DE102006009156A1

DE102006009156A1 - Verfahren zum Aufschließen von flüssigkeitsarmen biologischem Material sowie Vorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE102006009156A1
Application number: DE200610009156
Authority: DE
Inventors: Daniela Hoffmann
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-09-06

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Aufschließen von wenig Flüssigkeit enthaltenden biologischen Materialien, insbesondere getrockneten Pflanzenteilen, vorgeschlagen, bei welchem zunächst in die Zellen des biologischen Materials eine Penetrationsflüssigkeit eingebracht wird (Reaktor 16), z. B. durch Aufsaugen oder Quellenlassen. Das so mit Penetrationsflüssigkeit angereicherte biologische Material wird einer Elektroporationsbehandlung (Reaktor 20) unterzogen, durch welche die Zellwände perforiert werden.

Description

Wirkstoffe, die als Heilmittel, Nahrungsergänzungsmittel, Aromen, Duftstoffe, Farben usw. dienen, oder sonstige für die Lebenshaltung oder in der Industrie verwertbare Stoffe, die in der Natur vorkommen, finden sich oft in den Zellen biologischer Materialien. Diese biologischen Materialien sind aus Zellen aufgebaut, die jeweils eine Zellmembran umfassen, welche den Zellinhalt umschließt.
Um an die verschiedenen Wirkstoffe, die im Zellinhalt, aber auch in der Zellembran selbst enthalten sind, heranzukommen, muß die Zellmembran geöffnet werden. Hierfür finden insbesondere mechanische Verfahren zum Zerstören der Zellmembran Verwendung. Auch physikalische Verfahren (z.B. Kochen), chemische Verfahren und biologische Verfahren (Fermentierung u. ä.) sind zum Freisetzen von Wirkstoffen bekannt.
Unter Wirkstoff soll hier nicht nur ein Wirkstoff im engen pharmakologischen Sinne verstanden werden, sondern auch jeder (wegen Anwesenheit oder Abwesenheit) wirtschaftlich interessante Stoff.

In jüngerer Zeit verwendet man auch die Elektroporation zum Öffnen von Zellmembranen. Die Elektroporation ist jedoch auf solche biologische Materialien beschränkt, die wasser- und/oder ölhaltige Zellen umfassen.

Manche biologische Materialien, die Wirkstoffe enthal ten, enthalten aber in ihren Zellen kaum Wasser oder kein Wasser mehr. Es sind dies z.B. getrocknete Pflanzenteile oder Pflanzenteile, die von Hause aus nur geringen Wassergehalt haben, z.B. Rinden, bestimmte Pflanzenwurzeln oder Nadeln von Tannen, Latschen etc..

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Verfahren geschaffen werden, welches auch bei derartigen biologischen Materialien, die keine oder nur wenig Flüssigkeit enthalten, einen effektiven und schonenden Aufschluß ermöglicht.

Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Durch die vorliegende Erfindung wird es erstmals möglich, auch für diese Materialien ein schonendes und sehr effektives Aufschließen der Zellen zu erhalten.

Dies gelingt bei (verglichen mit thermischen Methoden) geringem Energieeinsatz und geringer Erwärmung des biologischen Materiales und damit schonend. Die Ausbeute beim Extrahieren von Wirkstoffen und Schadstoffen in einem sich an das Aufschließen anschließenden Extraktionsschritt ist verbessert. Die Behandlungszeit ist verkürzt. Auch erfolgt der Aufschluß im gesamten Volumen im wesentlichen synchron und damit homogen.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu seiner Durchführung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist im Hinblick auf ein besonders schonendes Wiedereinbringen von Flüssigkeit in die Zellen des biologischen Materiales von Vorteil.

Dabei zeichnet sich das Verfahren gemäß Anspruch 3 dadurch aus, daß das Wiedereinbringen von Flüssigkeit in die Zellen in kurzer Behandlungszeit erfolgt.

Der Anspruch 4 gibt bevorzugte Beispiele für die Temperatur an, bei welcher das Wiedereinbringen von Flüssigkeit in die Zellen erfolgt.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 dient der Beschleunigung des Wiedereinbringens von Flüssigkeit in die Zellen.

Während der Elektroporationsbehandlung ist die zu behandelnde Mischung aus biologischem Material und Penetrationsmedium einem starken elektrischen Feld ausgesetzt. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht, daß diese Mischung von gasförmigen Komponenten befreit wird, die zu Durchschlägen durch die Mischung während der Elektroporationsbehandlung führen könnten.

Bei gasförmigen Bestandteilen, welche sich in der Mischung aus Penetrationsflüssigkeiten und biologischem Material befinden, kann es sich um kondensierbare Dämpfe handeln, z.B. niedersiedende ätherische Öle oder dergleichen.

Mit dem Verfahren gemäß Anspruch 7 wird erreicht, daß diese Bestandteile gesammelt und einer Wiederverwendung oder einer kontrollierten Entsorgung zugeführt werden können.

Das im Anspruch 8 angegebene Verfahren zeichnet sich durch ein besonders schonendes Wiedereinbringen von Flüssigkeit in das biologische Material aus.

Dabei sind die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 9 und 10 im Hinblick auf gute Effektivität und kurze Behandlungszeit von Vorteil.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 dient einem intensiven und raschen Wiederzuführen von Flüssigkeit zum Inneren der Zellen des biologischen Materiales.

Dabei ist die Verfahrensführung gemäß Anspruch 12 wiederum im Hinblick auf Verkürzung der Behandlungszeit von Vorteil.

Beim Einbringen von Penetrationsmedium unter Druck haben sich die im Anspruch 13 angegebenen Drucke besonders bewährt. Diese Drucke lassen sich auch unter Verwendung von druckfesten Reaktoren verwenden, wie sie üblicherweise in chemischen Betrieben vorgehalten werden.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 dient einer Vergrößerung der Oberflächen und der Verbesserung des Zugangs zum Inneren des biologischen Materiales.

Eine mechanische Zerkleinerung kann mit den herkömmlichen Zerkleinerungseinrichtungen, insbesondere Mühlen erfolgen. Als Beizen eignen sich insbesondere solche Chemikalien, die das Penetrationsmedium abweisende Oberflächenschichten des biologischen Materiales beschädigen oder entfernen. Auch durch Bestrahlung mit Licht oder ionisierenden Strahlen kann man die Oberflächen von biologischem Material so konditionieren, daß die Durchlässigkeit von Penetrationsmedium verbessert wird.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 15 wird erreicht, daß die behandelten Oberflächen des biologischen Materiales beim Eindringen des Penetrationsmediums noch unverändert vorliegen. Auch wird durch das soforti ge Weiterverarbeiten des vorbehandelten Materiales gewährleistet, daß sich dort keine degenerativen Prozesse wie Oxidation oder dergleichen abspielen.

Als den Zugang zum Zellinnern verbesserte Vorbehandlung kann auch ein erstes Elektroporationsverfahren verwendet werden, wie im Anspruch 16 angegeben. An diese schließt sich dann eine weitere Elektroporationsbehandlung an.

Gemäß Anspruch 17 kann man den Effekt der ersten Elektroporationsbehandlung noch dadurch verstärken, daß man den zurückgeführten Teil der ersten Elektroporationsbehandlung unterworfenen Materiales einer Zwischenbehandlung unterzieht.

Anspruch 18 gibt verschiedene Möglichkeiten für eine solche Zwischenbehandlung an. Es handelt sich hierbei im Prinzip um die gleichen Behandlungen, welche auch als Vorbehandlung in Frage kommen.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 19 erhält man eine besonders gute Penetration des Zellinnern mit Flüssigkeit, da bei dem zweiten Penetrationsschritt die bei der ersten Elektroporation geschaffenen Zellwanddefekte das Eindringen von Flüssigkeit in das Zellinnere unterstützen.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 20 ist im Hinblick auf ein besonders effektives Einbringen von Flüssigkeit in das Innere der Zellen des biologischen Materiales von Vorteil.

Das Verfahren gemäß Anspruch 21 gestattet es, aus dem elektroporierten Material eine als Wirksubstanz gewünschte oder als Schadstoff unerwünschte Komponente zu extrahieren.

Dabei ist die Weiterbildung nach Anspruch 22 im Hinblick auf eine hohe Ausbeute der Extraktion der genannten Komponenten von Vorteil.

Die im Anspruch 23 angegebenen Feldstärken haben sich besonders gut zur Elektroporation von biologischen Materialien bewährt.

Dabei gestattet es das Verfahren nach Anspruch 24, die Feldstärke unter Berücksichtigung der Größe der Zellen des biologischen Materiales optimal einzustellen.

Beim Elektroporieren von Material werden an die Elektroden des Elektroporationsreaktors sehr kurze Hochspannungsimpulse angelegt, die bei ordnungsgemäßem Betrieb zu den Raum zwischen den Elektroden im wesentlichen gleichförmig ausfüllenden Stromimpulsen führen, welche durch die zu behandelnde Mischung fließen. Dabei erzeugt der Strom an den Zellen den im Anspruch 24 angesprochenen Potentialunterschied. Für die Effektivität der Elektroporationsbehandlung ist mit entscheidend, daß dort, wo Raum durch Zellen des biologischen Materiales erfüllt ist, der Strom überwiegend durch die Zellen hindurchgeht und nicht im Kurzschluß um die Zellen herumfließt. Andererseits muß überhaupt ein Strom fließen, damit man den gewünschten Spannungsabfall über die Zellen erhält. Führt man das Elektroporationsverfahren gemäß Anspruch 25, so ist die Leitfähigkeit der Mischung auf einen Wert eingestellt, der ein gutes Elektroporationsergebnis gewährleistet.

Anspruch 26 gibt bevorzugte Werte für die Länge der zur Elektroporation verwendeten Feldimpulse an.

Anspruch 27 nennt Frequenzen, mit denen die zur Elektro poration verwendeten Feldimpulse bevorzugt aufeinanderfolgen.

Anspruch 28 gibt die Gesamtanzahl von Feldimpulsen an, denen biologisches Material während der Behandlung im Elektroporationsreaktor unterworfen sein sollte.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 29 ist im Hinblick darauf von Vorteil, die im Elektroporationsreaktor erzeugten Stromimpulse bevorzugt durch das Innere der Zellen des biologischen Materiales zu leiten.

Das Verfahren gemäß Anspruch 30 ist für gängige getrocknete oder wenig Flüssigkeit enthaltende biologische Materialien bevorzugt. Auch im Hinblick auf lebensmittelrechtliche oder arzneimittelrechtliche Vorschriften ist Wasser oder eine wässrige Lösung ein bevorzugtes Penetrationsmedium und/oder Trägermedium.

Für das Trägermedium werden in der Regel größere Volumina benötigt als für das Penetrationsmedium. Das Trägermedium muß nach der Elektroporationsbehandlung in der Regel auch entsorgt werden. Insofern ist das Verfahren gemäß Anspruch 31 besonders vorteilhaft, da für die Aufbereitung von Wasser und dessen Entsorgung oder Wiederverwendung bewährte Verfahren bekannt sind.

Für manche biologische Materialien ist es vorteilhaft, ein gas- oder dampfförmiges Penetrationsmedium oder Trägermedium zu verwenden, wie im Anspruch 32 angegeben.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 33 erfolgt das Hindurchbewegen des biologischen Materiales durch den Elektroporationsreaktor besonders schonend und unter geringer Reibung an den Wänden und unter geringer innerer Reibung der Mischung.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 34 ist im Hinblick auf eine gute Trennung von elektroporiertem Material und Trägermedium von Vorteil.

Dabei ist die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 35 im Hinblick auf die Trennung des Trägermediums von dem behandelten biologischen Material dann von Vorteil, wenn das behandelte biologische Material ein wasserhaltiges Material ist.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 36 ist im Hinblick auf ein effektives und rasches Wiedereinbringen von Flüssigkeit in das biologische Material von Vorteil.

Das Verfahren gemäß Anspruch 37 dient zum effektiven Gewinnen eines Wirkstoffes aus dem biologischen Material.

Mit dem Verfahren gemäß Anspruch 38 kann man Schadstoffe aus einem biologischen Material entfernen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 40 erlaubt das Erzeugen von starken Hochspannungsimpulsen unter Verwendung einer nicht zu aufwendigen Ladeschaltung.

Bei der Vorrichtung gemäß Anspruch 41 hat man eine laufende Information über den korrekten Ablauf der Elektroporationsbehandlung und kann Abweichungen vom Sollverlauf zum Kompensieren der Abweichung verwenden. Dies kann entweder über einen Arbeitsparameter des Vorbehandlungsreaktors, einen Arbeitsparameter des Elektroporationsreaktors oder einen Arbeitsparameter der Fördereinrichtung erfol gen, welche die Mischung durch den Elektroporationsreaktor bewegt, oder auch durch Kombinationen der vorgenannten Einflußmöglichkeiten.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 42 ist im Hinblick auf das Kleinhalten von gas- und dampfförmigen Komponenten in der vorbehandelten Mischung von Vorteil und damit im Hinblick auf das Verhindern von Durchschlägen im Elektroporationsreaktor.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 43 ist wieder im Hinblick auf kurze Behandlungszeit im Vorbehandlungsreaktor von Vorteil.

Eine Vorrichtung, wie sie im Anspruch 44 angegeben ist, erlaubt ein weitgehend automatisiertes Abwickeln von Vorbehandlung und Elektroporationsbehandlung.

Bei einer Vorrichtung gemäß Anspruch 45 kann man die Schneckenpumpe dazu verwenden, Druckunterschiede zwischen dem Vorbehandlungsreaktor und dem Elektroporationsreaktor einzustellen. So kann man insbesondere im Vorbehandlungsreaktor einen Unterdruck zu Entgasungszwecken aufrechterhalten, während man im Elektroporationsreaktor einen Überdruck einstellt, der im Hinblick auf die Vermeidung von elektrischen Durchschlägen von Vorteil ist.

Hierzu kann man am Ausgang des Elektroporationsreaktors eine Zellenradschleuse, eine Drossel, ein Ventil, insbesondere ein Quetschventil oder eine andere einen Druckunterschied aufnehmende Komponente, z.B. eine Pumpe vorsehen.

Ist die Schneckenpumpe ebenfalls gemäß Anspruch 45 in ihrer Drehzahl steuerbar, so kann man über den Durchsatz von Mischung durch den Elektroporationsreaktor rasch Einfluß auf die Elektroporationsbehandlung nehmen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 46 ist im Hinblick auf eine flexible, rasche und sichere Anpassung der Arbeitsparameter der Vorrichtung an verschiedene zu behandelnde biologische Materialien von Vorteil.

Bevor Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben werden, sollen zunächst allgemeine Gesichtspunkte bei der Realisierung der Erfindung behandelt werden, wobei auf den komplexeren Fall des Aufschlusses von flüssigkeitsarmem biologischem Material Bezug genommen wird. Der einfachere Fall des Aufschlusses von biologischem Material, dessen Zellen schon ausreichend Flüssigkeit erhalten, erfolgt sinngemäß, indem man den Schritt der Flüssigkeitsanreicherung weglässt.

Manche biologische Materialien, die Wirkstoffe enthalten, enthalten in ihren Zellen kaum Wasser oder kein Wasser mehr. Es sind dies z.B. getrocknete Pflanzenteile oder Pflanzenteile, die von Hause aus nur geringen Wassergehalt haben, z.B. Rinden, bestimmte Pflanzenwurzeln oder Nadeln von Tannen, Latschen etc..

Erfindungsgemäß wird dem flüssigkeitsarmen biologischen Material zunächst in einem ersten Verfahrensschritt ein Penetrationsmedium zugeführt, das sich in die Zellen einbaut, und in einem zweiten Verfahrensschritt werden die Zellwände des mit Penetrationsmedium angereicherten biologischen Materiales in einem Trägermedium verteilt und durch Elektroporation zerstört.

Es kommen insbesondere flüssige und gasförmige Penetrationsmedien in Betracht. Sie haben generell die Aufgabe die elektrische Leitfähigkeit der Zellen auf einen Wert einzustellen, der im Leitfähigkeitsspektrum flüssigkeitsreicher lebender Zellen liegt, z.B. dem der Blätter von Laubbäumen, Salaten und Früchten. In der Praxis bedeutet dies eine Leitfähigkeit einer aus den letzgenannten Materialien hergestellten Maische von etwa 0,1 mS/cm bis etwa 100 mS/cm, meistens zwischen etwa 0,5 mS/cm und 30 mS/cm.

Unter biologischem Material soll in den Ansprüchen und in der vorliegenden Beschreibung jegliches Material verstanden werden, bei welchem ein Zellinhalt von einer Zellwand umschlossen ist. Es kann sich hierbei sowohl um eukaryotische Materialien (wie pflanzliche Materialien) als auch um prokaryotische Zellen handeln.

Diese Materialien unterscheiden sich nicht unerheblich in der Größe ihrer Zellen. Bei kleinerem Zelldurchmesser wird eine ensprechend höhere elektrische Feldstärke bei der Elektroporation verwendet, um einen Spannungsabfall über den einzelnen Zellen im Bereich von etwa 0,5 V bis etwa 2 V zu erzielen.

Zum Herstellen bzw. Wiederherstellen einer Leitfähigkeit in biologischen Zellen verwendbare Medien werden in den Ansprüchen und in der Beschreibung als Penetrationsmedien bezeichnet, da sie durch die Zellwände oder fehlerhafte Stellen derselben ins Zellinnere eindringen.

Es handelt sich hierbei in erster Linie um Flüssigkeiten und Gase (insbesondere Dämpfe) mit entsprechenden elektrischen Eigenschaften.

Da viele wenig oder kein Wasser enthaltende Zellen Salze enthalten, reicht es oft aus, normales Wasser oder Wasserdampf in die Zellen einzubringen, um dort eine elektrische Leitfähigkeit herbeizuführen.

Unter den geeigneten Penetrationsflüssigkeiten befindet sich nicht nur Wasser, sondern auch wässrige Lösungen, z.B. isotonische Salzlösungen oder vergleichbare biologisch aktive Lösungen. Es können aber auch andere, nicht normalerweise in Zellen angefundene Flüssigkeiten und Gase verwendet werden, die ähnliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wenn sie nur in einem Flüssigkeits-Vorbehandlungschritt in die Zellen des biologischen Materials aufgenommen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die mit Penetrationsmedium angereicherten Zellen des biologischen Materiales in einem Trägermedium in ein elektrisches Wechselfeld gebracht, wie es typischerweise für die Elektroporation verwendet wird.

Geeignete Trägermedien haben eine schwache elektrische Leitfähigkeit. Hierunter soll eine Leitfähigkeit verstanden werden, die nicht wesentlich besser, vorzugsweise schlechter ist als die Leitfähigkeit der Zellen, damit die beim Elektroporieren fließenden Stromimpulse nicht an den Zellen vorbeilaufen.

Typische Leitfähigkeitswerte für gute Trägermedien liegen daher im Bereich von wenigen mS/cm.

Eine weitere Grundeigenschaft der Trägermedien ist ihre Durchschlagfestigkeit unter den zum Elektroporieren verwendeten elektrischen Feldern (typischerweise 1 kV/cm bis hin zu 100 kV/cm).

Ein Elektroporationsfeld umfasst eine Vielzahl aufeinanderfolgender schmaler und hoher Feldimpulse, wobei die Feldstärke so hoch gewählt ist, daß schon existierende kleine Poren und/oder Ionenkanäle in den Zellwänden vergrößert werden oder neue Poren in den Zellwänden geschaffen werden.

Als Trägerflüssigkeit eignet sich insbesondere schwach leitendes Wasser. Unter schwach leitend soll in diesem Zusammenhang ein Wasser verstanden werden, welches typische Trinkwasserqualität oder gehobene Brauchwasserqualität aufweist, also ein Wasser mit einer Leitfähigkeit von 0,1 mS/cm bis etwa 10 mS/cm.

Anstelle von Wasser können jedoch auch andere Flüssigkeiten verwendet werden, sofern sie die entsprechenden elektrischen Eigenschaften aufweisen, die sicherstellen, daß an den einzelnen Zellen des aufzuschließenden Materiales in gegenüberliegenden Randbereichen Potentialunterschiede von größenordnungsmäßig 0,5 V bis 2 V oder mehr erreicht werden.

Das Aufschließen von biologischem Material kann nicht nur mit der Zielsetzung erfolgen, anschließend an das Aufschließen einen nützlichen Wirkstoff zu extrahieren, sondern auch im Hinblick auf die Zielsetzung, aus dem aufgeschlossenen Material einen unerwünschten Schadstoff zu eliminieren, z.B. in einem Nahrungsmittel einen unerwünschten Bitterstoff oder dergleichen.

Die erfindungsgemäß verwendete Elektroporation ist zwar an sich in Verbindung mit wasserhaltigen biologischen Materialien bekannt, wie der Aufsatz von Bluhm, Frey et al. in den Nachrichten des Forschungszentrums Karlsruhe, Jahrgang 35, Heft 3, 2003, Seiten 105 bis 110 zeigt. Die DE 101 44 486 C1 offenbart auch das Aufschließen und Pasteurisieren organischen Materiales durch Elektroporation am Beispiel von Zuckerrüben.

Diese bekannten Verfahren eignen sich aber, wie eingangs dargelegt, nicht für solche biologische Materialien, die flüssigkeitsarm sind.

Auch sind dort keine Maßnahmen getroffen, die dem Auftreten von Durchschlägen entgegenwirken.

Durch die vorliegende Erfindung wird es dagegen möglich, auch bei heiklen Materialien ein schonendes und sehr effektives Aufschließen der Zellen zu erhalten.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufschließen von getrocknetem oder wasserarmem Pflanzenmaterial;
2: eine schematische Darstellung einer Anlage zum Einbringen von Flüssigkeit in getrocknetes biologisches Material sowie zur Elektroporation des wieder mit Flüssigkeit angereicher ten biologischen Materiales;
3: eine ähnliche Darstellung wie 1, in welcher jedoch ein abgewandeltes Verfahren wiedergegeben ist;
4: eine ähnliche Darstellung wie 2, wobei jedoch der Elektroporationsreaktor vertikal ausgerichtet ist und eine abgewandelte Hochspannungs-Schalteinrichtung Verwendung findet;
5: eine ähnliche Ansicht wie 4, bei welcher jedoch eine nochmals abgewandelte Hochspannungsschalteinrichtung gezeigt ist;
6: ein Blockschaltbild einer Hauptroutine, nach welcher ein Rechner die Leitfähigkeit der durch den Elektroporationsreaktor bewegten Mischung aus Trägermedium und biologischem Material einstellt; und
7: eine Unterroutine zu der in 6 gezeigten Hauptroutine.
Einer Zerkleinerungsstation 10 wird gemäß 1 ein Strom 12 aufzuschließenden trockenen Pflanzenmateriales zugeführt. Es kann sich hierbei um getrocknete Lindenblüten, getrocknete Pfefferminze oder andere getrocknete Blüten oder Blätter von Heilpflanzen handeln. Es kann sich hierbei aber auch um andere getrocknete Pflanzenteile handeln, z.B. getrocknete Wurzeln von Pflanzen (z.B. Hauhechelwurzeln). Das pflanzliche Material kann auch ein solches sein, welches von Hause aus nur sehr wenig Flüssigkeit enthält, z.B. Rinden, Holz, Fruchtkerne, Samenkörner oder dgl..
Die Zerkleinerungsstation 10 kann Mittel zum Schneiden, Schnitzeln, Mahlen, Quetschen oder Pressen des pflanzlichen Materiales umfassen. Durch einen Pfeil 14 ist ein Strom zerkleinerten planzlichen Materiales angedeutet. Dieser wird einem Vorbehandlungsreaktor 16 zugeführt, der eine schwach leitfähige Flüssigkeit, insbesondere Wasser enthält.
Das gemahlene pflanzliche Material bleibt im Kontakt mit dem Wasser ausreichend lange im Vorbehandlungsreaktor 16; so lange bis Wasser in das Innere der Zellen eingedrungen ist. Dieses Eindringen von Wasser kann man dadurch unterstützen, daß man den Inhalt des Vorbehandlungsbehälters 16 auf eine Temperatur einstellt, die bei druckfreiem Vorbehandlungsbehälter und Verwendung von Wasser als Penetrationsflüssigkeit zwischen 5°C und 95°C liegen kann.
Alternativ kann man das Einbringen von Wasser in die Zellen des pflanzlichen Materiales mit überhitztem Wasserdampf vornehmen, wobei eine Temperatur von bis etwa 150°C aus apparativen Gründen und Gründen des Schutzes des biologischen Materiales bevorzugt werden.
Nochmals im Hinblick auf die Schonung des pflanzlichen Materiales und insbesondere von in diesem enthaltenden Eiweißen wird eine Temperatur des Wasserdampfes von etwa 50°C bis etwa 80°C bevorzugt, wobei man vorteilhaft auch den Druck des Wasserdampfes so erniedrigt, daß das Wasser bei der genannten Temperatur siedet. Dies bedeutet bei einer Temperatur von 80°C einen Druck von etwa 0,47 bar, bei 70°C einen Druck von 0,32 bar und bei 50°C einen Druck von 0,12 bar.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Arbeitstemperatur und Behandlungsdauer im Vorbehandlungsreaktor 16 im Hinblick darauf gewählt wird, das Eindringen von Wasser ins Innere der Zellen zu begünstigen, nicht aber im Hinblick darauf, aus den Zellen Wirkstoffe herauszuwaschen.
Nach ausreichender Verweilzeit im Vorbehandlungsreaktor 16 wird ein mit 18 symbolisch dargestellter Maischestrom aus zerkleinertem wieder mit Wasser angereichertem biologischen Material und Wasser in einen Elektroporationsreaktor 20 überführt. Dort wird die Maische einer Aufeinanderfolge sehr kurzer hoher Feldimpulse ausgesetzt, deren Größe so bestimmt ist, daß man über eine Zelle einen Spannungsabfall von etwa 0,5 bis 2 V erhält.
Bei Zellabmessungen im Bereich von einigen μm bis einigen 100 μm sowie bei gängigen Leitfähigkeiten von pflanzlichen Maischen von einigen zig-μS/cm bis einigen zig-mS/cm bedeutet dies, das Erzeugen elektrischer Feldstärken im Inneren des Elektroporationsreaktors im Bereich zwischen 1 kV/cm und 100 kV/cm.
Im einzelnen wird man die Feldstärke je nach dem aufzuschließenden Material wählen. Dabei kann man in kleinerem Ausmaße auch durch Vergrößerung der Länge der einzelnen Feldimpulse einen fehlenden Amplitudenteil der Feldimpulse ausgleichen, was die Verwendung eines einfacheren und preisgünstigeren Impulsgenerators ermöglicht.
Am Ausgang des Elektroporationsreaktors 20 erhält man somit einen Materialstrom 22, der nun als Trägermedium dienendes übriges Penetrationswasser, Zellwandhüllen und Zellinhalte umfasst.
Der aufgeschlossene Materialstrom 22 kommt ggf. nach Abtrennung des Trägerwassers in eine Extraktionsstation /Nachbehandlungsstation 24, in welcher unter Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels und/oder physikalisch (mechanisch und/oder unter Druckeinwirkung und/oder Erwärmung) der gewünschte Wirkstoff aus dem Zellinhalt und/oder den Zellwänden herausgelöst wird (durch die Zerstörung der Zellwände werden auch an und/oder in diesen gelagerte Stoffe für eine Extraktion besser zugänglich).
Ein Extraktstrom 26 kann von der Extraktionsstation 24 abgezogen werden, während ein Material-Reststrom 28 entsorgt wird, der das Trägerwasser und in diesem verbliebene nicht extrahierte Anteile des Materialstromes 22 umfasst.
Das oben beschriebene Verfahren kann chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt werden, wobei die verschiedenen Reaktoren mit kontinuierlich arbeitenden Drehschleusen oder entsprechenden intermittierend betätigten Ventilen versehen werden, was hier nicht im einzelnen erläutert zu werden braucht.
Auch tierisches Material, aus dem Wirkstoffe gewonnen werden sollen, wird oft zunächst getrocknet, um es vor der Verarbeitung länger lagern oder über größere Strecken preisgünstig transportieren zu können. Es kann dann genau so verarbeitet werden, wie oben unter Bezugnahme auf pflanzliche Materialien beschrieben.
Bei den oben beschriebenen Verfahrensbeispielen handelte es sich um solche, bei denen organische Wirkstoffe aus den Ausgangsmaterialien gewonnen werden sollten. Es versteht sich, daß man dieses Verfahren auch gleichermaßen dazu verwenden kann, anorganische Stoffe aus biologischem Material zu gewinnen ("leaching").
Bei den oben beschriebenen Verfahren lag auch das Interesse an den aus dem Ausgangsmaterial gewonnenem Wirkstoffen. Man kann das erfindungsgemäße Verfahren aber auch als Reinigungsverfahren verwenden, bei welchem aus einem Ausgangsmaterial ein unerwünschter löslicher Schadstoff entfernt wird. In diesem Falle wird dann der Extraktstrom 26 verworfen, während der Materialreststrom 28 einer weiteren Verwertung zugeführt wird.
Abwandlungen des oben beschriebenen Verfahrens sind in 1 durch gestrichelte Linien dargestellt.
Erste Variationen des Verfahrens beziehen sich darauf, daß zumindest ein Teil des Materialstromes 22 wieder einer vorhergehenden Verfahrensstufe zugeführt wird.
Für manche Materialien kann es vorteilhaft sein, einen vollständigen Aufschluß des Materiales nicht in einem einzigen Durchlauf durch den Elektroporationsreaktor 20 zu bewerkstelligen, da dieser dann zu viel Zeit (und Energie) benötigen würde. Der Materialstrom wird daher gemäß einer Variante auf einem Weg 30 über eine Zwischenbehandlungsstation 32 zum Eingang des Elektroporationsreaktors 20 zurückgeführt.
Die Zwischenbehandlung 32 kann einfach eine Lagerung des Elektroporations-behandelten Materialstromes in einem Behälter für eine vorgegebene Zeitspanne beinhalten, bei der durch weiteres Quellen ausgehend von schon erzeugten Perforationen neue Angriffspunkte für einen weiteren Elektroporationsschritt geschaffen werden.
Die Zwischenbehandlung kann aber auch in einer chemischen Behandlung bestehen, welche ausgehend von dem im ersten Elektroporationsschritt erzeugten Fehlern in den Zellwänden neue Angriffspunkte für eine folgende weitere Elektroporation bilden.
Auch kann man dadurch, daß man ins Innere der Zellen über bei der ersten Elektroporation erzeugte Zellwandfehler eine stärker elektrisch leitende Flüssigkeit eindiffundieren läßt, bei einer weiteren Elektroporation, bei welcher weiterhin schlecht leitende Trägerflüssigkeit verwendet wird, den Strom durch den Reaktor stärker durchs Innere der einzelnen Zellen richten und so deren Zerstörung verbessern.
Bei einer weiteren Variante wird ein Teil des Materialstromes 22 über einen Weg 34 zum Einlaß des Vorbehandlungsreaktors 16 zurückgeführt. Man erhält so ein vollständigeres Wiederfüllen der einzelnen Zellen mit Flüssigkeit, da dies durch bei der ersten Elektroporation in der Wand erzeugte Fehler unterstützt wird.
Schließlich kann man einen Teil des Materialstromes 22 über einen Weg 36 auch zum Einlaß der Zerkleinerungsstation 10 zurückführen und so beim mechanischen Zerkleinern davon Gebrauch machen, daß das Material bei der ersten Elektroporation schon mechanisch geschwächt wurde. Man kann so das Material unter geringem Energieeinsatz auch sehr fein zerkleinern, was beim trockenen Material mit intakten Zellwänden schlechter möglich war.
Weitere Varianten des in 1 gezeigten Verfahrens bestehen darin, daß man Teile des Materialreststromes 28 zu vorhergehenden Stufen des Verfahrens zurückführt. Diese Rückführungen sind durch Wege 38, 40, 42 angedeutet, die zum Elektroporationsreaktor 20, zum Anreicherungsreaktor 16 bzw. zur Zerkleinerungsstation 10 zurückführen. Die hiermit erhaltenen Vorteile liegen generell in einem intensiveren Aufschluß, ähnlich wie für die Wege 30, 34, 36 beschrieben.
Zur Steuerung der Durchsätze in den Wegen 30, 34, 36, 38, 40, 42 sind in diesen entsprechende Durchsatzregler D30, D34, D36, D38, D40, D42 vorgesehen. Diese können im konkreten Falle durch ein Proportionalventil gebildet sein, welches durch einen Servomotor bewegt wird, der seinerseits durch eine Steuerung aktiviert wird.
In weiterer Abwandlung des in 1 gezeigten Verfahrens können auch in den Wegen 34 bis 42 Zwischenbehandlungen vorgesehen sein, um die Zellwände weiter zu schwächen und so die Trennung zwischen gewünschten und unerwünschten Bestandteilen des biologischen Materiales zu verbessern.
2 zeigt schematisch Einzelheiten des Vorbehandlungsreaktors 16 und des Elektroporationsreaktors 20 sowie einer zugehörigen Steuerung.
Der Vorbehandlungsreaktor 16 umfasst einen Behälter 44 mit kegelförmigem Auslaßabschnitt, der druckdicht abgeschlossen ist und dem über eine erste Leitung 46 Wasser und über eine zweite Leitung 48 das zerkleinerte biologische Material zugeführt wird, welchen die Zerkleinerungsstation 10 bereitstellt.
Steuerbare Durchsatzregler D46 und D48 dienen wieder zum Einstellen der Materialströme in den Leitung 46 und 48.
Im Inneren der Behälters 44 ist ein Volumen 50 aus Wasser und zerkleinertem biologischen Material schematisch dargestellt.
Ein Elektromotor 52 ist vorgesehen, um einen Rührer 54 zu drehen.
Im Behälter 44 ist ein Temperierstab 56 vorgesehen, um den Behälterinhalt auf eine von der Umgebungstemperatur abweichende Temperatur zu bringen, die typischerweise zwischen etwa 5°C und etwa 95°C, vorzugsweise zwischen etwa 15°C und etwa 50°C liegen kann.
Die im Behälter 44 herrschende Temperatur wird durch einen Temperaturfühler 58 gemessen.
Das Innere des Behälters 44 wird unter Verwendung einer Vakuum-Pumpe 60 evakuiert, um aus der Mischung aus Wasser und gemahlenem biologischen Material Restluftanteile abzusaugen. Ein Drucksensor 61 überwacht das Vakuum im Behälter 44.
Der Auslaß der Vakuum-Pumpe 60 ist über eine Kältefalle 62 mit einer Abluftleitung 64 verbunden. Das sich in der Kältefalle 62 ansammelnde Kondensat kann über ein Ventil 66 abgezogen werden.
Bei dem Kondensat kann es sich je nach verwendetem biologischem Material z.B. um leicht flüchtige ätherische Öle handeln, die einer Weiterverwendung zugeführt werden können.
Der Auslaß des Behälters 44 ist mit einer Schneckenpumpe 68 verbunden, die durch einen Elektromotor 70 angetrieben wird, der drehzahlsteuerbar ist.
Der Auslaß der Schneckenpumpe 68 ist mit dem Einlaß des Elektroporationsreaktors 20 durch eine Leitung 72 verbunden. Dort hält die Schneckenpumpe 68 einen atmosphärischen Druck oder einen Überdruck aufrecht, wodurch gewährleistet ist, daß im Elektroporationsreaktor 20 unter den dort herrschenden elektrischen Feldern die Zahl durch Gaseinschlüsse bedingter Spannungsüberschlägen klein gehalten wird.
Um den im Inneren des Elektroporationsreaktors 20 durch die Schneckenpumpe 68 eingestellten Druck an Atmosphärendruck (oder sonstigen Folgedruck) heranzuführen, ist in einer das elektroporierte Material abführenden Auslaßleitung 73 eine Zellenradschleuse 75 vorgesehen. Alternativ ist zur Druckerniedrigung eine Drossel, ein Durchsatzregler oder ein Ventil verwendbar, zu einer weiteren Druckerhöhung eine weitere Pumpe.
Der Elektroporationsreaktor 20 hat ein aus durchschlagfestem isolierendem und schlagzähem Material gefertigtes Gehäuse 74, welches einen flachen Reaktionskanal 78 mit rechteckigem Querschnitt aufweist. In der Praxis kann die Höhe des Reaktionskanales 78 etwa 5 mm bis 200 mm, vorzugsweise etwa 40 mm betragen.
Als Material für das Gehäuse 74 kommen insbesondere in Frage: Kunststoffe und faserverstärkte Kunststoffe, insbesondere transparente oder transluzente Kunststoffe wie Polycarbonat; Glas, insbesondere Verbundglas; hochfeste Industriekeramik, ggf. auch faserverstärkt.
In die in der Zeichnung obere und untere Begrenzungsfläche des Reaktionskanales 78 sind Elektroden 80, 82 bündig eingesetzt, die als Metallplatten ausgebildet sind. Vorzugsweise umfaßt das Plattenmaterial (ggf. als Beschichtung) Edelstahl, Titan oder Titan-Iridium, Edelmetall, insbesondere Gold, Silber Platin.
Die Elektroden 80, 82 sind an den Kanten großzügig abgerundet, um dort Feldspitzen zu vermeiden.
Von diesen ist die untere Elektrode 82 über einen Meßwiderstand 84 mit Erde verbunden, während die obere Elektrode 80 über einen steuerbaren Schalter 86 mit einer Kondensatorbatterie verbunden ist, die als einziger Kondensator 88 dargestellt ist.
Ein Spannungsteiler 89 gestattet die Messung der an den Elektroden 80, 82 liegenden Spannung und in Verbindung mit dem durch den Meßwiderstand 84 gebildeten Stromfühler die Messung der elektrischen Leistung.
Das Aufladen des Kondensators 88 erfolgt über einen Ladewiderstand 90 durch eine Hochspannungs-Ladeeinheit 92. Diese braucht für kleinere Elektroporationsreaktoren, wie sie in Verbindung mit dem Aufschließen von Heilpflanzen Verwendung finden können, nur Ströme von einigen mA bis zu einigen A bereitzustellen.
Zur Steuerung des Schalters 86 ist ein Steuerkreis 94 vorgesehen, der an zwei Eingangsklemmen ein Signal τ, welches die Länge eines Schaltimpulses vorgibt, sowie ein Signal T erhält, welches den zeitlichen Abstand von Schaltimpulsen vorgibt.
Zusätzlich kann der Steuerkreis 94 eine Steuerklemme V aufweisen, an welcher vorgebbar ist, bei welcher Spannung der Schalter 86 betätigt werden soll.
Die Steuersignale τ, T und V werden von einem Prozeßrechner 96 bereitgestellt. Wie durch ein Leiterbündel D angedeutet, besorgt der Prozessrechner 96 auch die Steuerung der verschiedenen Durchsatzregler D, die in Leitungen der Anlage vorgesehen sind, wie oben beschrieben.
Dem Prozessrechner 96 können über ein Tastenfeld 98 Kennwerte für das jeweils aufzuschließende biologische Material eingegeben werden. Unter Verwendung dieser Kennwerte und diesen zugeordneter Sätze von Arbeitsparametern, die in einem Speicher 100 des Prozeßrechners 96 abgelegt sind, berechnet der Prozeßrechner 96 die jeweils für das betrachtete biologische Material günstigsten Werte für die Spannung, auf welche der Kondensator 88 aufgeladen werden soll, für die Breite τ der Schaltimpulse und für den Abstand T der Schaltimpulse sowie für weitere Arbeitsparameter der Elektropoarationsanlage inkl. des Vorbehandlungsreaktors 16 und anderer in Figur gezeigter Anlagenteile.
Ein Monitor 102 dient der Anzeige von Betriebsparametern der Anlage und der Kontrolle von Eingaben.
Typische Werte für τ sind etwa 10 ns bis etwa 100 μs, vorzugsweise etwa 100 ns bis etwa 50 μs.
Typische Werte für 1/T sind etwa 0,1 Hz bis etwa 500 Hz, vorzugsweise etwa 0,2 Hz bis etwa 50 Hz, nochmals bevorzugt etwa 0,5 Hz bis etwa 40 Hz.
Jedes Mal, wenn ein durch einen Schaltimpuls der Schalter 86 geschlossen wird, entlädt sich der Kondensator 88 über das Maischevolumen, welches sich gerade zwischen den beiden Elektroden 80 und 82 befindet. Dabei treten kurzfristig Ströme im Bereich von einigen Tausend A auf.
Durch diese Ströme wird unter Berücksichtigung der elek trischen Leitfähigkeit der Maische zwischen den oberen und unteren Abschnitten der Zellwand einer Zelle Spannungsunterschiede im Bereich von etwa 2 V erzeugt. Diese Unterschiede sind so groß, daß in den Zellwände schon bestehende kleine Poren und Ionenkanäle irreversibel auf geweitet werden und die Zellwand so zerstört wird.
Wenn die Leitfähigkeit der Maische zu klein ist, ist der Strom, der beim Schließen des Schalters 86 durch die Maische fließt, zu klein. Ist umgekehrt, die elektrische Leitfähigkeit der Maische zu groß, so wird wegen der guten Leitfähigkeit der Maische an den einzelnen Zellen kein so großer Spannungsabfall aufgebaut, daß eine Zerstörung der Zellwände stattfindet.
Aus diesem Grunde muß die Leitfähigkeit der Maische in einem bestimmten Fenster liegen, dessen untere Grenze bei etwa 0,1 mS/cm und dessen obere Grenze bei etwa 100 mS/cm liegt.
Um die Leitfähigkeit der Maische laufend zu überwachen, ist der Meßwiderstand 84 vorgesehen, der mit einem Eingang des Prozeßrechners 96 verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Spannungsteiler 89 verwendet werden.
Der Prozeßrechner 96 ändert bei Feststellung einer Leitfähigkeitsänderung sofort die Spannung, auf die der Kondensator 88 aufgeladen wird derart, daß man wieder den gleichen Spannungsabfall an einer Zelle erhält, so daß das Aufbrechen der Zellwände weiterhin sicher erfolgt. Diese Maßnahme führt aber zu einer stärkeren Belastung der Hochspannungs-Ladeeinheit 92.
Gleichzeitig wird der Prozeßrechner 96 daher die Herstel lung der Maische so beeinflussen (über die Steuerung der Temperatur, des Rührens und die Mengen zugeführten biologischen Materiales und Wassers), daß die elektrische Leitfähigkeit der Maische wieder in den normalen Bereich zurückkehrt. In dem Maße, wie dies erreicht wird, kann dann die Aufladespannung des Kondensators 88 wieder auf den Ausgangwert hin zurückgefahren werden.
Die der Fließgeschwindigkeit des Trägerwassers entsprechende Fördergeschwindigkeit der Zellen durch den Elektroporationsreaktor ist so bemessen, daß die Zellen einer ausreichenden Anzahl von Feldimpulsen ausgesetzt sind, um die Zellwände so stark zu zerstören, daß aus dem Inhalt der Zelle bzw. der Zellwände in einem nachfolgenden Behandlungsschritt mit einer gewünschten Ausbeute und einer gewünschten Extraktionszeit Wirkstoffe entnommen werden können.
Die Gesamtzahl der Feldimpulse, denen das Zellmaterial im Elektroporationsreaktor 20 ausgesetzt ist, die Breite und Frequenz der Feldimpulse und deren Höhe, die Temperatur beim Elektroporieren sowie die Arbeitsparameter beim Vorbereiten der Maische (Zerkleinerungsgrad des trockenen biologischen Materiales, Mischungsverhältnis mit Wasser, etwa verwendete Vorbehandlungsadditive, Temperatur bei der Vorbehandlung, Dauer der Vorbehandlung, Zwischenlagerzeiten) werden jeweils für eine bestimmtes für einen bestimmten Zweck aufzuschließenden Material experimentell bestimmt und im Speicher 100 zum Abruf über das Tastenfeld 98 bereitgehalten. Dabei kann man von Parametern ausgehen, die für von der Zellgröße und von der Zusammensetzung her ähnlichen Zellen früher bestimmt wurden.
In Abwandlung des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles kann man den Schalter 86 durch eine Gasentla dungsstrecke ersetzen. Dabei macht man von der Eigenschaft einer Gasentladungsstrecke Gebrauch, daß diese bei Anlegen einer vorgegebenen Spannung durchbricht. Diese Durchbruchspannung kann man über den Druck des in der Gasentladungsstrecke eingeschlossenen Gases steuern. Eine Drucksteuerung für die Gasentladungsstrecke ersetzt somit im Effekt den Steuerkreis 94.
Das in 3 veranschaulichte Verfahren unterscheidet sich von demjenigen in 1 dadurch, daß zum Wiederherstellen einer Leitfähigkeit im Inneren der Zellen eine Penetrationsflüssigkeit verwendet wird, die sich von der Trägerflüssigkeit unterscheidet, die dazu dient, die Zellen durch den Elektroporationsreaktor zu tragen.
Komponenten der in 3 gezeigten Anlage, die schon unter Bezugnahme auf 1 besprochen wurden, sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen und brauchen nicht nochmals detailliert beschrieben zu werden. Auch sind in 3 die verschiedenen Varianten einer Produktrückführung im Prozeß der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Es versteht sich, daß Rückführwege, welche den Wegen 30, 34, 36, 38, 40 und 42 von 1 entsprechen, auch bei der Anlage nach 3 vorgesehen werden können.
Die Anlage nach 3 unterscheidet sich von derjenigen nach 1 dadurch, daß ein gesonderter Trägerflüssigkeitsstrom verwendet wird, um die Partikel des aufzuschließenden Biomateriales durch den Elektroporationsreaktor 20 hindurchzutragen.
Insbesondere kann als Penetrationsflüssigkeit Wasser verwendet werden, dem die Leitfähigkeit erhöhende Substanzen, insbesondere Salze zugefügt sind, während als Trägerflüssigkeit normales Leitungswasser mit geringerer Leitfähigkeit oder deionisiertes oder destilliertes Wasser verwendet wird.
Die Trägerflüssigkeit kann auch eine solche sein, die sich mit der im Vorbehandlungsreaktor 16 verwendeten Penetrationsflüssigkeit nicht mischt. Vorzugsweise wird in dem Vorbehandlungsreaktor 16 Wasser oder eine wässrige Lösung verwendet. Eine solche Penetrationsflüssigkeit kann in der Regel die Zellwände gut durchdringen, wobei ggf. eine oberflächenaktive Substanz zugemischt werden kann, um von den Zelloberflächen getragene Wachsschichten oder Fettschichten anzugreifen. Als mit Wasser nicht mischbare Trägerflüssigkeit wird dann ein im angegebenen Leitfähigkeitsbereich von 0,1 mS/cm bis 10 mS/cm leitendes Öl verwendet.
Auch Gase kommen als Trägermedium in Frage, sofern sie schwach leitend und durchschlagfest sind. Um eine Schwerkraftentmischung von Trägermedium und biologischem Material zu vermeiden, wird dabei der Elektroporationsreaktor 20 vertikal durchströmt. Gleiches gilt für vorgeschaltete und nachfolgende Anlagenteile.
An den Ausgang des Vorbehandlungsreaktors 16 ist eine Trennstufe 104 angeschlossen, welche die nicht vom biologischen Material aufgenomme Penetrationsflüssigkeit abtrennt. Die Trennstufe 104 kann z.B. ein Filter oder eine Zentrifuge sein. Die dort abgetrennte Penetrationsflüssigkeit kann über eine Leitung 106, die eine Regenerationseinheit 107 enthalten kann, in den Vorbehandlungsreaktor 16 zurückgeführt werden.
Ein steuerbarer Durchsatzregler D106, der ähnlichen Aufbau aufweisen kann, wie die unter Bezugnahme auf die vorstehenden Figuren beschriebenen Durchsatzregler, gibt die Größe des Materialstromes in der Leitung 106 vor.
Ein dem Maischestrom 18a entsprechender, jedoch nur noch wenig Penetrationsflüssigkeit enthaltender Strom 18b aus wieder mit Flüssigkeit angereichertem biologischen Material wird dem einen Eingang einer Mischstufe 108 zugeführt, deren anderer Eingang das Trägermedium erhält. Am Ausgang der Mischstufe 108 erhält man einen Materialstrom 110 aus Trägermedium und Biomaterial, dessen Zellen wieder mit Wasser gefüllt sind.
Der Materialstrom 110 durchläuft dann den Elektroporationsreaktor 20, wobei die Zellwände des Materiales wieder durch die scharfen und hohen Feldimpulse zerstört werden.
Der am Ausgang des Elektroporationsreaktors 20 erhaltene Materialstrom 22 wird dann in eine weitere Trennstufe 112 geführt, in welcher das Trägermedium einerseits und die zerstörten Zellen des biologischen Materiales andererseits voneinander getrennt werden. Hierzu können wieder bekannte physikalische Verfahren verwendet werden, z.B. Filtration oder Zentrifugieren.
Das Trägermedium wird über eine Leitung 114 und eine Regenerationsstufe 116 wieder zur Mischstufe 108 zurückgeführt, während der Strom von Zellwänden und Zellinhalten der Extraktionsstation 24 zugeführt werden.
Ein steuerbarer Durchsatzregler D114 gibt vor, wie viel Mischung über die Leitung 114 zurückgeführt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, unterschiedliche Leitfähigkeiten im Trägermedium und im Inneren der zu zer störenden Zellen einzustellen, derart, daß der zwischen den Elektroden der Elektroporationsstation fließende Strom bevorzugt durch die Zellen fließt, wo solche zur Verfügung stehen.
Beim Ausführungsbeispiel nach 4, welches demjenigen nach 2 sehr ähnlich ist, ist der Elektroporationsreaktor 20 mit vertikaler Ausrichtung des Behandlungskanales 78 aufgestellt.
Beim Ausführungsbeispiel nach 4 wird der Schalter 86 durch einen Steuerkreis 94 geschaltet, der in Abhängigkeit von der Spannung am Kondensator 88 arbeitet. Der Steuerkreis 94 ist schematisch als Komparator mit einstellbarer Vergleichsspannung V wiedergegeben.
Erreicht beim Ausführungsbeispiel nach 4 die Spannung am Kondensator 88 einen vorgegebenen Wert, so schließt der Steuerkreis 94 den Schalter 86, und die auf dem Kondensator gespeicherte Ladung fließt impulsförmig über die Elektroden 80, 82 und die zwischen diesen befindliche Mischung sowie den Messwiderstand 84 gegen Erde ab. Der Schalter 86 wird dann wieder geöffnet und der Kondensator 88 wird von der Ladeeinheit 92 über den Ladewiderstand 90 wieder aufgeladen. Die gesamte Anordnung arbeitet somit als Hochspannungs-Impulsgenerator.
Beim Ausführungsbeispiel nach 5 ist der Schalter 86 durch eine Entladungsstrecke 86' ersetzt. Diese schlägt jeweils durch, wenn die Spannung an ihren Elektroden einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die Durchschlagsspannung hängt von der Art des Gases, welches sich in der Durchschlagsstrecke 86' befindet und von dessen Druck ab.
Hierzu ist ein Vorratsbehälter 116 vorgesehen, welcher einen Vorrat des in der Durchschlagstrecke 86' verwendeten Arbeitsgases enthält. Der Auslass des Vorratsbehälters 116 ist über einen steuerbaren Druckregler 118 mit der Durchschlagstrecke 86' verbunden, wobei die einstellbare Schließkraft durch einen Elektromagneten 120 veranschaulicht ist, der von dem Prozessrechner 96 her bestromt wird.
In weiterer Abwandlung sind bei der Anlage nach Figur 5 im Gehäuse 74 ein Lichtdetektor 122, und ein Drucksensor (oder Mikrofon) 124 vorgesehen, deren Ausgangssignale ODER-mäßig zusammengeschaltet sind und auf einen Eingang des Prozessrechners 96 gegeben werden.
Erfolgt in dem Reaktionskanal 78 ein Durchschlag, so wird der entsprechende Lichtblitz bzw. die entsprechende Druck- oder Schallwelle von den Detektoren 122, 124 registriert, und der Prozessrechner 96 kann dann Abhilfe schaffen, wie später noch genauer beschrieben wird.
Schließlich ist bei der Anlage gemäß 5 am Auslass der Schneckenpumpe 68 ein Leitfähigkeitssensor 126 vorgesehen, der mit dem Prozessrechner 96 verbunden ist.
Einen weiteren Leitfähigkeitssensor 128 kann man im Inneren des Behälters 44 vorsehen.
Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 soll nun das Arbeiten des Prozessrechners 96 skizziert werden, soweit es dazu dient, im Elektroporationsreaktor 20 gleichbleibend gute Arbeitsverhältnisse aufrecht zu erhalten.
Hierzu überwacht der Prozessrechner 96 zum einen die Leitfähigkeit der Mischung aus Trägermedium und biologi schem Material vom Behälter 44 bis ins Innere des Reaktionskanales 78 (dort über die Messung der Stromimpulse, die über den Messwiderstand 84 laufen).
Außerdem überwacht der Prozessrechner 96, ob im Inneren des Reaktionskanales 78 Spannungsüberschläge vorkommen.
Er kann dies anhand der Lichtimpulse tun, die auf den Lichtsensor 122 fallen, anhand von Druckimpulsen oder Schallimpulsen, welche den Drucksensor bzw. das Mikrofon 124 erreichen, und auch anhand der Breite der Stromimpulse, welche durch den Messwiderstand 84 fließen, und/oder der Spannungsimpulse, welche der Spannungsteiler 89 bereitstellt.
Grundsätzlich arbeitet eine Hauptroutine des Prozessrechners 96 in zwei Stufen unterschiedlicher Priorität: Durchschlagsüberwachung (übergeordnet) und Leitfähigkeitsregelung (nachgeordnet).
Der Prozessrechner 96 arbeitet dabei getaktet durch Impulse, die auch zur Ansteuerung des Steuerkreises 94 dienen bzw. von der am Messwiderstand 84 abfallenden Spannung und/oder der Ausgangsspanung des Spannungsteilers 89 abgeleitet sind.
Zunächst wird in einem Block 130 geprüft, ob die jeweils angelegte Spannung zu einem Durchschlag geführt hat.
Ist dies nicht der Fall, wird ein Feldimpulszähler (Block 132) um eins hochgesetzt. Anschließend wird die Leitfähigkeitssteuerung angestoßen (Block 134), die in 7 näher dargestellt ist.
Wird ein Durchschlag festgestellt, so wird zunächst in einem Block 136 die Spannung herabgesetzt auf welche der Kondensator 88 aufgeladen wird, bzw. bei welcher der Schalter 86 geschlossen wird. Dies kann durch Änderung des Referenzsignales für den Steuerkreis 94 bzw. der Bestromung des Elektromagneten 120 erfolgen. Die Spannung wird bei jedem auftretenden Durchschlag um ein vorgegebenes Inkrement herabgesetzt, welches erfahrungsgemäß dazu ausreicht, bei einem nächsten Feldimpuls das Auftreten eines Durchschlages zu vermindern.
In einem nächsten Schritt wird in einem Block 138 ein Präferenzwert für das weitere Vorgehen Pv von einem übergeordneten Programmteil übernommen. Dieser dient zum Aussuchen einer von einer Mehrzahl von Maßnahmen, die ebenfalls dazu dienen können, das Auftreten eines Durchschlages im Reaktorkanal 78 zu vermeiden.
Hierzu kann gehören, die Fördergeschwindigkeit v der Mischung kurzfristig zu erhöhen, um einen zu gut leitenden inhomogenen Bereich der Mischung aus dem Elektroporationsreaktor auszutragen, bevor der nächste Hochspannungsimpuls angelegt wird Ist für das übergeordnete Programm erkennbar, dass es sich um einen voraussichtlich singulären Durchschlag handelte, so kann das übergeordnete Programm gerade entgegengesetzt die Verkleinerung der Fördergeschwindigkeit für sachdienlich halten, damit das im Reaktorkanal 78 befindliche Material einem zusätzlichen Hochspannungsimpuls ausgesetzt ist und somit beim Verlassen des Elektroporationsreaktors die Standard-Impulszahl erfahren hat.
Nach der im Block 140 erfolgten Änderung der Fördergeschwindigkeit (oder Beibehaltung der Fördergeschwindigkeit) wird in einem weiteren Block 142 von einem übergeordneten Programm ein weiterer Präferenzwert PT übernommen, der angibt, ob der Abstand T, in welchem der nächste Hochspannungsimpuls an den Durchflussreaktor 20 angelegt wird, schneller oder langsamer bereitgestellt wird. Diese Modifizierung des Impulsabstandes erfolgt im Block 144.
Dann erfolgt von dort ein Rücksprung zum Startpunkt S der Hauptroutine.
Wird ein Durchschlag festgestellt, so wird zugleich im Block 146 ein Durchschlagszähler um eins erhöht. Dieser wird in regelmäßigen Abständen durch einen anderen Programmteil zurückgesetzt, wie durch eine Rückstellklemme R angedeutet.
In einem Block 148 wird festgestellt, ob der Stand des Durchschlagszählers größer ist als eine vorgegebene Zahl (1, 2, 3,...). Ist dies der Fall, wird in einem Block 150 eine Notfallmaßnahme getroffen.
Dies wird dann aus der nachstehenden Gruppe ausgewählt sein: Alarm und/oder Fehlerhalt der gesamten Anlage; Unterbinden weiterer Hochspannungsimpulse für eine vorgegebene Zeit; rasches Erniedrigen der Leitfähigkeit der im Reaktorkanal 78 befindlichen Mischung durch rasches Zuführen einer größeren Menge reinen Wassers; rasches Ausstoßen des Inhaltes des Reaktorkanales 78.
7 zeigt ein Unterprogramm, welches der Prozessrechner 96 dazu verwendet, die Leitfähigkeit der im Reaktorkanal 78 befindlichen Mischung innerhalb eines vorgegebenen Leitfähigkeitsbereiches zu halten, der durch eine Obergrenze und eine Untergrenze vorgegeben ist.
In einem Block 152 erfolgt die laufende Leitfähigkeitsmessung im Reaktorkanal 78.
In einem weiteren Block 154 wird geprüft, ob die aktuelle Leitfähigkeit zu groß ist. Ist dies der Fall, wird in einem Block 156 ein Präferenzwert P_a für eine durchzuführende Abhilfemaßnahme übernommen. Gemäß diesem Präferenzwert wird dann im Block 158 eine zugeordnete Maßnahme durchgeführt. Diese kann darin bestehen, den Anteil des biologischen Materiales in der Mischung herabzusetzen, die Intensität einer Vorbehandlung herabzusetzen, die Zugabe eines leitfähigen Additives herabzusetzen oder mehr Trägerwasser zuzusetzen.
Wird im Block 154 festgestellt, dass die Leitfähigkeit nicht zu groß ist, wird in einem Block 160 geprüft, ob die Leitfähigkeit zu klein ist.
Ist dies der Fall, so wird in einem Block 162 von einem übergeordneten Programmteil wieder ein Präferenzwert P_b übernommen, der angibt, welche einer Mehrzahl vorgesehener Abhilfemaßnahmen getroffen werden soll.
Diese Maßnahme kann aus nachstehender Gruppe ausgewählt sein: Erhöhen des Anteiles an biologischem Material in der Mischung, intensivere Vorbehandlung des biologischen Materiales, Zusatz eines leitfähigen Additives, Herabsetzen der Trägerwassermenge.
In einem Block 164 wird die entsprechende Maßnahme dann durchgeführt.
Ähnliche Regelschleifen können ständig ausgehend vom Ausgangswert des Leitfähigkeitsmessers 126 und des Leitfähigkeitsmessers 128 erfolgen.
Hat man eine Anlage mit Teilrückführung von Materialmengen, so kann die Einstellung der richtigen Leitfähigkeit in dem Reaktorkanal 78 auch dadurch erfolgen, dass man die Größe der rückgeführten Materialströme geeignet ändert.
Im Hinblick auf das Vermeiden von Durchschlägen im Elektroporationsreaktor ist es vorteilhaft, dort alle Arbeitsbedingungen zu meiden, die zu der Bildung von Gas- oder Dampfblasen führen könnten. Dies bedeutet auch, daß man im Elektroporationsreaktor einen höheren Druck einstellen wird als in vorgelagerten Behandlungsreaktoren, und daß man im Elektroporationsreaktor auch eine Temperatur einstellen wird, die höher ist als die in vorgelagerten Behandlungsreaktoren.
Ebenfalls im Hinblick auf das Vermeiden von Durchschlägen wird man bei einer Vorbehandlung des biologischen Materiales darauf achten, daß dieses keine Spitzen erhält bzw. vorhandene Spitzen abgerundet werden.
Das Extrahieren der Wirkstoffe oder Schadstoffe kann dann in der Extraktionsstufe 24 wieder auf die weiter oben geschilderte Weise erfolgen.
Die Extraktionsstufe ist nicht auf die Verwendung von extrahierenden Lösungsmittel beschränkt. Es können auch physikalische Extraktionsverfahren verwendet werden, die z.B. unter Druck- und/oder Temperatureinwirkung arbeiten.
Bei manchen Produkten kann es in weiterer Abwandlung der Erfindung auch von Interesse sein, ein von nicht erwünschten Stoffen befreites Produkt hinter der Extraktionsstufe 24 wieder zu trocknen. Als dann wieder flüssigkeitsarmes Produkt ist es auch zur Langzeitlagerung geeignet, ohne daß sich Mikroorganismen im Produkt vermehren. Das behandelte Produkt hat aber nach wie vor die Eigenschaft, daß es viele bei der Elektroporation entstandene Kanäle und freie Oberflächen aufweist, die zu einem späteren Zeitpunkt einen raschen Austausch von Wirkstoffen mit einer Flüssigkeit oder einem Gas ermöglichen.
So könnte man z.B. mit dem oben geschilderten Verfahren Kaffeebohnen behandeln, die sparsamer verwendet werden können, da eine intensivere Übertragung der Geschmacksstoffe und des Koffeins auf das Kaffeewasser möglich ist.
Zu typischen flüssigkeitsarmen biologischen Materialien, die mit dem oben beschriebenen Verfahren aufschließbar sind, gehören Vorprodukte für die Parfümindustrie (Rosenblätter, Lavendelblätter usw.), Vorprodukte für Drogerieartikel (Tannennadeln, Nadeln von Latschenkiefern usw.), Vorprodukte für die Pharmaindustrie (z.B. Blätter von Heilpflanzen (Eukalyptus, Pfefferminze, Melisse, Brennessel, Lindenblüten), Wirkstoffe enthaltende Rinden usw. und auch Wurzeln, Blätter und Früchte von Arzneimittelpflanzen (Hauhechelwurzel, Tollkirsche, Fingerhut usw.) und Vorprodukte für die Lebensmittelindustrie (Gewürze, Trockenfrüchte, Linsen, Erbsen usw.)
Typische Beispiele für tierische biologische Materialien sind z.B. Fleisch (zur Gewinnung von Fleischextrakten) und Gewebe zur Hormongewinnung (Nebennierenrindenteile) usw..
Die nachstehenden Beispiele geben einen Überblick über zusammen mit bestimmten pflanzlichen Materialien geeignete Arbeitsparameter des Elektroporationsreaktors.
Beispiel 1: Herstellung von Hauhechelwurzelsaft
Hauhechelwurzeln wurden mechanisch auf Stückchen von etwa 5 mm Durchmesser zerkleinert.
So erhaltene Wurzelschnitzel wurden im Verhältnis 1:3 mit Wasser zu einer Maischelösung zusammengegeben.
Die Maischelösung wurde über 10 Minuten bei 19°C gerührt.
Man erhält so eine vorbehandelte Maischelösung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 5,9 mS/cm.
Diese Maischelösung wurde in einen Elektroporationsreaktor gegeben, dessen recheckige einander gegenüberliegende Elektroden einen Abstand von 20 mm und Kantenlängen von 4 cm bzw. 13 cm aufwiesen.
Die Maischelösung wurde bei einer Feldstärke von 12,5 kV/cm mit 15 Feldimpulsen behandelt. Deren Länge betrug 2 μs.
Unmittelbar nach der Elektroporation wurde eine Leitfähigkeit der Maische von 6,9 mS/cm gemessen.
Nach Ruhen der Maische nach der Elektroporation über 3 Stunden wurde das Wasser abgeschüttet und der Wurzelsaft abgepresst und gefiltert.
Dessen Leitfähigkeit betrug 10,45 mS/cm.
Der Rückstand nach dem Abpressen betrug 6,15%.
Beispiel 2: Herstellung von Lindenblütensaft
Lindenblüten mit einem Druchmesser von 5 bis 10 mm wurden im Verhältnis 1:2 mit Wasser zu einer Maischelösung zusammengegeben.
Die Maischelösung wurde über 10 Minuten bei 19°C gerührt.
Man erhält so eine vorbehandelte Maischelösung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 3,3 mS/cm.
Diese Maischelösung wurde in einen Elektroporationsreaktor gegeben, dessen recheckige einander gegenüberliegende Elektroden einen Abstand von 20 mm und Kantenlängen von 4 cm bzw. 13 cm aufwiesen.
Die Maischelösung wurde bei einer Feldstärke von 11,5 kV/cm mit 15 Feldimpulsen behandelt. Die Länge der Feldimpulse betrug 2 μs.
Unmittelbar nach der Elektroporation wurde eine Leitfähigkeit der Maische von 4,68 mS/cm gemessen.
Nach Ruhen der Maische nach der Elektroporation über 3 Stunden wurde das Wasser abgeschüttet und der Saft abgepresst.
Dessen Leitfähigkeit betrug 7,0 mS/cm.
Der Rückstand nach dem Abpressen des Saftes betrug 3,84%.

Claims

Verfahren zum Aufschließen von flüssigkeitsarmem, insbesondere getrocknetem, biologischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß a) in das biologische Material ein Penetrationsmedium eingeführt wird, welches dort eine elektrische Leitfähigkeit einstellt, b) das mit Penetrationsmedium angereicherte biologische Material in einem Trägermedium verteilt wird, wobei die Art des Trägermediums und das Verhältnis zwischen Trägermedium und biologischem Material so gewählt sind, daß die erhaltene Mischung elektrisch schwach leitend ist, und c) die Mischung aus Trägermedium und mit Penetrationsmedium angereichertem biologischem Material durch Elektroporation behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen des Penetrationsmediums in das biologische Material so erfolgt, daß man das biologische Material in ein Volumen an Penetrationsmedium gibt und dort für eine vorgegebene Zeitspanne belässt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Penetrationsmedium temperiert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Penetrationsmedium, wenn es eine Flüssigkeit ist, auf eine Temperatur zwischen etwa 5°C und etwa 95°C, vorzugsweise zwischen etwa 10°C und etwa 70°C, nochmals vorzugsweise zwischen etwa 15°C und 50°C, insbesondere etwa 20C eingestellt wird, und wenn es ein Gas oder Dampf ist, auf eine Temperatur zwischen etwa 50°C und etwa 200°C, vorzugsweise etwa 130°C und etwa 150°C eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus biologischem Material und Penetrationsmedium zumindest während eines Teiles der vorgegebenen Zeitspanne bewegt wird.
Vefahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Penetrationsmedium eine Flüssigkeit ist und daß die Mischung aus Penetrationsflüssigkeit und biologischen Material entgast wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem aus der Mischung aus Penetrationsflüssigkeit und biologischem Material abgesaugten Gas kondensierbare Bestandteile abgeschieden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Einbringens von Penetrationsmedium in das biologische Material unter Anwendung von Flüssigkeitsdampf erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsdampf im wesentlichen gesättigt ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf Wasserdampf ist und eine Temperatur von etwa 50°C bis etwa 150°C aufweist, vor zugsweise von etwa 50°C bis etwa 120°C, nochmals vorzugsweise etwa 50°C bis etwa 80°C, insbesondere etwa 50°C bis etwa 70°C, wobei bei Temperaturen unter 100°C der Druck im Behandlungsreaktor vorzugsweise so eingestellt wird, daß der Siedepunkt bei der genannten Temperatur liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Einbringen von Penetrationsmedium durch Behandlung im Flüssigkeitsdampf erfolgt und dann ein Einbringen von Penetrationsmedium durch Kontakt mit Penetrationsflüssigkeit erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen von Penetrationsmedium unter Anwendung von Druck erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Druck zwischen etwa 1,5 bar und etwa 10 bar, vorzugsweise etwa zwischen 2 bar und 7 bar beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Material vor dem Einbringen des Penetrationsmediums in einem Vorbehandlungsschritt mechanisch zerkleinert und/oder gebeizt und/oder mit Licht oder ionisierenden Strahlen bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbehandlungsschritt unmittelbar vor dem Einbringen des Penetrationsmediums in das biologische Material erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da durch gekennzeichnet, daß das biologische Material nach einer ersten Elektroporationsbehandlung zumindest teilweise mindestens einer weiteren Elektroporationsbehandlung unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zurückgeführte Teil des biologischen Materials einer Zwischenbehandlung unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbehandlung eine oder mehrere der nachstehenden Behandlungen umfasst: mechanisches Zerkleinern, Lagern, Mischen mit einer Flüssigkeit, insbesondere einer Beize, Temperieren, Druckbehandlung, Bestrahlung mit Licht oder ionisierenden Strahlen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des biologischen Materiales nach der Elektroporation nochmals mit Penetrationsmedium behandelt wird und anschließend nochmals einer Elektroporationsbehandlung unterworfen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des biologischen Materiales nach der Elektroporation nochmals mechanisch zerkleinert wird und anschließend wieder mit Penetrationsmedium behandelt und nochmals durch Elektroporation behandelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem biologischen Material nach der Elektroporationsbehandlung in einem weiteren Verfahrensschritt eine Komponente extrahiert wird.
verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des an extrahierter Komponente verarmten elektroporierten Restmateriales wieder einer Vorzerkleinerung unterworfen wird und/oder einer Behandlung mit Penetrationsmedium unterworfen wird und einer weiteren Elektroporationsbehandlung unterworfen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke bei der Elektroporation zwischen etwa 1 und etwa 100 kV/cm, vorzugsweise zwischen etwa 1 und etwa 50 kV/cm, nochmals vorzugsweise zwischen etwa 3 und etwa 25 kV/cm und nochmals bevorzugt zwischen etwa 3 und etwa 15 kV/cm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke unter Berücksichtigung der Größe der Zellen des biologischen Materiales so gewählt ist, daß der Potentialabfall über eine Zelle des biologischen Materiales zwischen etw 0,5 V und etwa 5 V, vorzugsweise zwischen etwa 1 V und etwa 2 Vbeträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit der der Elektroporation unterworfenen Mischung aus Trägermedium und mit Penetrationsmedium angereichertem biologischen Material zwischen etwa 0,1 mS/cm und etwa 100 mS/cm vorzugszweise zwischen etwa 0,5 mS/cm und etwa 30 mS/cm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der zur Elektroporation verwendeten Feldimpulse etwa 10 ns bis etwa 100 μs, vorzugsweise etwa 100 ns bis etwa 50 μs beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der bei der Elektroporation verwendeten Feldimpulse zwischen etwa 0,1 Hz und etwa 500 Hz, vorzugsweise zwischen etwa 0,2 Hz und etwa 50 Hz, wiederum vorzugsweise zwischen etwa 0,5 Hz und etwa 40 Hz beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichent, daß das biologische Material bei der Elektroporation einer Gesamtanzahl von Feldimpulsen ausgesetzt ist, die 1 bis 100, vorzugsweise 1 bis 50, nochmals vorzugsweise 1 bis 20 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Penetrationsmedium sich von dem Trägermedium unterscheidet, vorzugsweise in seiner elektrischen Leitfähigkeit.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Medien im wesentlichen Wasser oder eine wässrige Lösung ist.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium im wesentlichen Wasser oder eine wässrige Lösung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Medien ein Gas oder Dampf ist.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium ein Gas oder eine Dampf ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Medien eine mit Wasser nicht mischbare organische Flüssigkeit ist, insbesondere ein Öl.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium ein elektrisch schwach leitendes Öl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß dem Penetrationsmedium eine oberflächenaktive Substanz zugesetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß zum Gewinnen eines Wirkstoffes aus einem flüssigkeitsarmen biologischen Material der Wirkstoff aus dem durch Elektroporation behandelten Material durch Druck und/oder Temperatureinwirkung und/oder unter Verwendung eines organischen oder wässrigen Lösungsmittels extrahiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen eines von einem Schadstoff befreiten biologischen Materiales der Schadstoff aus dem durch Elektroporation behandelten Material durch Druck und/oder Temperatureinwirkung und/oder unter Verwendung eines organischen oder wässrigen Lösungsmittels extrahiert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 38, gekennzeichnet durch einen Vorbehandlungsreaktor (16), der Einlässe (46, 48) für ein Penetrationsmedium und flüssigkeitsarmes biologisches Material aufweist, und durch einen Elektroporationsreaktor (20), der zwei einen Behandlungskanal (78) zumindest teilweise begrenzende Elektroden (80, 82) aufweist, die mit einem Hochspannungsimpuls-Generator (86, 90 bis 94) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsimpuls-Generator (86, 90 bis 94) einen durch eine Ladeeinheit (92) aufladbaren Kondensator (88) und einen steuerbaren Schalter (86) aufweist, über welchen eine (80) der Elektroden (80, 82) des Elektroporationsgenerators (20) mit der einen Klemme des Kondensators (88) verbindbar ist, während die andere Klemme des Kondensators (88) und die zweite (82) der Elektroden (80, 82) zusammengeschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite (82) der Elektroden (80, 82) über einen Meßwiderstand (84) mit der zweiten Klemme des Kondensators (88) verbunden ist oder mit den Elektroden (80, 82) ein Meß-Spannungsteiler (89) verbunden ist und die am Meßwiderstand (84) abfallende bzw. die vom Meß-Spannungsteiler (89) bereitgestellte Spannung dazu verwendet wird, mindestens einen Arbeitsparameter des Vorbehandlungsreaktors (16) und/oder des Elektroporationsreaktors (20) und/oder der Fördereinrichtung (68, 70) zu steuern (96).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbehandlungsreaktor (16) evakuierbar (60) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbehandlungsreaktor (16) auf eine vorgegebene Temperatur einstellbar (56) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichzeichnet, daß eine Fördereinrichtung (68) Material vom Ausgang des Vorbehandlungsreaktors (16) zum Eingang des Elektroporationsreaktors (20) fördert.
Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung eine Schneckenpumpe (68), vorzugsweise eine Exzenterschneckenpumpe umfasst, die vorzugsweise in der Drehzahl steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Datenspeicher (100) umfasst, in welchem Sätze von Arbeitsparametern für verschiedene zu behandelnde biologische Materialien abgelegt sind, die durch ein Bedienfeld (98) auswählbar sind.