierstäbe 5, 6, 6' und 6", welche nur einen geringen Querschnitt aufweisen und damit nur eine geringfügige Störung gegenüber dem torusförmigen Durchgangsquerschnitt für die Maische durch das Reaktorrohr 1 bilden. Die Innenelektrode 2 ist damit gegenüber dem Reaktorrohr 1 elektrisch isoliert angeordnet; Reaktorrohr 1 und Innenelektrode 2 bilden somit prinzipiell einen Zylinderkondensator. An das Reaktorrohr 1 und an die Innenelektrode 2 ist je ein elektrischer Anschluss 9, 10 geführt, wobei der Anschluss 9 für die innerhalb des Innenraumes 3 des Reaktorrohres 1 angeordnete Innenelektrode 2 in isolierter Weise beispielsweise durch den Isolierstab 5 geführt ist.

Der radiale Abstand r von der Innenfläche 7 des Reaktorrohres 1 zur Außenfläche 8 der Innenelektrode 2 ist vorzugsweise überall gleich.

Zur Zellporation der Zellen oder Zellverbände in der Maische ist an die elektrischen Anschlüsse 9, 10 eine oder mehrere Folgen 11 von elektrischen Impulsen 12, 12" anlegbar, welche im gezeigten Beispiel abwechselnd um eine Spannungs- Nulllinie pendeln, so dass die abgegebenen Impulse 12, 12' abwechselnd sowohl im Plusbereich, nämlich Impuls 12, als auch im Minusbereich, nämlich Impuls 12', liegen. Zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen 12, 12', von denen der eine positiv und der andere negativ oder umgekehrt ist, liegt bevorzugt eine vorgebbare Zeitspanne dT von wenigen Hundert Millisekunden, vorzugsweise zwischen 1 bis 100 Millisekunden, Spannungs-Nullpotential, also keine Spannung, an. Insbesondere hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, dass die Folge von positiven und negativen Impulsen, im Zusammenhang mit einer kurzen Pause zwischen je zwei Impulsen, eine höchst wirkungsvolle Zellporation von Zellen hervorruft. Die Impulse werden in einem Impulsgenerator 13 erzeugt.

Der Grund ist darin zu sehen, dass elektro-chemisch die Zellen ständig elektrisch umgepolt werden, so dass eine Elektrolyse in der Zelle nicht stattfinden kann. Jedoch sind aufgrund der ständigen Umpolung die auf die Zellwände wirkenden Kräfte derart stark, dass sie relativ rasch zu einer Zerstörung derselben führen ohne elektrolytische Vorgänge. Das bedeutet, dass auf rein physikalischem weg ein schonender Aufschluss der Zellen erfolgt, was u.a. eine Ausbeuteerhöhung und eine positive Aromabeeinflussung zur Folge hat.

Die Impulse weisen beispielsweise jeweils einen Amplitudenwert zwischen 12V- 250V, vorzugsweise zwischen 30V-100V, insbesondere zwischen 48V-80V, auf, wobei die Impulsfrequenz zwischen 200Hz-50.000Hz, vorzugsweise zwischen 1500Hz bis 5000Hz, beträgt. Die Stromstärke oder der Spannungswert bzw. die Impulshöhe, Impulsfrequenz und Impulsform sind entsprechend einer oder mehrerer der gemessenen elektrischen Größen des Mediums, insbesondere der Leitfähigkeit der Maische, gewählt, welche fortlaufend oder in Zeitabständen zyklisch gemessen wird. Die Impulse können, wie in der Figur 1 beispielsweise gezeigt, Sägezahnimpulse 12, 12' oder angenäherte Sägezahnimpulse sein. Die verwendete Stromstärke der Impulse beträgt zwischen 5A-500A, vorzugsweise

ungefähr zwischen 20A-100A. Vorzugsweise werden die Impulse individuell geregelt in Abhängigkeit einer Führungsgröße des Mediums. Bei der Behandlung von Maische wird als elektrische Führungsgröße bevorzugt der zyklische gemessene Leitwert der Maische verwendet.

Zur Erzeugung der Impulse können Kondensatorentladungen von wenigstens einem Kondensator dienen, welcher, vorzugsweise mittels Wechselstrom oder Drehstrom, geladen wird und über eine elektrische Schaltung zur Impulserzeugung die elektrische Kondensator-Energie als Impulse auf den Reaktor und die Innenelektrode aufgibt.

Beispielsweise beträgt der Durchmesser eines Reaktorrohres cirka 164 mm, wobei die innere Elektrode einen Durchmesser von cirka 89 mm aufweist. Die Spaltdicke, also die Schichtdicke beispielsweise der Maische, beträgt zwischen 37-38 mm. Die Länge des Reaktorrohres beträgt zwischen 1m bis mehrere Meter, zum Beispiel 2m-4m, in Abhängigkeit von der Durchflussgeschwindigkeit der Maische.

Das Reaktorrohr 1 kann an beiden Enden je einen Anschlusskonus 14, 15 aufweisen, dessen Durchlassquerschnitt dem ringförmigen Durchlassquerschnitt der Höhe r des Reaktorrohres 1 mit der Innenelektrode 2 entspricht. Auf diese Weise wird ein gleichmäßiger Durchsatz der Maische mit gleich bleibender Geschwindigkeit durch das Reaktorrohr 1 erreicht. Beispielsweise wird das Medium, wie Maische, mittels einer Pumpe oder mittels Pressdruck oder mittels einer Schnecke oder eines Förderbandes durch das Reaktorrohr 1 hindurchgepumpt oder -ge- drückt oder -gefördert. Oder das Reaktorrohr ist lotrecht oder stark geneigt angeordnet, so dass das Medium aufgrund der Schwerkraft durch das Reaktorrohr 1 hindurchwandert. An jedem Anschlusskonus kann ein Bypass 16, 17 angeordnet sein, über welche Proben des Mediums zu Untersuchungen abgezogen oder Stabilisatoren oder Oxydationshemmer zugegeben werden können.

Elektroporationsreaktor in Form eines Plattenkondensators: Eine weitere, höchst wirkungsvolle Ausgestaltung der Erfindung ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Hier ist ein Reaktor 20 als ein Plattenkondensator mit wenigstens zwei sich gegenüberstehenden, voneinander isolierten elektrisch lei- tenden, vorzugsweise metallischen, Platten 21 aufgebaut, wobei in den Figuren 2 und 3 der Plattenkondensator neun Platten 21 aufweist, welche acht Durchlassschleusen 24 für das Medium, zum Beispiel Maische oder Hackschnitzel, zwischen sich ausbilden. Jeweils zwei benachbarte Platten 21 haben voneinander den gleichen Abstand h, welcher somit die Höhe h eine Durchlassschleuse 24 ist. Seitlich sind die Platten 21 des Plattenkondensators in Wänden 22, 23 aus Isoliermaterial gehaltert. An die Platten 21 durch die Isolierwände 24 hindurch ist je ein elektrischer Anschluss 9, 10 geführt, zwischen welchen zur Beeinflussung des Mediums, wie zum Beispiel zur Zellporation der Zellen oder der Zellverbände der Maische, wenigstens eine Folge 11 von positiven und negativen elektrischen Impulsen 12, 12' anlegbar ist, wobei vorzugsweise zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen für eine vorgebbare Zeitspanne von einer Millisekunden bis einigen Hundert Millisekunden, vorzugsweise zwischen 1 bis 100 Millisekunden, Spannungs-Nullpotential, d.h. keine Spannung, angelegt werden kann.

Insbesondere bedingen große Kontaktflächen des Mediums, wie Maische, niedrige Spannungswerte, so dass die Vorrichtung mit der praktisch überall verfügbaren Wechselspannung von 230V arbeiten kann, mittels der die elektrischen Impulse erzeugt werden. Ansonsten entsprechen die elektrischen Bauelemente, der Impulsgenerator 13, die elektrische Versorgung sowie die verwen- deten elektrischen Parameter denjenigen der Figur 1.

Verfahrensmäßig Aufbereitung und Beeinflussung:

Verfahrensmäßig wird zur Aufbereitung und Beeinflussung organischer und anorganischer Medien, insbesondere zum Zellaufschluss pflanzlicher, vorzugs- weise vitaler, Zellen oder Zellverbände, zum Beispiel von Agrarprodukten in stückiger Form oder in der Maische von Obst und Früchten, wie Trauben, unter Verwendung einer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, zwischen das Reak-

torrohr 1 und die Innenelektrode 2, wie auch zwischen die einzelnen, benachbarten Platten 21 des Plattenkondensators, insbesondere zur Zellporation von Zellen oder Zellverbänden der Maische, wenigstens eine Folge 11 von elektrischen Impulse 12, 12' angelegt, wobei vorzugsweise zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen 12, 12" für eine vorgebbare Zeitspanne dT von einer Millisekunden bis einigen Hundert Millisekunden, insbesondere zwischen 1 bis 100 Millisekunden, Spannungs-Nullpotential, d.h. keine Spannung, angelegt werden kann.

Die aufgegebenen, elektrischen Impulse 12, 12' einer Folge 11 können abwechselnd unterschiedliche Vorzeichen aufweisen, so dass die Impulse 12, 12' abwechselnd sowohl im Plusbereich als auch im Minusbereich liegen. Vorzugsweise liegt zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen 12, 12', von denen der eine positiv und der andere negativ oder umgekehrt ist, für 1 Millisekunde bis 100 Millisekunden das Spannungs-Nullpotential dT, d.h. keine Spannung, an. Zum Beispiel wird der Leitwert des Mediums, wie Maische, kontinuierlich oder in Zeitabständen zyklisch gemessen und die Impulse werden, in Abhängigkeit vom gemessenen Leitwert, gemäß der Stromstärke oder der Spannung bzw. der Impulshöhe, Impulsfrequenz, und Impulsform erzeugt. Vorzugsweise werden auch in diesem Fall die Impulse entsprechend dem Medium individuell geregelt in Abhängigkeit einer Führungsgröße des Mediums. Bei der Behandlung von Maische wird als elektrische Führungsgröße bevorzugt der zyklisch gemessene Leitwert der Maische verwendet.

Betrachtet man beispielsweise die Elektroporation von Weintrauben, so besitzt Traubenmaische eine elektrische Leitfähigkeit von 3000-6000 mγ (mSiemens/

Meter), je nach Säuregehalt. Die elektronische Steuerung, der Impulsgenerator 13, besitzt einen Mikroprozessor, der frei programmierbar ist. Der Impulsgenerator 13 ist so programmiert, dass derselbe an das Medium beim Durchfließen des Reaktorrohrs die höchst mögliche Stromstärke bei höchster Impulsfrequenz abzugeben imstande ist. Der Mikroprozessor überwacht in zyklischen Zeitabständen diese Einstellung. Bei Traubenmaische mit zum Beispiel einer Leitfähigkeit von 4000 mγ (mSiemens/Meter) wird eine Stromstärke von cirka 70 Ampere

aufgegeben und eine Impulsfolge von ca. 4300 Hertz eingestellt. Die Elektroniken bzw. der Impulsgenerator 13 für die Elektroporation ist so aufgebaut, dass durch einen Austausch oder eine Umschaltung der Stromversorgung, vorzugsweise zwischen 12 bis 48 Volt Spannungsversorgung, verschiedene Spannungen erreicht werden können.

Im Vergleich der Elektroporation von Weintrauben mit derjenigen von Mirabellen besitzt Mirabellenmaische eine geringere Leitfähigkeit, nämlich einen Leitwert zwischen 600-1500 mγ(mSiemens/Meter). Beim Durchfließen des Reaktorrohrs werden eine Stromstärke von cirka 30 Ampere und eine Impulsfolge von cirka 1700 Hertz eingestellt und an die Maische abgegeben.

Bei beiden Produkten ist nach ca. einer 1/2 bis 3/4 Stunde nach der Behandlung ein sehr wesentlicher Anstieg der Leitfähigkeit des Produkts festzustellen.

Der Prozessor des Impulsgenerators 13 ist frei programmierbar. Wählbar sind die Impulsform, zum Beispiel Sägezahn- oder Rechteckimpuls, die Impulshöhe und die Impulsfrequenz. Weiterhin ist wählbar, in welchen Zeitabständen die Impulse gemessen und angepasst werden. Ebenso ist eine Anpassung der Stromstärke, Impulshöhe, Impulsfrequenz in umgekehrter Richtung möglich. Die gesamte Elektronik ist vorzugsweise thermisch überwacht.

Ein weiteres Beispiel eines Elektroporationsreaktors ist in Figur 4 gezeigt, welcher sehr ähnlich dem Elektroporationsreaktors der Figur 1 gestaltet ist. Der Unter- schied besteht darin, dass die zylindrische Innenelektrode 25 zusätzlich als Transportschnecke zum Transport des durch das Reaktorrohr 1 wandernden Mediums ausgebildet ist. Der Transport der Maische durch den Elektroporationsreaktor mittels einer Schnecke ist bei dickflüssiger oder zäher Maische vorteilhaft.

Dabei ist es möglich, dass entweder die Innenelektrode 25 eine auf dem Zylindermantel sitzende Schnecke 26 aufweist und die Innenelektrode 25 mitsamt der Schnecke 26 sich drehend elektromotorisch antreibbar ist. Hierzu ist mit der

Bezugsziffer 27 die elektrische Energieversorgung eines elektrischen Drehantriebs der drehbar angeordneten Innenelektrode 25 bezeichnet. Isolierhalterungen 28, 29 haltern die Innenelektrode 25, wobei der durch die Isolier- halterung 28 geführte elektrische Anschluss 9 beispielsweise zu einem Schleif- ringkontakt an der Innenelektrode 25 geführt ist zur Kontaktgabe der elektrischen Impulse auf die Innenelektrode.

Oder die Innenelektrode ist feststehend angeordnet und weist eine auf dem Zylindermantel der Innenelektrode sich drehende, elektromotorisch angetriebene Schnecke auf.

In allen drei beispielsweisen Ausgestaltungsformen des Elektroporationsreaktors beträgt verfahrensgemäß die Behandlungsdauer des durchlaufenden und behandelten Mediums innerhalb des Reaktors wenigstens einige Hundert MiIIi- Sekunden bis einige Minuten, vorzugsweise zwischen 2 Sekunden bis 100 Sekunden, wobei die Behandlungsdauer der Verweildauer des Mediums im Elektroporationsreaktors identisch sein kann.

Gewerbliche Anwendbarkeit: Die Erfindung ist zur elektro-energetischen Aufbereitung und Prozessierung organischer und anorganischer Medien, insbesondere zum Zellaufschluss pflanzlicher, insbesondere vitaler, Zellen oder Zellverbände von Agrarprodukten, in Form von stückigem Gut von Zuckerrüben, Kartoffeln, Kräutern, Heilkräutern oder Gemüse sowie in der Maische von Kräutern, Heilkräutern, Obst und Früchten, wie Trauben, wie auch zum Aufschluss von tierischen Produkten, geeignet, um dadurch z.B. die Ausbeute zu erhöhen und zum Beispiel die Stabilität des Mostes aus der Maische sowie das Aroma zu verbessern oder um die Stabilität von Bearbeitungsprozessen zu erhöhen. Bei dieser biophysikalischen Behandlung des Mediums, zum Beispiel von Maische, vorzugsweise von Maische aus Trauben, werden in qualitativer und quantitativer Hinsicht verbesserte Ergebnisse erhalten, als bei einem unbehandelten Medium, wie unbehandelter Maische, beim Stand der Technik.

Liste der Bezugszeichen:

1 zylindrisches Reaktorrohr

2, 25 Innenelektroden

3 zylindrischer Innenraum

4 Längsachse des Reaktorrohres

5, 6, 6 ¹ , 6" Isolierstäbe

7 Innenfläche des Reaktorrohres

8 Außenfläche des Reaktorrohres

9, 10 elektrische Anschlüsse

11 Impulsfolgen

12, 12 ¹ elektrischen Impulse

13 Impulsgenerator oder Elektronik

14, 15 Anschlusskonus

16, 17 Bypass

18, 19 Deckflächen der Innenelektrode

20 Reaktor

21 metallische Platten

22, 23 Wänden aus Isoliermaterial

24 Durchlassschleuse

26 Schnecke

27 elektrische Energieversorgung für einen Drehantrieb der

Innenelektrode

28, 29 Isolierhalterungen r radiale Abstand r von der Innenfläche des Reaktorrohres zur

Außenfläche der Innenelektrode dT vorgebbare Zeitspanne h Höhe einer Durchlassschleuse