DE2829381A1 - Chargenweise arbeitendes verfahren zum sterilisieren von teilchenfoermigen feststoffen - Google Patents
Chargenweise arbeitendes verfahren zum sterilisieren von teilchenfoermigen feststoffenInfo
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Description
DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE
BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN
- 5 Societe
des /"-'ro'Tni'ts ITerrble ,.'·..'-.
"Chargenweise arbeitendes Verfahren zum Sterilisieren von teilchenförmigen
Feststoffen"
Die Erfindung betrifft ein chargenweise arbeitendes Verfahren
mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Das Verfahren ist insbesondere bei der Vorbereitung von sterilen, gekühlten Feststoffmaterialien für menschliche oder tierische
Nahrung bestimmt, welche Feststoffteilchen aseptisch in Dosen oder anderen Behältern nach der Sterilisation verpackt
werden. Die Sterilität wird bis zum Verpacken vollständig aufrechterhalten, so daß die Notwendigkeit vermieden wird,
daß eine Sterilisation nach dem Eindosen der Feststoffe als folgendes Verfahren angewendet werden muß. Die Erfindung ist
aber auch anwendbar für andere Zwecke, wo die Sterilität während eines Hitzebehandlungsprozesses erhalten wird, z.B. bei
der Vorbereitung chemischer und insbesondere pharmazeutischer Produkte.
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In der GB-PS 1 445 942 ist ein chargenweise arbeitendes Verfahren
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben. Die Erhitzung kann hierbei wenigstens teilweise durch Einführung
von Dampf in den Kessel oder in das Gefäß erreicht werden, wo der Dampf kondensiert. Das Kondensat und die Feststoffe werden
während der Aufrechterhaltung der Taumelbewegung auf Sterilisationstemperatur gehalten. Danach wird&as sterilisierte Feststoffmaterial
aus dem Gefäß unter aseptischen Bedingungen abgezogen.
Es wurde festgestellt, daß aufgrund der Taumelbewegung die
Feststoffteilchen häufig beschädigt oder zerkleinert werden, insbesondere wenn sie weicher werden während der letzteren
Stufen der Erhitzung. Es hat sich gezeigt, daß das eingeführte Kondensat normalerweise nicht ausreicht, diese Probleme zu
überwinden. Versuche, diese Schwierigkeiten durch Hinzufügung von entsprechender Menge an Wasser während der Beladung des
Gefäßes zu vermeiden, haben zu keinem befriedigenden Ergebnis geführt, weil die Wassermenge die anfängliche Erhitzung der
Feststoffteilchen wesentlich behindert, indem der Dampf nicht bis zu den Feststoffteilchen vordringen kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Schwierigkeiten zu vermeiden und das im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebene
Verfahren so weiterzubilden, daß eine Beschädigung der Feststoffteilchen, insbesondere während des Erweichens in den letzten
Erhitzungsstufen, zuverlässig ausgeschlossen wird, während
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gleichzeitig ein zuverlässiges und rasches Erhitzen sicherge
stellt bIe ibt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des
Anspruches 1 gelöst. Es konnte festgestellt werden, daß durch die Gegenwart einer Schmierflüssigkeit in dem Verfahren eine
Beschädigung der Peststoffteilchen auf ein Minimum herabgedrückt wird, insbesondere auch bezüglich der schon erweichten Teilehen
in den späteren Stufen der Erhitzung. Es wurde weiter festgestellt, daß durch dieses Verfahren die rasche und direkte
Erhitzung derFeststoffteilchen durch den eingeführten Dampf
nicht behindert wird. Der Dampf behält vielmehr direkten Zugang zu den Feststoffteilchen.
Vorzugsweise erfolgt die Erhitzung teilweise durch direkte Einführung
von Dampf in das Gefäß, so daß der Dampf in dem Gefäß und in Berührung mit den Feststoffteilchen kondensieren kann
und so auf raschestem Wege die Hitze auf die Feststoffteilchen überträgt.
Die Feststoffteilchen werden vorzugsweise aus dem Gefäß unter
aseptischen Bedingungen abgezogen und können vor dem Abziehen in dem Gefäß gekühlt werden. Das Abkühlen kann unter positivem
Druck erfolgen, wobei es zweckmäßig ist, den Dampf in dem Gefäß während der Abkühlung durch ein steriles Gas zu ersetzen, das
durch ein Sterilisationsfilter zugefügt wird.
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Bestimmte Feststoffteilchen können in den Anfangsstufen erhitzt werden ohne Schmiermittel. Dadurch wird die rasche Erhitzung
gefördert, während andererseits in den Anfangsstufen die Feststoffteilchen
noch nicht so empfindlich sind, daß sie durch die Taumelbewegung nachhaltig beschädigt oder zerstört werden
können. In einigen Fällen ist es zweckmäßig, eine geringe Menge an Schmiermittel der anfänglichen Charge der Feststoffteilchen
schon zuzufügen. Ir/jedem Fall wird jedoch der Haupt teil des
Schmiermittels erst später in das Gefäß eingeleitet.
Das Schmiermittel selbst kann Wasser oder Kochflüssigkeit sein, welche ais einer vorhergehenden Charge wiedergewonnen und erhitzt
worden ist. In bestimmten Fällen kann das Schmiermittel selbst oder wenigstens Teile von diesem ein öl sein.
Das zu injizierende Schmiermittel wird normalerweise auf die Arbeitstemperatur während einer Zeitperiode erhitzt, in der
der zur Verfügung stehende Dampf nicht in dem Hauptprozeß zur Erhitzung der Teilchen benötigt wird. Auf diese Weise wird ein
periodischer Spitzenbedarf an Dampf vermieden oder stark eingeschränkt.
Es ist weiterhin bevorzugt, daß das Schmiermittel in einem sterilen Heizkreis erhitzt wird, von dem es direkt in das
Gefäß injiziert und in dem die Flüssigkeit aus dem Gefäß wieder zurückgeleitet wird. Wenn dieser Kreis und sein Inhalt steril
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bleiben, ist es nicht notwendig, die Schmiermittelflüssigkeit
vor dem Injizieren erneut zu sterilisieren.
Es ist ersichtlich, daß mit dem neuen Verfahren teilchenförmige
Feststoffe sehr rasch erhitzt werden können. Dies erfolgt für gewöhnlich durch Injizieren von Dampf. Diese hohe Aufheizgeschwindigkeit
vermindert eine Beschädigung der Peststoffe. Sobald die Feststoffe durch den Heizprozeß erweichen, wird
zusätzliches Schmiermittel in Form von Flüssigkeit zugeführt. Diese Flüssigkeit wird im heißen Zustand injiziert, so daß
sie zur Erhitzung beiträgt und die Erhitzungswirkung des Dampfes unterstützt. Zusätzlich verhindert diese Flüssigkeit
eine übermäßige Beanspruchung und Beschädigung oder Zerstörung der Feststoffteilchen durch Zerreiben während der Taumelbewegung
.
Das Gefäß kann während der Erhitzung und während der Haltestufen kontinuierlich rotiert werden, um die Taumelbewegung
aufrechtzuerhalten. Alternativ dazu kann das Gefäß aber auch
intermittierend rotiert werden, und zwar auf einer periodischen Grundlage.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Kreislaufdiagramm mit den Hauptmerkmalen
der bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausführen
des Verfahrens.
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Das bei 1 gezeigte Taumelgefäß kann im wesentlichen ähnlich ausgebildet sein, wie dies in der GB-PS 1 445 942 beschrieben
ist. Dieses Gefäß weist hohle Naben 2 und 3 auf, welche auf Lagerblöcken 4 einer Stützplattform 5 unterstützt sind. Das
Gefäß weist eine Belade- und Zugangsöffnung 6 und eine Peststoff
entladeleitung 7 auf. Die letztere führt durch die Hohlnabe 2 nach außen. Die Nabe 3 trägt Leitungen, die zu einer Einlaßdüse
8 und einem Abzugs- und Belüftungsrohr 9 führen. Das letztere trägt ein glockenförmiges Mundstück oder ein Filter 29. Die
Düse 8 kann zum Einspritzen von Dampf aus einer Zuleitung 8a und einer weiteren ZuIe-' ung 11 über ein Ventil 12 oder alternativ
dazu für das Einführen einer heißen Schmiermittelflüssigkeit aus einer Leitung 13 über ein Ventil 14 dienen. Die Düse
kann außerdem dazu verwendet werden, sterile Luft über ein Sterilisationsfilter
17a, Leitung 17 und Ventil 18 oder eine sterile Sauce oder andere Flüssigkeit durch die Leitung 30 und das Ventil
31 einzuführen. Die Leitung 9 führt über eine Leitung 9a zum Abziehen von Gasen oder Flüssigkeiten zu einer Belüftungsoder Abzugsleitung 15 über ein Ventil 16. Die Leitung 9a dient
außerdem zum Abziehen des Schmiermittels aus dem Gefäß 1 in ein Gefäß 22 über Ventil 21 und Leitung 19· Zu diesem Zweck des
Abziehens der Flüssigkeit wird die Leitung 9 in die Stellung geschwenkt, die gestrichelt dargestellt und mit 9b bezeichnet
ist, wobei das Filter 29 nahe dem Boden des Gefäßes 1 zu liegen kommt.
Andere Einzelheiten des Gefäßes 1 und der zugehörigen Ausrüstun-
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gen können der GB-PS 1 4^5 942 entnommen werden. Ein Druckkessel
22 enthält das Schmiermittel, das durch Zirkulation über Pumpe 23, Ventil 23a und Wärmetauscher 2k sowie Leitung 19 im Kreislauf
geführt werden kann. Der Wärmetauscher kann entweder ein indirekter Wärmetauscher oder ein Dampfinjektor sein, der zu
einem direkten Wärmetausch führt. Diese Teile bilden eine Heizschleife,
die, falls erforderlich, insgesamt steril gehalten werden kann. Ein Sterilisations-Belüftungsfilter ist bei 27 am
Kessel 22 gezeigt. Ein Abzug oder eine Auslaßleitung 25 weist ein Ventil 26' auf, welches geöffnet werden kann, wenn die Entleerung
des Kessels 22 gewünscht wird. Der Druckkessel 22 umfaßt weiterhin einen oberen Flüssigkeitsstand-Begrenzungsfühler, der
die Ventile 21 und 16 steuert, so daß bei einer Rückführung der :
Flüssigkeit über die Leitung 9a. der Druckkessel 22 nur bis zu dem vorgegebenen Flüssigkeitsstand gefüllt wird, während die überschüssige
Flüssigkeit über die Abzugsleitung 15 abgeführt wird.
Zur Inbetriebnahme wird eine Charge von zerkleinertem Material über die öffnung 6 in das Gefäß 1 eingeleitet» Zusammen mit der
Charge kann, falls erforderlich, eine minimale Menge an Schmiermittel,
z.B. Wasser, öl oder Flüssigkeit,aus dem Kessel 22 eingefüllt
werden. Das Einfüllen des Schmiermittels kann über die
öffnung 6 oder über die Einlaßdüse 8 erfolgen. Die Charge wird dann durch Injektion von Dampf durch die Einlaßdüse 8 erhitzt,
während die Charge durch Rotieren des Gefäßes 1 einer taumelartigen Bewegung unterworfen wird. Das Rotieren des Gefäßes 1
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kann kontinuierlich oder intermittierend erfolgen. Wenn die Feststoffteilchen die Sterilisationstemperatur erreichen, unterliegen
sie mehr und mehr der Gefahr einer Zerstörung durch die Taumelbewegung. Es wird somit notwendig, die Schmiermittelflüssigkeit
z.B. aus dem Kessel 22 einzuführen. Dies wird erreicht durch öffnen des Ventils 14 und durch Schließen des Ventils 23a, so daß
die heiße Flüssigkeit unter Druck über die Düse $ injiziert werden
kann. Luft und Dampf werden aus dem Kessel über die Leitung 9 verdrängt. Der Flüssigkeitsverlust in dem Kessel 22 wird durch
Luft ersetzt, die durch das Sterilisationsfilter 27 eindringen
kann, so daß die Sterilität innerhalb des Flüssigkeitskreises mit dem Druckkessel 22 aufrechterhalten wird. Die Flüssigkeit
in dem Kessel 22 wird auf einer Temperatur etwas oberhalb der Sterilisationstemperatur der Feststoffcharge gehalten, so daß
bei Zuführung dieser Flüssigkeit das Aufheizen der Feststoffcharge in Unterstützung der Dampfwirkung fortgesetzt wird. Der
Aufheizvorgang wird beendet, wenn die Sterilisationstemperatur
für ausreichende Zeit aufrechterhalten worden ist. Dies wird überwacht durch ein Meßgerät, welches die Sterilisationstemperatur
über die Zeit integriert und automatisch den Apparat kontrolliert, um die Sterilisationsstufe bei einem vorbestimmtenWert zu beenden,
beispielsweise nach 20 Minuten Sterilisationszeit bei einer Sterilisationstemperatur
von etwa 121°C (es können auch andere Sterilisationswerte nach Bedarf eingestellt werden). Die Feststoffe,
das Kondensat und das Schmiermittel werden dann durch Zirkulation von kaltem Wasser in dem Mantel 28 des Gefäßes 1 abgekühlt. Die
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gekühlte sterile Flüssigkeitskomponente wird durch Druckübertragung
über Leitung 9S Ventil 21 und Leitung 19 in das Druckgefäß
22 zurückgeführt, während die Leitung 9 sich in der unteren Stellung 9b befindet, in welcher das Filter 29 in die Flüssigkeit
eintaucht.
Jede überschüssige Flüssigkeitsmenge über den erforderlichen
Füllstand des Druckgefäßes 22 wird über das Ventil 16 und die Leitung 15 abgeführt. Wenn die Flüssigkeit sich im Druckgefäß
22 gesammelt hat, kann sie durch Rezirkulation durch die Heizschleife,
d.h. durch Pumpe 23 und Wärmetauscher 24, erneut erhitzt werden. Dieses Erhitzen kann ein relativ langsamer Vorgang
sein, da es für gewöhnlich eine größere Verzögerung gibt, bevor
ein weiterer Bedarf für heiße Schmiermittelflüssigkeit besteht.
Es ist ersichtlich, daß der Kreis für heiße Flüssigkeit, wie er dargestellt worden ist, auch dazu dienen kann, mehr als nur
ein Gefäß 1 zu versorgen, vorausgesetzt, daß mehrere Gefäße unter den gleichen Verfahrensbedingungen arbeiten.
Die Charge in dem Gefäß 1 wird dann weiterbehandelt, z.B. durch Einführen von kalter steriler Sauce über die Leitung 30 und
Ventil 31. Die endgültig behandelte Charge wird dann über Leitung 7 und die Nabe 2 abgeführt. Diese Entladeleitung ist selbstverständlich
zuvor sterilisiert worden, und zwar während des Verlaufes der Behandlung, so daß die Sterilität voll aufrechterhalten
bleibt".
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-ih-
Ein Produkt unter der Bezeichnung "Karotten in Cremesauce"
wurde bereitet durch Beladen des Gefäßes 1 mit einer Mischung aus 91 Gew.% von frischen oder gefrorenen in Scheiben oder in
Streifen geschnittenen Karotten und 9 Gew.% Wasser. Der Deckel 6 des Gefäßes 1 wurde dann geschlossen und das Gefäß während
3 U/min angetrieben, während Dampf über die Düse 8 injiziert wurde j um eine Kopfraumtemperatur von 1300C aufrechtzuerhalten.
Mach annähernd 30 Sek. wurde Wasser, das auf 1300C vorerhitzt
war, über Pumpe 23, Ventil 14 und Düse 8 injiziert, und zwar in
den Kopfraum des Gefäßes. Die Rotation des Gefäßes 1 wurde fortgesetzt,
bis die integrierte Sterilisationszeit den gewünschten Wert erreichte. Nachdem der Dampf durch die Düse 8 abgeschaltet
wurde, wurde sterile Luft unter einem Druck von etwa 2 kg/cm eingeführt, um den Dampf aus dem Kopfraum zu verdrängen. Kühlwasser
wurde in den Mantel des Gefäßes 1 eingeleitet, bis die Temperatur des Inhaltes des Gefäßes 60°C erreichte. An diesem
Punkt wurde die Rotation des Gefäßes 1 beendet und der Filterkopf 29 abgesenkt. Der Luftdruck wurde auf 0,8 bis 1,0 kg/cm
(12 bis 15 psig) abgesenkt und das Ventil 16 geöffnet, so daß das überschüssige Schmiermittel und Kondensat aus dem Gefäß 1
entnommen und durch die Leitung 15 abgeleitet wurde. Gekühlte sterile Sauce wurde dann über eine übertragungsleitung 30 und
Ventil 31 den gekühlten sterilen Peststoffen in dem Gefäß 1 zugeführt. Das Gefäß wurde dann rotiert, um dieSauce und die
Peststoffe zum fertigen Produkt zu mischen.
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- 15 Beispiel 2:
Die Vorspeise "Hühnchen ä la king" wurde durch Beladen des
Gefäßes 1 mit einer Mischung aus 65% Hühnerfleisch, 20% Pilzen,
6% rotem Pfeffer, 3% grünem Pfeffer, 3% Zwiebeln und J>% Erbsen
beladen. Eine Mischung, bestehend aus Speiseöl und Hühnerbrühe, wurde dann in einer Menge zugeführt, daß die Mischung 15% des
Gesamten bildete. Das Gefäß wurde dann mit 3 U/min rotiert und Dampf durch die Düse 8 eingeführt, um die Kopfraumtemperatur
auf 1300C zu halten.
Nach annähernd einer Mintfce und 30 Sekunden wurde vorerhitzte
Hühnerbrühe aus einer vorhergehenden Charge bei 1300C aus dem
Druckgefäß 22 in das Gefäß 1 über Pumpe 23, Ventil 14 und
Düse 8 inj iziert.
Die Rotation des Gefäßes 1 wurde fortgesetzt und Dampf eingeführt,
bis der integrierte Sterilisationszeitwert den vorgegebenen Wert erreichte. Die Drehung des Gefäßes wurde während
des zweiten Teiles dieses Erhitzungsprozesses intermittierend betrieben, wobei das Gefäß alle 20 Sekunden eine vollständige
Umdrehung ausführte und während einer Periode von 40 Sekunden
stillstand, bevor das Gefäß die Drehung wieder aufnahm. Am Ende
des Erhitzungsprozesses wurde kaltes Wasser durch den Mantel des Gefäßes 1 zirkuliert und die Drehung des Gefäßes kontinuierlich
durchgeführt. Nachdem die Temperatur der Peststoffe, des
Kondensates und des Schmiermittels 6O0C erreichte, wurde der
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Filterkopf 29 abgesenkt, der Luftdruck im Kopfraum auf den im Beispiel 1 angegebenen Wert reduziert und die Flüssigkeit über
Leitung 9 und Ventil 21 in das Druckgefäß 22 überführt. Die im Gefäß 22 wiedergewonnene Flüssigkeit steht zur Wiederaufheizung
durch Injektion während des nächsten Zyklus zur Verfügung. Sie kann auch abgekühlt und in sterilem Zustand gespeichert werden.
Gekühlte sterile Sauce wurde dann über die Zuleitung 30 und
das Ventil 31 den gekühlten sterilen Feststoffen in dem Gefäß 1 beigemengt. Das Gefäß wurde zur Erzielung einer Mischung der Sauce mit den Feststoffkomponenten zur Fertigstellung des fertigen Produktes erneut rotiert.
das Ventil 31 den gekühlten sterilen Feststoffen in dem Gefäß 1 beigemengt. Das Gefäß wurde zur Erzielung einer Mischung der Sauce mit den Feststoffkomponenten zur Fertigstellung des fertigen Produktes erneut rotiert.
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Claims (14)
1. Chargenweise arbeitendes Verfahren zum Sterilisieren von teilchenförmigen Feststoffen, bei dem die Chargenmenge an
teilchenformigern Feststoffen, die zu sterilisieren ist, in einem rotierend antreibbaren Gefäß einer taumelartigen
Bewegung unterworfen und dabei erhitzt und nach dem Sterilisieren aus dem Gefäß abgezogen wird, dadurch
gekennzeichnet, daß eine als Schmiermittel
wirkende Flüssigkeit unter Druck in das Gefäß nach einer anfänglichen Erhitzungsphase injiziert wird, wobei das
Schmiermittel bei einer Temperatur oberhalb der Temperatur der Feststoffe zugeführt wird, und daß Feststoffe und
Schmiermittel anschließend auf der Sterilisationstemperatur während Aufrechterhaltung der taumelartigen Bewegung
gehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Erhitzen wenigstens teilweise durch direkte Einführung eines Dampfes in das Gefäß und
durch Kondensieren des Dampfes durchgeführt wird.
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ORIGINAL INSPECTED
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichnet, daß die Feststoffe aus dem
Gefäß unter aseptischenBedingungen abgezogen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 33 dadurch
gekennze ichnet, daß eine minimale Menge an schmierender Flüssigkeit den Feststoffteilchen vor der Einführung
des Dampfes beigemischt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die schmierende Flüssigkeit Wasser umfaßt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die schmierende Flüssigkeit eine Flüssigkeit umfaßt, welche
aus einer vorangehend behandelten Charge wiedergewonnen und vor dem Injizieren erneut erhitzt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die schmierende Flüssigkeit ein öl umfaßt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel eine Flüssigkeit in Form einer Emulsion
aus öl und Wasser ist.
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9. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Peststoffe in dem Gefäß vor ihrem Abzug abgekühlt
werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet,
daß die Abkühlung unter erhöhtem Druck erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dampf in dem Gefäß während der Abkühlungsphase durch ein steriles Gas ersetzt wird, das
durch ein Sterilisierungsfilter hindurch zugeführt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß während der Hitzebehandlung kontinuierlich
rotiert wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß während
der Hitzebehandlung das Gefäß auf periodischer Basis intermittierend angetrieben wird.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die schmierende Flüssigkeit von einem sterilen Heizkreis
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aus injiziert und aus dem Gefäß abgezogen und in den
sterilen Heizkreis wieder eingeführt wird.
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