ilcr I i c i z w v i vrrschictlencn Wcllenlingcit 1)ci glcichcr Shirht- tlickc und Kotizentratioii gemessenen Extinktionett cine Kort- stnntc ist . Einselheiteri finden sich hei I.. H C I ' I r n ~ y i ?

Wit- erinnern uns hier der hereits erwahnten Beziehungen iiher die Gesetzmafligkeiten der Lichtabsorption, urn zum Extinktions-Koeffizienten-Verhaltnis. EKV. zu gelangen.

Da das Verhaltnis zweier bei verschiedenen Wellenlangen gemessenen Extinktionen gleich ist dem Verhaltnis der Ex- tinktionskoeffizienten. deren Grnfle lediglich von der Natur r!ea Stoffes und dem Losungsmittel abhangig ist. bedienten wir uns der Extinktions-Koeffizienten-Verhaltnisse (EKV) als Kriterlium, um 5O/o und mehr zum Fettanteil dunkler Scho- koladen zugegebene Fremdfette zu erkennen und nach ihrer Gruppenzugehorigkeit anzugeben. Zur Verscharfung der Be- weisfiihrung wurde bei Verwendung der 111. Glycerid-Frak- tionen als Versuchsmaterial zweckmafligerweise die EKV im Maximum (425 mp) und im Minimum (400 mp) des Absorp- ticnsspektrums gemessen. Bei der Gegeniiberstellung der mit Hilfe dieser Auswertemethodik erhaltenen Ergebnisse mui3ten wir leider feststellen, dai3 sich die jeweiligen EKV in zu engen Gienzen bewegten, um die Entscheidung zu treffen, ob eine Kakao-Preflbutter bzw. das Fett dunkler Schokoladen unver- falscht ist oder 5 O i o und hohere Beimengungen anderer, frem- der Fette enthalt. Aus diesem Grunde wurde auf die Wieder- gabe der Zahlenwerte verzichtet.

/Y) Extinktionskurven. Durch eine qualitative Darstellung des z4bsorptionsverlaufes, und zwar in Form der Extinktions- kurven, wird man einen Stoff besser als durch einzelne EKV charakterisieren konnen. Unter der Annahme, dafl die Licht-

22 Medizinische Spektrophotometrie, Jena 1933.

;ihsorption cines hestimniteii Stolfcs scincr Mctigc proportio- nal ist .- w x . wic wir itns mil ittisereni IItitersuchungsmatc- rial (111. Glycerid-Fraktionen) hei den gewahlten Versuchs- bedingungen iiherzeugen konnten. vor allem i m Mel3bereich des Absorptionsmaximums von 4T5 m p zutrifft -. lai3t sich umgekehrt aus der Starke der Absorption auf die Konzentra- tion der ahsorbierenden Molekiile schliei3en. Zur Charakteri- sierung von ahsorbierenden Stoffen unbekannter Konzentra- tion in demselben Lkmgsmi t t e l eignet sich. wie schon in den1 Kapitel iiber d'ie graphische Darstellung der Lichtabsorption hervorgehoben wurde. die logarithmische Darstellungsweise (log E-Kurven) am hesten; sie ergibt bekanntlich eine von der Schichtdicke und der Konzentration unabhangige Kurvenform, die typische Farbkurve. Aus den konstanten EKV werden da- durch konstante Differenzen.

Man kana aber auch absorbierende Stoffe durch die im linearen Maflstab dargestellten E-Kurven (E = Extinktion, welche der absorbierten Energie proportional ist) charakteri- sieren. Wenn auch mit dieser Art der Darstellung eine ge- ringere Wiedergabegenauigkeit des Absorptionsverlaufes zu erreichen ist. so hat sie fur die Untersuchungslaboratorien den Vorteil, das Auswerteverfahren zu vereinfachen, denn die Extinktion E ist das M a 8 fur die Gesamtalbsorption, ist also das, was sich mit dern Spektrophotometer experimentell bestimmen laflt. Ein Konzentrationsunterschied der absorbie- renden Molekiile ein und desselben absorbierenden Stoffes in demselben Losungsmjttel entspricht auch hier einer Ordi- natendifferenz, so daB sich die verschiedenen Konzentrationen durch die bei einer bestimmten Wellenlange gemessenen Ex- tinktionswerte zahlenmaBig ausdriicken lassen.

Aus diesem Grund.e haben wir sowohl die log E-Kurven als auch die E-Kurven unserer Beweisfiihrung von dem Vorhan- derisein geringer Fremdfett-Mengen in Kakaobutter bzw. dunklen Schokoladen zugrunde gelegt.

Moglichkeiten der Anwendung ionisierender Strahlen in der Lebensmittelindustrie" Iron Dr. rer. nut. G. S c h r i c k e r

Air> Clem Institzit fiir Lebenstnittelt~chiiologie und Verfiuckzing, Miinchen

Die keimtotende Wtirkung elektromagnetischer und kor- puskularer S tnhlungen ist schon verhaltnismaflig lange be- kannt. Bereits im Jahre 1896 - also unmittelbar nach Ent- deckung der Riintgenschen Strahlen - erschien in der Miin- chener medizinischen Wochenschrift eine Arbeit, deresn Titel ,,Zur Frage iiber die Einwirkung der Rijnfgenschen Strahlen auf Bakterien und ihre -eventuelle therapeutische Verwend- barkeit" lautete l . Einige Jahre spater wurdem bactericide Effekte auch bei ultraviolettem Licht beobachtet, und schliefl- l i b lieflen sich um 1926, ahnliche Erscheinungen an schnellen Elektronen (Kathodenstrahlen) nachweisen z. Zu ausgedehnten q u a n t i t a t i v e n Untersuchungen iiber die praktische Ver- wendbarkeit der Strahlen kam es jedoch erst in den letzten zehn Jahren, angeregt vor allem durch die groflen Fortschritte, die die Kernphysik in dieser Zeit erzielte. Die Entwicklung wurde dabei besonders in den angelsachsischen Landern voran- getrieben, die n,icht nur iiber die erforderlichen Anlagen zur Erzeugung hoher elektrischer Spannungen und e'nergiereicher Strahlen verfiigen, sondern in Zukunft aus ihren Uranbrennern auch eine reiche Ausbeute a n radioaktiven Spaltprodukten erhalten werden, die praktischer Verwertung nach Miiglichmkeit

'' Erweiterte Fassung eines Vortrags anlai3lich des Fort- bildungskurses iitber Vertfahrenstechnik in der Leben,smittel- industrie beim Insbitut fur Lebensmitteltechnologie und Verpackung in Miinchen, Januar 1053. F. M i t l f h , Miinchener med. Wschr. 5, 101 [1896]. B. E. Proctor u. S. A . Goldblith. Electromagnetic radiation fundamentals and their applications in food technology, Advances in Food Research, Vol. 111, 110-196. Academic Press Inc.. New York 1951.

PETTE ' SEIFEN . ANSTRICHMITTEL 17 Ja h rtlanri Yr 1' 1455

zugefiihrt werden sollen. Diesen Produkten gilt heute sogar besonderes Interesse, weil mit ihrer Hilfe die Kosten des Bestrahlungsprozesses moglicherweise erheblich gesenkt wer- den konnten. Von einigen Ausnahmen abgesehen (UV-Licht). sind die Untersuchungen jedoch noch nicht so weit gediehen, dafl ein industrieller Einsatz der Strahlen bereits zu ver- antworten ware. Trotzdem wird es die deutsche Lebensmittel- industrie nicht versaumen diirfen, die auierst interessante Entwicklung auf diesem Gebiet aufmerksam zu verfolgen.

&utw der unwendburen Strahlen

Nach den bisherigen Ergebnissen sind folgende Strahlungs- arten als erfolgversprechend anzusehen:

1 . aus dem Gesamtspektrum der e 1 e k t r o m a g n e t i s c h e n W e 11 e n , das einen Wellenlangenbereich von 19 000 km bis herab zu lO--'3 cm umfaflt, die Wellen mit sehr kleinen Langen, namlich

a) u l t r a v i o 1 e t t e s L i c h t (Wellenlangen zwischen 4000 und 300 A bzw. 4.10-5 und 3.10-0 cm),

b) R 6 n t g e n s t r a h 1 e n (Wellenlangen bis zu etwa lo--' A = 10-9 em), und schliefllich

c) G a m m a s t r a h 1 e n , ihrer Natur nach sehr harte, d. h. durchdringende Rontgenstrahlen, die beim Zerfall gewisser radioaktiver Substanzen entstehen (Wellenlangen bis zu 10-3 A = 10-11 cm).

2 .unter d e n K o r p u s k u l a r s t r a h l e n vor allem E l e k - t r o n e n sehr hoher Geshwindigkeit (bis zu 990/0 der Licht- gesrhwindigkeit). entweder aus Kathoden austretend (Katho-

125

tlenstrahlen) otler (lurch den Zerfall ratiioaktiver Atome ent- stehend (Retastrahlen). (iegen letzterr werden allerdings wirt schaftlithe Redenken geltend gemaht .

Alphastrahlen kommen wegen ihrer geringen Durchdr,in- gungsfahigkeit - sie werden schon in einem dunnen Papier- blatt vollstandig absorbiert - fur d ie Bestrahlung von Lebens- mitteln kaum in Betracht. Die Verwendung von Neutronen scheitert im wesentlichen daran, dai3 die bestrahlten Sub- stanzen sel'bst radmioaktiv werden und damit fur die mensch- lime Ernahrung ausscheiden x.

Definition der Bestrahlungsdosis Bevor jedoch uber die Anwendungsmoglichkeiten der genann-

ten Strghlen berichtet werden soll, erscheint es zweckmaaig, einige Bemerkungen uber den Begriff der Bestrahlungsdosis und die entsprechenden Malleinheiten vorauszuschicken. Man versteht unter der D o s i s , in der eine Strahlung beliebiger Art ver- abreicht wird, d i e j e n i g e S t r a h l u n g s e n e r g i e , die der bestrahlte Korper aufnimmt, d. h. auf seiner Oberflache (genauer: in einer dunnen Oberflachenschicht) oder in seinem Innern ab- sorbiert. Betfiachtet man sinnvollerweise die Energie-Menge, die pro Flachen- oder Masseneinheit absorbiert wird, so kommt man zum Begriff der s p e z i f i s c h e n D o s i s , die (leider) im Sprachgebrauch haufig als Dosis schlechthin bezeichnet wird. Ent- sprechend ihrer Definition wird die Dosis demnach in Energie- einheiten, beispielsweise in erg oder Wattsekunden (Ws), an- gegeben und auf eine Flachen- oder Masseneinheit (z. B. me, m? bzw. g, kg) bezogen. Berecbnet man die Dosis aus der Strah- lungsintensitat (Leistung) I und der Bestrahlungsdauer t als Pro- dukt I X t , so ist zu beachten, daD fur I nur die zur Absorption gelangende und nicht die auftreffende Intensitat eingesetzt wer- den darf, ein Umstand, der schon verschiedentlich zu Fehl- schlussen AnlaD gegeben hat. Man schreibt daher besser

Dosis = I X t X a,

wobei I jetzt die gesamte auffallende Intensitat und a den Absorptionskoeffizienten der bestrahlten Substanz bedeutet. Bezieht man die absorbierte Energie auDerdem noch auf eine bestimmte Bestrahlungsdauer, so spricht man im allgemeinen von (spezi- fischer) D o s i s 1 e i s t u n g und driickt sie z. B. in Ws/kg. Min. :: W/60 kg aus.

Fur die Dosismessung von Rontgen- und Gammastrahlen hat sich neben den allgemein bekannten Energieeinheiten noch eine spezielle Einheit eingeburgert, die auf der Fahigkeit der ge- nannten Strahlen, das durchstrahlte Medium zu ionisieren, beruht. Sie wird als ,,1 Rontgen" bezeichnet und durcfi die Festsetzung definiert, daD eine Strahlungsenergie-Menge dieser GroDe in 1 cmJ Luft von 18OC und 760 Torr (=mmHg) bei voller Aus- scfialtung von Wandwirkungen eine so starke Leitfahigkeit er- zeugt, daD die bei Sattigungsstrom gemessene Elektrizitatsmenge 1 elektrostatiscbe Ladungseinheit (= 1/3.10--8 Coulomb) betragt. Umgerechnet auf die entsprechende Luftmasse entspricht 1 Ront- gen demnach einer erzeugten Ladung von 2.58.1G-4 Coul/kg. Die so definierte deutscbe Einheit .R" unterscheidet sich von der internationalen ,,r" mdadurch, daB diese auf Luft von Oo C bezogen wird. Zwischen lbeiden Einheiten besteht die Beziehung

1 R =1.066 r.

1 r entspricht dabei einer absorbierten Energie von rund 85 erg/g oder 8.5. lCb3 Ws/kg.

Wird anstelle von Luft ein anderes Medium durchstrahlt, so wird dort im allgemeinen bei gleicher Intensitat ein von Luft verschiedener Energiebetrag absorbiert. Die im Medium wirksame Dosis (Du) ist daher der in Luft gemessenen (DL) nicht gleich, ihr jedoch proportional, so daB die Beziehung gilt

DM = n X DL.

Der Faktor n ist fur verschiedene Substanzen verschieden und hangt auDerdem bei gleicher Substanz von der Wellenlange der Strahlung ab. Er kann fur Knomen bis zurn Wert 7 ansteigen, fur Fett bis 0.37 absinken; fur Muskeln ist er annahernd gleich 1. Sein Wert kann fur eine Reihe von Substanzen und Wellen- langen aus Tabellen entnommen werden 4.

Findet nicht Rontgenlimt, sondern eine korpuskulare Strahlung Verwendung, so wird die Dosis in der englischsprachigen Litera-

B. E . Proctor u. S . A . Goldblith, Food processing with ionizing radiations, Food Technology 5, 376 [1951]. R. W . Pohl, Dosierung von Rontgenlirht, Naturwissenschaf- ten 38, 147 119511.

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t u r gewhhnlich in ,, I. P p " - E i n h P i t P n (roentgm-equivalent- physical) ausgedruckt. lonisierung durth die Dosis 1 rep liegt vor, wenn der Energieverlust in der Substanz dem Energie- verlust bei Absorption von 1 r Rontgenstrahlung in Luft ent- spricht. Wegen der unterschiedlichen Zusammensetzung von Geweben liegt der Wert fur 1 rep im allgemeinen zwischen 85 und 100 erg/g5. Fur Luft selhst. ist naturlich die rep-Einheit der r-Einheit gleictr.

Die exakte Messung der Dosis bereitet meist erhebliche Schwierigkeiten, besonders dann, wenn die Ionisationsdichte im durchstrahlten Medium schwankt, wie es bei Elektronenstrahlen der Fall ist. Bei einer durchstrahlten Masse von 0.55 g/cm2 konnen hierbei im Innern der durchstrahlten Substanz bereits Schwankungen der Ionisationsdichte bis zu 40 O/o auftreten, was sich laut Definition auf die Zahlenangabe der Dosis erheblich auswirken muD. Bei Gamma- und Rontgenstrahlen treten diese Schwierigkeiten nicht oder doch nur in stark verringertem Mane auf, da die Dosis hier in allen praktischen Fallen uber die ge- samte durchstrahlte Materie konstant angenommen werden darf. Die Messung selbst soll jedoch bei allen Strahlenarten unter Bedingungen stattfinden, die der Praxis moglichst angenahert sind, d. h. unter Verwentdung einer dem zu untersuchenden Material ahnlichen Eichsubstanz, gleicher GefaDe fur Eichsubstanz und Probe, gleicfier Abstande von der Strahlenquelle usw. Unterschiede in den Angaben verschiedener Autoren durften haufig auf zu geringe Beachtung dieser Verhaltnisse zuriick- zufiihren sein. Es wurde jedoch zu weit fuhren, auf me5tecbnische und theoretische Einzelheiten hier naher einzugehen, so daD es bei einem 'Hinweis auf die entsprechende Literatur bleiben muD 6 .

Anwendung von ziltraviolettem Licht Ultraviolettes Licht wird im allgemeinen in Quecksilber-

dampflampen erzeugt. Da der Dampf selbst die entstehende Strahlung zum Teil wieder absorbiert, verwendet man jetzt anstelle von Entladungsrohren, die bei normalem Druck ar- beiten, meist Niederdrucklampen, die eine bessere Lichtausbeute ermoglichen. Zu beachten ist, dai3 die Intensitit der wirksamen Wellen mit sinkender Temperatur abnimmt; sie betragt bei OOC etwa 60 O/o, bei - 1 8 O C etwa 30 Oio der bei + 20O C ab- gestrahlten Intensitat.

K e i m t o t e n d e W i r k u n g besitzen vor allem die Licht- wellen zwischen 2300 und 2800 A mit einem Optimum bei 2500 bis 2650 A. In Tab. 1 ist fur Bacterium coli die Bestrah- lungsenergie, die zur Abtotung e i n e s Lebewesens erforderlich ist, in Abhangigkeit von der Wellenlange aufgezeigt. Das Maximum der Wirkung ist daraus deutlich zu ersehen '.

Tabelle 1

Inaktiwierungse7zergie fur ein Bacterium coli Wellenlange (A) Inaktivierungsenergie (erg .

2250 2650 2950 3020 3126

41.3 13.1 81.6

520 3900

Aui3erdem wurde beobachtet, dai3 auch die L u f t f e u c h t i g - k e i t die zur Abtotung erforderliche Bestrahlungsdosis beein- fluit. Sie steigt oberhalb (iOo/o rel. Luftfeuchtigkeit stark an, so dai3 in feuchten Raumen (Kuhlhausern) mit hoheren Strah- lungsintensitaten gearbeitet werden mu& als in trodcenen Raumen. Vermutlich hangt diese Erscheinung mit der Bildung von Wasserhautchen um die Bakterien zusammen, die die UV-Strahlen durch Brechung weitgehend ablenken, so dai3

W. Huber, Ergebnisse und Analyse unterschiedlicher Mecha- nismen der Strahlenwirkung bei einigen biologischen Syste- men, Naturwissenschaften 38, 21 [1951].

BS. A . Goldblith, B. E. Proctor, S. Davison, B. Kan, C . J . Bates, E. M. Oberle, M . Karel u. D . A. Lung, Relative bactericidal efficiencies of three types of high-energy ioni- zing radiations, Food Res. 18, 659 [1953].

7 W . Summer, Biiological control in the food industry, Food 21. 84, 130. 173 119521.

FETTE ' SEIFEN . ANSTRICHMITTEL 57 lahrqanq Nr 1 1955

tlic EmpFintllirhkeit tlrr Mikrnorpanismen sc,hAnl);ir verringrrt w i d x.

Die Empl'indlichkeit gegen UV-1,icht i s t ani gr6Wten bei den nichtsporenbildenden Bakterien und nimmt iiber Bak- teriensporen und Hefezellen zu den Schimmelpilzen hin ab. Bei Anwendung zu geringer Bestrahlungsdosen kann es an- stelle der gewunschten Inaktivierung zu einer Begiinstigung des Zellwachstums kommen, was auf die Bildung sogenannter ,,Necrohormone" zuriickgefiihrt wird, d. h. auf Stoffe, die zwar bei der Zelltotung entstehen, das Wachstum der nicht betroffenen Zellen jedoch fordern '.

Nachteilig fur die Behandlung von Lebensmitteln wirkt sich das g e r i n g e D u r c h d r i n g u n g s v e r m 6 g e n der Strah- len aus. Sie konnen daher nur fur die Sterilisation von Ober- flachen oder UV-durchlassigen Substanzen herangezogen wer- den, Ein Hauptanwendungsgebiet ist die E n t k e i m u n g v o n A r b e i t s - u n d L a g e r r a u m e n in Lebensmittel- und pharmazeutischen Betrieben. Wegen moglicher Schadigun- gen der menschlichen Haut oder Augen wird sie in Arbeits- raumen meist auf dem Wege indirekter Beleuchtung durch- gefiihrt, wobei die Leuchten mindestens 90 cm iiber Augenhohe angebracht werden sollen. Auch das Reflexionsvermogen der Wande mu5 moglichst niedrig gehalten werden. Nach Unter- suchungen der American Medical Asmciation darf die Bestrahlungsstarke auf der Haut 0.1 Mikrowatt j e cm2 bei Dauereinwirkung und 0.4 Mikrowatt je cm2 bei einer Einwirkung von neun Stunden taglich nicht iibersteigen

0 z o n wird .im wesenthchen durch Licht der Wellenlangen IS49 bis 1952 A erzeugt. Seine bactericide Wirkung gewinnt allerdings erst bei Luftfeuchtigkeiten iiber 50 O/o praktische Bedeutung und wirkt demnach dem oben geschilderten Ab- schirmungseffekt gegen diie Strahlung selbst entgegen. Die Ursache hierfur liegt vermutlich darin, dad die Mikroorganis- men erst von einem bestimmten Quellungszustand ab durch Ozon geschadigt werden. Andererseits darf di'e Luftfeuchtig- keit aber auch nicht zu hoch sein, da sonst ein zu starker Zerfall des Gases einsetzt. Bei der Luftentkeimung durch Ozon ist demnach auf optimale Feuchtigkeitsbedingungen zu achten Q7 7 .

A'u5er zur Keimtotung kann Ozon auch zur B e s e i t i g u n g u n e r w ii n s c h t e r G e r u c h e herangezogen werden, soweit es sich um oxydierbare Geruchstrager handelt; Faulnjisgeriiche werden anscheinend nicht beseitigt. Die Ozonbildung durch ultraviolettes Licht 'ist dabei wesentlich billiger als durch andere Verfahren und besitzt au5erdem den Vorteil, da5 keine gifbigen Stickoxyde entstehen wie etwa bei der Ozon- entwicklung durch stille clektrische Entladung. Die Wirksam- keit der Behandlung i'st um so geringer, je niedr,iger die Temperatur und je hoher das Molekulargewicht des Geruchs- stoffes ist. Di'e Luftfeuchtigkeit hat keinen Einflu5 Q 3 lo. Fur die Entdumpfung von Getrei,de wurden Anlagen gebaut, in denen das Getreide uber schrag ,gestellte, in mehreren Etagen angeordnete Riittelisiebe Iauft, auf denen es mit Quecksilber- Niederdrucklampen beleuchtet wird, die im allgemeinen 10 O/o

ihrer Energie bei 1849 A abstrahlen. Der Durchsatz einer solchen Anlage liegt zwischen 0.3 und 5 to pro Sbd.; die Lei- stungsaufnahme der Lampe betragt 60 Watt. Hinsichtlich der Wirkung ist allerdings noch nicht geklart, ob das gebildete Ozon oder die Strahlung selbst den wesentlichen Anteil an der Entdumpfung tragt I t .

Eine weitere, bekannte Anwendungsmoglichkoit fur UV- Licht ist die D e s i n f e k t i o n v o n G e f a d e n u n d W a s c h w a s s e r , z. B. in Fischverarbeitungsbetrieben,

F. Tanner, Anwendung und Projelctierung von Ultraviolett- Bestrahlungs-Anlagen in der Industrie, Elektro-Post 6, 114

"1. Kufirianoff, Die Verwendung von Ozon ,bei der Obstkalt- lagerung, Kaltetechnik 5, 283 [1953].

lo W. Summer, Odour control with ultra-violet radiation, Food Manufact. 28, 230 [1953]. E. Sauter, Anwendung von UV-Strahlen zur Schimmmelpilz- bekampfung in der Lebensmittelwirtschaft, Muhle 1952, 612.

119531.

PETTE . SEIPEN . ANSTRICHMITTEL 57. Jahrgang Nr. 2 195s

Molkereien untl Ohstkeltereien. I)ic k:ntkeimunn kann mil Spezi;tllampcn, tlir unter Wasser anxuhringen sintl, rlurc-11- gel'iihrt werdeii. Hei Bestrahlung vcin SiilSmost wurde jedoch keine vollstandige Sterilisierung erzielt, nuch nicht bei Durch- laufgeschwindigkeiten von nur 25 Litern pro Std. Der Nutzen einer Bestrahlung erscheint demnach haufig sehr fraglich 12. Bei 0 b s t und G e m ii s e ergab sich eine Verminderung der Verschimmelungsgefahr durch Abtotung der auf der Ober- flache haftenden Keime. Das Pilzwachstum ins Innere wird nicht beeinfludt.

Durch B e s t r a h l u n g v o n F l e i s c h ergibt sich eine merkliche Verlangerung der mikrobiologischen Haltbarkeit. In den USA wird dieser Effekt dazu ausgeniitzt, die Zartheit von Fleisch zu verbessern: ohne Bestrahlung wiirde bei l i O der Verderb so rasch fortschreiten, dad keinr: ausreichende Konsistenzbeeinflussung moglich ware; durch die Zusatzbe- strahlung ladt sich die Haltbarkeitszeit jedoch so verlangern. dab ,der gewiinschte Effekt erreichbar wird j .

Die UV-Bestrahlung birgt jedoch immer auch die Gefahr u n e r w u n s c h t e r des bestrahlten Gutes in sich. An Obst und Gemiise kann es zu Flecken- bildungen kommen, Fleischwaren konnen Verfarbungen er- leiden, und Fette werden haufig schneller talgig. Man sol1 daher Lebensmittel bei direkter Bestrahlung nicht naher als etwa 1 m an die Lichtquelle heranbringen. Vorzuziehen ist auch hier die indirekte Bestrahlung. Schaden konnen au5er8delm an P a c k s t o f f e n auftreten, die ultravioletten Strahlen ausgesetzt werden; z. B. wurden an Gummi und einigen Kunststoffen Versprodungserscheinungen beobachtet ', lo.

Abschliedend sei auf die bekannte A k t i v i e r u n g d e s P r o v i t a m i n s D durch Licht der Wellenlangen 2800 bis 3130 A hingewiesen. Sie lai3t sich besonders gut an Milch durchfii'hren, die in &em diinnen Film an der Strahlungs- quelle vorbeigeleitet wird. Der Bestrahlungsproze5 mud jedoch sehr sorgfaltig iiberwacht werden, da sonst Geruchs- und Geschmacksan,derungen auftreten, die die Mmilch ungeniedbar machen *.

V e r a n d e r u n g e n

Versuche mit Rontgen- und Gammastrahlen Entsprechend der gleichartigen Natur beider Strahlungen,

die lediglich wegen ihrer Entstehungsweise - in Rontgen- rohren bzw. durch radioaktiven Zerfall - unterschieden wer- den, stimmen auch ihre Wirkungen bei gleicher Energie weit- gehend uberein. Wenn demnach die in den folgenden Ab- schnitten beschiebenen Versuche teils n i t Rontgen-, teils mit Gammastrahlen durchgefiihrt wurden, so waren hierfur ent- weder apparative oder wirtschaftliche Griinde madgebend, dagegen kaum eventuell zu erwartende unterschiedliche Er- gebnisse zwischen beiden Strahlenarten.

Die Bestrahlungsdosis, die zur Abtotung aller in einem Lebensmittel vorhandenen Mikroorganismen erforderlich ist, hangt au5er von der Art der Mikroorganismen von ihrer Anzahl ab. Im allgemeinen besteht zwischen dem Logarithmus der Zahl der iibe;kbenden Mikroorganismen und der Be- stiahlungsdosis u d e k e h r t e Proportionalitat. Begniigt man sich mlt nur teilweiser Keimtotung, so kann die Dosis wesent- lich erniedrigt werden.

Uber die Wirkung von Rontgenstrahlen auf verschiedene Arten von Mikroorganismen finden sich in einer Arbait von C. G . Dunn und Mitarbb. folgende Angabenl3: N i c h t - s p o r e n b i l d e n d e B a k t e r i e n besitzen die geringste Widerstandlsfahigkeit. Durch Dosen von 5 . lo5 r konnen alle vorhandenen Zellen abgetotet werden; fur eine Abtotung von 94 bis 99.9 O/o reichen jedoch bereits 0.25 - 105 r aus. S p o r e n - b i 1 d e n d e B a k t e r i e n werden im allgemeinen durch

l2 W . Weinmann u. A . Stuhi k, Versuche zur Entkeimung von Sudmosten mittels ultravioletten Lichtes, Vorratspflege u. Lebensmittelforsch. 1, 153 [1938].

I3C. G. Dunn, W . L. Camfibell, H . Fram u. A. Hutchins, Biological and photo-chemical effects of high energy, electro- statically produced roentgen rays and cathode rays, J. appl. Physics 19, 605 [1948].

12;

I)i~sen v o n 1 1 ) . lo" r vollstantl i~ xerstiirt. In Kinzcllallcn sintl jedoch 1)ciscn his ZLI 20 . 10,; r crforderlich. Fur cinc Ahtiitung von 99.9 "in der vnrhandenen 1,ehewesen geniigen 5 . 105 r "-. H e f e z e l l e n u n d S c h i m m e l p i l z e liegen in ihrer Empfindlichkeit zwischen den genannten Bakterienarten.

Diese Angaben stimmen mit Werten von B. H. Morgnn und C . W. Bohrw l4 gut iiberein. die bei Arbeiten rnit Gamma- strahlen bei einem Anfangskeimgehalt von 60 his 80 Mill. Sporen pro cm' ermittelt wurden. Die Versuche wurden mirn wesentlichen an C l o s t d i i i m hotiiliniim durchgefiihrt, das zu den widerstandsfahigsten Mikroorganismen zahlt und deshalb als Kriterium fur die Wirksamkeit einer Strahlung verwendet werden kann I s , :). V i r e n sind haufig noch weniger empfind- lich als Bakteriensporen und erfordern Bestrahlungsdosen bis 4 0 . lo5 r zur volligen Abtiitung.

Die hohe Widerstandsfahigkeit der Bakteriensporen (und vermutlich auch der Viren) ist - treffertheoret'isch gesprochen -- vermutlich so zu deuten, dafi zur Abtotung eines Lebe- wesens m e h r e r e Treffer (Rontgen- bzw. Gammaquanten) mit nachfolgender Ionisation des empfindlichen Bereiches not- wendig sind, wahrend zur Ahtiitung vegetativer Zellen schon e i n Treffer ausreicht 5 .

Die Empfindlichkeit der Msikroorganismen wird. wie ver- schiedentlich festgestellt wurde, durch den S a u e r s t o f f - G e h a l t d e s u m g e b e n d e n M e d i u m s beeinflufit. Bei Sauerstoff-Entzug auf physikalischem Wege (also beispiels- weise in evakuierten oder rnit Stickstoff gefiillten Packuntgen) ist sie geringer als in sauerstoffhaltiger Umgebung, bei Escheridiia coli etwa um den Faktor 3. Dieser Schutzeffekt ist bei Sporen anaerober Arten ausgepragter als bei Sporen aerober Arten, soll sich jedoch umkehren, wrnn der Sauerstoff- Entzug auf chemischem Wege erfolgt 15. 16.

Zur I n a k t i v i e r u n g v o n E n z y m e n sind wesentlich hohere Bestrahlungsdosen erforderlich als zur Totung von Mikroorganismen. So wurde z. B. bei der Bestrahlung von Milch, Kase, Butter, Ra)hm und Margarine bei einer Dosis von 19.2. IOSr, die gute Sterilisiererfolge zeigte, nur eine verhaltnismal3ig geringe Inaktivierung der Phosphatase er- reicht l7. Allgemein wurde beobachtet, daD die Empfindlich- keit geloster Enzyme mit steigender Reinheit und Verdiinnung der Losungen zunimmt. Bei festen Giitern hangt die Inakti- vierungsdosis vom Wassergehalt des Gutes ab. Trockene, kristalline Enzyme sind am widerstandsfahigsten. Wegen der erforderlichen hohen Bestrahlungsdosen scheidet daher die Inaktivierung von Enzymen durch Bestrahlung fur die Praxis aus, weil erstens die Kosten der Bestrahlung selbst sehr hoch wurden und zweitens bei zu hohen Dosen storende Neben- effekte (z. B. Bildung von Fremdgeschmack, Zerstorung von Vitaminen) auftreten konnen, auf die im folgenden noch naher eingegangen werden soll. Es wird deshalb empfohlen, die Bestrahlung mit der Einwirkung hoherer Temperaturen zu kombinieren, wobei besser vor als nach der Erwarmung be- strahlt wird lEJ la.

Ober den Einflufi von Rontgenstrahlen auf V i t a m i n e liegen B'eobachtungen an Milch vor, wobei der Vitamin A- und Vitamin B,- (Lactoflavin-)Gehalt bis zu Dosen von 1.46 * lo5 r '(bei einer Betriebsspannung von 2 MV) nicht merk- lich beeintrachtigt wird. Bei 3 - lo5 r zeigte Vitamin B, einen Kiidcgang um 40°/o. wahrend der Vitamin A-Gehalt noch

:' Die angegebenen Werte wurden bei einer Betriebsspannung von nahezu 3 MV ermittelt. (1 MV = 1 Million Volt).

l4 Sterilization by atomic radiation. Food Technology in Australia 6, 201, 255 [1953].

15 R. S . Hannan, Electronic sterilization, Proc. SOC. appl. Bacteriology 16, 88 [ 19531.

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1s R. F. Robinson, Some fundamentals of iadiation steriliza- tion, Food Technologv 8. 191 [19541.

vcrhaltnismalSig unheeinllulS( hlieh. IXe genannten Dosen crgahen itllerdings noch kcine viillige Sterilisierung. 10s r geniigten jedoch, um mindestens 95 " iu der vorhandenen Keime zu zerstoren und die mikrobiologische Haltbarkeit etwa urn den Faktor 2 zu erhohen, besonders dann, wenn die Lager- temperatur 10O C nicht iiberstieg lo2 z. Die Wirkung auf Ascor- binsiure wurde an reinen Losungen in Wasser und an Obst- saften untersucht. Eine Dosis von 5 105 r (bei ca. 3 MV Be- triebsspannung) verminderte den Ascorbinsaure-Gehalt in wassriger Losung um 230i0, in Orangensirup um 18O/o , d.h. bei Vitaminen wird die Empfindlichkeit durch den Wasser- gehalt des Gutes in ahnl'icher Weise beeinflufit wie bei Enzymen la. Die zerstorende Wirkung von Rontgen- strahlen auf Vitamine hangt auf3erdem von ,der Harte der Strahlen ab. Sie ist bei 3 MV Betriebsspannung rund achtmal so groi3 wie bei 50 kV2.

Die zur Erzielung verschiedener Abtotungseffekte notwen- digen Bestrahlungsdosen sind in Abb. 1 dargestellt, welche einer Arbeit von Nickerson, Proctor und Goldblith ent- nommen 'ist und in gleicher Weise fur Kiintgen-. Gamma- und Kathodenstrahlen gilt.

Enzyme im nahX Pe'erband

i / I sporenbildende BaktGrien

-4bb. 1. Fur verschiedene Abtotungseffekte wirksame Dosen

Ein ernstes Problem stellt die B i 1 d u n g s t o r e n d e r G e r u c h s - u n d G e s c h m a c k s k o m p o n e n t e n in be- stiahlten Gutern dar, besonders in Lebensmitteln tierischer Herkunft, wie Fetten, Eiern und dgl. Der Effekt ist von der Hohe der Bestrahlungsdosis abhangig, tritt jedoch schon von lO5r ab merklich in Erscheinung, also bei Dosen, die in den meisten Fallen keineswegs zur volligen Sterilisierung aus- reichen. (Die gleichen Beobachtungen gelten auch fur Elek- tronenstrahlen, bei denen die Grenze fur Geschmacksande- rungen bei etwa 105rep liegt.) Man hat versucht, durch Be- strahlung und Lagerung der Guter bei tiefen Temperaturen, Ectzug des Sauerstoffs (hohere Dosen!) bzw. Zugabe strahlen- empfindlicher Substanzen (z. B. Ascorbinsaure) oder Anti- oxydantien Abhilfe zu schaffen; befriedigende Ergebnisse konnten jedoch bisher nur in geringem 1Jmfang gewonnen werden. Bei Milch, weii3em Kase (Quark) und Eiern scheint keine Moglichkeit zur Beseitigung der Storeffekte gegeben zu sein 202 z2. In Einzelfallen sollen allerdings auch Ge- schmacksverbesserungen durch Bestrahlung auftreten konnen, z. B. an alkoholischen Getranken durch Behandlung mit wei- chen Rontgenstrahlen IR.

Eine grofiere Zahl von Arbeiten befaf3te sich mit der G a m m a b e s t r a h l u n g v o n F l e i s c h u n d F l e i s c h - w a r e n , die bekanntlich bei der iiblichen Lagerung vor-

I Q E. L. Gaden j r . , E. J . Henley u. V . P . Collins, Preser- vation of milk by radiation, Food Technology 6, 506 [1951].

loa Amer. J. Pulblic Health 43, 554 [ 19531. zo L. E. Brownell. W. W . Meinke, J . V . Nehemias u. E. W .

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*l R. S . Hannnn, The preservation of food with ionizing radiations, Food Science Abstracts 26, 121 [1951].

22 Cs. V O N Herepey-Csakanyi, Die Anwendung der kalten Strahlen als Sterilisierungsmittel in der Konserveruindustrie, Tnd. Ohst- u. Gemuseverwert. 39, 214 [1954].

FETTE . SEIFEN . ANSTRICHMITTEL 57 Jahrgano Y I ' 1455 128

wiegend dur& Faulnisbakterien und aui3erdem durch Ver- farbung qualitativ beeinfluBt werden. Die Versuche zeigten, dai3 Myoglobin ziemlich strahlenempfindlich ist, besonders wenn es in reinem Zustand vorliegt. Durch Zugabe von Ascorbinsaure, Entzug des Luftsauerstoffs oder Gefrieren vor der Bestrahlung konnte die Verfarbung weitgehend zuruck- gedrangt werden. Bei zu hohen Bestrahlungsdosen traten deutliche Geruchs- und Geschmacksverschlechterungen auf, die jedoch haufig nach dem Kochen wieder verschwanden. In rohem Rindfleisch gebildeter Fremdgeschmack verlor sich auch durch etwa einmonatige Lagerung der verschlossenen Fleisch- dosen bei Zimmertemperatur wieder. Aui3erdem konnte die Geschmacksbildung in Schinken, Speck und Corned Beef durch Zusatz von 0.01 " / o Natriumnitrit oder -nitrat fast voll- standig unterdruckt werden zo, 15, zB. Fur die Geruchs- und Geschmacksverschlechterung durften in erster Linie schwefel- haltige, saure Substanzen verantwortlich zu inachen sein, die sich als Folge der Bestrahlung bilden. Bestrahlungsdosen von (i . lo5 und 13 . 105 r verursachten ein Ansteigen des loslichen Kreatinin, Kreatin und des gesamten Nichtprotein-Stickstoffs, wahrend der Gehalt an loslichen, tyrosinhaltigen Proteinen abnahm. Die proteolytischen Enzyme wurden bei den an- gewandten (verhaltnismai3ig hohen) Dosen noch nicht in- aktiviert 21. Wegen der beschriebenen unerwunschten Begleit- erscheinungen, die bei vollstandiger Sterilisierung auftreten, wurde in jungster Zeit gepruft, welcher Effekt erzielt werden kann, wenn lediglich die 0 b e r f 1 a c h e n s c h i c h t e n ste- rilisiert werden. Die hierzu notige Bestrahlungsdosis betragt nur etwa 0 . 5 . IO5r. Es zeigte sich, daf unter diesen Um- standen die Haltbarkeit frischen Rindfleisches, das nach der Bestrahlung bei - 35" C gelagert wurde, auf die fiinffache Dauer ausgedehnt werden konnte, ohne dai3 Geruchs-, Ge- schmacks- oder Farbanderungen auftraten. Zur Lagerung in feuchten Kuhlraunien sol1 das Fleisch moglichst in sauerstoff- durchlassige Materialien verpackt werden. Die Inaktivierung der Enzyme wird, wie bereits erwahnt, am besten durch eine Kombination von Bestrahlung und Einwirkung hoherer Temperaturen erreicht 25, 26.

Die Bestrahlung von t r i c h i n o s e m F l e i s c h mit 200 kV-Rontgenstrahlen oder Gammastrahlen des Isotops Go Co ergab, dai3 die Trichinenlarven durch eine Dosis von lOBr abgetotet werden. Die Entwicklung der Larven zu mannlichen Tieren wird jedoch bereits durch 1.8 10' r bei Gammastrah- lung ,bzw. 1.4 - 10' r bei Rontgenstrahlung unterbunden, wah- rend weibliche Tiere d,urch 1.2 . 10' r bei Gammastrahlung bzw. 0. i * lo4 r bei Rontgenstrahlung steril werden 20. Auf Grund dieser Erkenntnis wurde eine Bestrahlungseinrichtung gebaut, durch die hal'be Schweine, an einer Laufschiene hangend, mit einer Geschwindigkeit von rund 2 m/Min. hindurchgefuhrt und so einer Bestrahlung von etwa 2 Min. Dauer ausgesetzt werden, wodurch eine Dosis von 3 - 104r erreicht wird. Als Strahlungsquelle werden radioaktive Substanzen verwendet. Die Kosten fur die Einrichtung sind allerdings mit rund 566000 Dollar noch sehr hoch. Im einzelnen entfallen davon auf die Kammer, in die der Strahler eingebaut wird, 58000 Dollar, auf Versandb'ehalter fur die Strahler 25 000 Dollar

23 C. F . Niven jr., Bacteria in meat processing, American Meat Institute Foundation, Circular No. 12,17 [1954].

24D. M. Doty u. J . Wachter, Effect of gamma radiation on nitrogenous compounds and proteolytic enzymes in meat, American Meat Institute Foundation, Bulletin No. 19,27 [ 195.11.

25B. S. SchweigeTt, C . F . Niven j r . , D . M. Doty u. H . R . Kray- bill, Cold sterilization of meat, American Meat Institute Foundation, Circular No. 10 [1954].

26B. S. Schweigert, Grappling with the problems of cold steri- lization, Food Engng. 26, 70, 147 [1954].

" Ein rad'ioaktives Praparat 'hat die Starke 1 Curie, wenn in ihm in der Zeiteinheit ebenso viele Atome zerfallen wie in 1 g reinem Radium, also 3.68 . loLo Atome pro Sek. 1 Me- gacurie sind loG Curie.

2 7 H . J. Gomberg, S . E. Gozcld, J . V . Nehemias u. L. E. Brow- nell, Design fission irradiator to break trichinosis cycle, Food Engng. 26, 78. 154 [19.541.

FRTTE . SEIFEN . ANSTRICHMITTEL 57 Inhroanq Vr 1'155

und auf den Strahler selbst (1..5 Megarurie") und seine In- stallierung 4S:3 000 Dollar *'.

Gute Erfolge wurden bei Bestrahlungsversuchen rnit Ganima- strahlen an 0 b s t u n d G e m ii s e erzielt. Letztere werden durch die Strahleneinwirkung zarter und benotigen daher eine geringere Kochzeit als unbestrahltes Gemuse. kkstrahlte Erbsen konnten 2.B. bereits in drei Minuten gar gekocht werden im Vergleich zu sechs Minuten bei nicht bestrahlten Erbsen. Geschmacksbeeinflussungen traten nur in geringem Mafie auf. Bei einigen Gemiisen (Erbsen, Karotten und Spar- gel) wurden Bleichw,irkungen beobachtet 20. Versuche an Air- schen und Pfirsichen ergaben, daiS eine Erhohung der Lager- dauer erzielt wird, wenn die Bestrahlungsdosis mindestens IWr betragt. Kaltlagerung wirkt sich dabei gunsti'g aus. Bei iiiedrigeren Uosen geht der Verderb rascher vor sich als ohne Bestrahlung, und zwar unabhangig davon, ob kalt (4" C) oder bei Zimmertemperatur (210 C) gelagert w,ird. Dosen uber I .5 loti r bewirken Verfarbungen, Konsistenzversdilechterung und Geschmadtsveranderungen. In weitgehend gasdichter Ver- packung (Saranfolie) war die Haltbarkeit besser als in weniger dichter Verpackung (Yolyathylenfolie) z x .

Betrachtet man die W i r t s c h a f t 1 i c h k e i t von Rontgen- und Gammastrahlen, so folgt aus den Versuchen, daiS h a r t e K o n t g e n s t r a h 1 e 11 trotz ihres hohen Eindringungsver- mogens und der bisher gunstigen Versuchsergebnisse in der Praxis kaum Verwendung tinden durften; denn von der Primareneugie der Elektronen, die i n der Kontgenrohre auf die Antikathode auftrelfen, werden nur etwa 5 O/o in Rontgen- energie umgesetzt, so daiS entsprechend lange Bestrahlungs- zeiten zur Sterilisierung notwendig werden. Fur die vollige Entkeimung einer mit kleisch gefuilten Dose von 0.532 Liter lnhalt (etwa 13 cm Durchmesser) bei 3 MV Betriebsspannung ware beispielsweise eine Bestra'hlungsdauer von nahezu 8 Min. erforderlich *. Begnugt man sich dagegen rnit einer Sterili- sierung der Oberflache, so konnen weichere (d. h. weniger durchdringende) Strahlen angewendet werden, bei denen so- wohl die Kosten fur Anschaffung und Betrieb der Gerate selbst als auch fur die Mafnahmen zum Schutz des Personals wesentlich geringer sind. Wo es demnach nicht auf sehr kurze Bestrahlungsdauer ankommt, konnen w e i c h e S t r a h 1 e n unter Umstanden aussichtsreich sein.

Besonderes Interesse gilt den G a m m a s t r a h 1 e n , die hinsichtlich ihrer Durchdringungsfahigkeit harten Rontgen- strahlen nicht nachstehen und zur Durchstrahlung von Schichten bis zu 30 cm herangezogen werden konnen, im Vergleich zu hochstens 13 cm bei Bestrahlung mit Elektronenstrahlen von zwei gegeniiberliegenden Seiten aus. Sie sind daher wohl die einzige Strahlenart, die fur die Durchstrahlung von Konserven- dosen der ublichen Ausmai3e praktisch in Betracht kommt. Nachteil'ig ist, dai3 ein Gammastrahl nicht wie ein Rontgen- oder Kathodenstrahl abgeschaltet werden kann, da er von dem betreffenden Praparat dauernd ausgesandt wird, und auferdem, dai3 rnit zunehmender Strahlungsdauer die Inten- sitat des Strahls abnimmt. W i e weit die Bestrahlungszeit bei der praktischen Anwendung herabgedruckt werden kann, las t sich noch nicht ubersehen, d a die zur Verfiigung stehenden Strahlungsquellen in ihrer Intensitat fast durchweg noch vie1 zu gering sind, um fur industrielle Zwecke Verwendung finden zu konnen. Isotopen-Gem,ische ausreichen,der Intensitat werden in genugender Anzahl erst dann zur Verfiigung stehen, wenn der Ausbau von Atommeilern weiter fortgeschritten sein wird. Nach Schatzungen durfte dies nicht vor sieben bis zehn Jahren der Fall sein. Die bisherigen Versuche wurden meist mit den reinen Isotopen Go Co. 137 Cs und lH2 Ta durchgefuhrt 28,307*2314v** .

z 8 J . V . Nelzemias. L. E. Brownell u. H . A . Harlin. Radiation pasteurisabion of fresh fruit, Food Manufact. 29. 431 [1954].

28 L. E. Brownell, Radiation ,from fission materials for food preservation, Food Manufact. 28, 283 [1953].

3u R. S. Human, Electronic sterilization of foods, Research 6, 378 [ 19531.

129

VvrstIrho mil I.:lrktronr,istrnhlrri

Wesentlich gunstiger als bei Rontgenstrahlen gestaltet sich die Energiebilanz bei Elektronenstrahlen (Kathodenstrahlen), bei denen im allgemeinen etwa 75 O/o der Primarenergie aus- geniitzt werden. Ihr groder Nachteil liegt in ihrer geringen Durchdringungsfaigkeit, die -- wie bereits erwahnt - zur Folge hat, dad bei groderen Schichtdidcen erhebliche Schwan- kungen der Ionisationsdichte in der durchstrahlten Substanz auftreten, wodurch der Sterilisationseffekt stark vermindert wird. Dies diirfte auch der Grund sein, warum Betastrahlen als unwirtschaftlich heurteilt werden. Im allgemeinen kann bei Elektronen mit einer Eindringtiefe von rund 1 cm j e 2 MeV * Teilchenenergie gerechnet werden, wenn die Masse der durch- strahlten Materie etwa gleich der Masse des Wassers ist. Neuentwickelte Elektronenbeschleuniger, in denen Teilchen- energien bis zu 16 MeV erzeugt werden konnen. lassen daher eine Durchstrahlung von Schichten bis nur etwa 8.5 cm zu. Um die mogliche Schichtdicke zu erhohen, wird die Bestrah- lung haufig von zwei gegeniiberliegenden Seiten aus durch- gefiihrt. Bei 16 MeV gelingt es dabei, noch Schichten bis etwa 13 cm zu sterilisieren s l . Es mud jedoch beriidtsichtigt werden, dad oberhalb 5 MeV die Apparatekosten sehr stark ansteigen, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage ge- stellt werden kann. Auderdem wurde festgestellt, dad bei Energien iiber 15 MeV sowwhl bei Elektronen- als auch bei Gammastrahlen die bestrahlten Substanzen selbst radioaktiv werden, so dad, ganz abgesehen von sonstigen Begleiterschei- nungen (Geruchsbildung, Farbanderung usw.), der Energie- steigerung eine Grenze nach oben gesetzt ist 30. Nach anderen Quellen sol1 Radioaktiv,itat erst ab 21 MeV induziert wer- den 32, 3. Der Wirkungsbereich von Elektronenstrahlen in einem durchstrahlten Gut ladt sich leicht an der Entfarbung von Methylenblau oder Resazurin abschatzen 93. Die maximale Absorption tritt nicht am Rand der durchstrahlten Schicht, sondern in einigen Millimetern Entfernung davon auf 5 .

Zur Erzeugung schneller Elektronen wurden verschiedene Apparaturen entwickelt, von denen bisher im wesentlichen folgende beiden #fur Bestrahlungsversuche Verwendung fan- den: der Van de G m a f - G e n e r a t o r und das K a p a - z i t r o n. Der Unterschied zwischen beiden Geraten besteht darin, dad mit Hilfe des ersteren ein kontinuierlicher Elek- trunenstrahl erzeugt wird, wahrend letzteres ,,Elektronen- blitze" in Form sehr energiereicher Strahlenimpulse von rund 0.1 bis 100 ps Dauer aussendet", mit Pausen zwischen den Impulsen. die grod sind im Vergleich zur Impulsdauer 5.

Die Versuche haben nun gezeigt, dad die S t r a h l e n - w i r k u n g s e h r v e r s c h i e d e n sein kann, j e nachdem, ob kontinuierliche Strahlen oder Impulse angewandt werden. So bildet sich z. B. durch kontinuierliche Bestrahlung aus Er- gosterin Vitamin D, und Casein wird durch Oxydation zer- setzt, wahrend beide Reaktionen durch Elektronenimpulse nicht ausgelost werden. Dieses iiberraschende Ergebnis 1adt sich vielleicht deuten, wenn man annimmt, dad fur den Ab- !auf einer Reaktion ein Schwellenwert madgebend ist, der bei kurzzeitigen Impulsen nicht erreicht wird 5 .

Unterschiede zwischen den beiden Bestrahlungsverfahren wurden auderdem auch an den Bestrahlungsdosen festgestellt,

* Ein Elektron lbesitzt dmie Energie 1 MeV, wenn es durch die Ws).

31 B. E. Proctor. Food irradiation. World Refriaeration and Spannung 1 MV beschleunigt wird (1 eV = 1.60 *

Air Conditioning 5, 367 [1954]. .,

3P V. H. Baker, 0, Taboada u. D. E. Wiant, Lethal effect of electrons on insects infesting wheat and flour, Agric. Engng. 34. 755 [1953].

53S. A. Goldblith, B. E. Proctor u. 0. A. Hammerle, Eva- luation of food irradiation procedures, Ind. Engna. Chem. 44. 310 [1952].

::. 1 ps = 1o--os. '") Bei Impulsbestrahlung wurden fur nicht-sporenbildende

Bakterien 100 O i o Sterilisationsdosen zwischen 1.25 . lo5 und 2.5 - lo5 rep gemessen, fur Sporen zwischen 2.2. lo5 und 4 - lo5 rep.

die zur Ahtiitung von Mikroorganismen erforderlich sind. Die Empfindlichkeit der Organismen gegen k o n t i n u i e r 1 i c h e Elektronenstrahlen ist gleich der gegen Rontgen- und Gamma- strahlen, wie Goldblith, Proctor und Mitarbeiter durch sehr eingehende Versuche nachwei'sen konnten. Ugkrschiedliche Dosis- Angaben der Literatur sind daher fast immer darauf zuriickzufuhren, dad die ungleichmaflige Energieverteilung der Elektronen in dickeren Schichten nicht geniigend beruck- sichtigt wurde 6. Bei Verwendung von E 1 e k t r o n e n b 1 i t z e n bleibt die Empfindlichkeitsabstufung der einzelnen Mikro- organismenarten ebenfalls erhalten; d. h. Sporen sind wesent- lich widerstanclsfahiger als nicht-sporenbildende Bakterien '>*. Bei kleinen Mikroorganismen liegen jedoch die gemessenen Inaktivierungsdosen wesentlich unter den Dosen, die bei kontinuierlicher Bestrahlung erforderlich sind, wahrend die Dosen bei groien Bakterien befriedigend iibereinstimmen. Nun ist allerdings die Dosis-Messung bei den kurzen Zeiten der Strahlungsimpulse sehr schwierig, so dad die Moglichkeit des Auftretens von Medfehlern entsprechend grog eischeint. Sie allein diirften jedoch fur die beobachteten Differenzen nicht ausschlaggebend sein. da sowohl deren Ausniad als auch die Obereinstimmung der Werte bei groden Mikroorganismen dagegen .spricht 5. An Bacillus subtilis wurde beobachtet, dad die Widerstandsfahigkeit gegen Kathodenstrahlen mit stei- gender Temperatur zunimmt. Salzkonzentration und pH-Wert des umgebenden Mediums sind praktisch ohne EinfluB 34.

Die geschilderten Verhaltnisse sind insofern fur die Praxis von grofler Bedeutung, als sie es ermoglichen, die Sterilisie- rung von Lebensmitteln mit Strahlenimpulsen durchzufuhren, bei denen chemische Wirkungen, wie etwa die Zerstorung natiirlicher Antioxydantien oder die Bildung geschmacksver- schlechternder Komponenten, nicht oder nur in geringem Made auftreten. Bei kontinuierlicher Strahlung kann weit- gehende Abhilfme durch ,Sauerstoff-Entzug, Zugabe strahlen- empfindlicher Substanzen (Acceptoren) oder Gefrieren ge- schaffen werden. F e t t e u n d O l e t i e r i s c h e r H e r - k u n f t sind wie be,i allen Strahlenarten am meisten gefahr- det. Sie zeigen auch bei Elektronenimpulsen ein Ansteigen der Peroxyd-Bildung, weshal'b Zusatze von Antioxydantien (z. B. Athylgallat oder Gewiirze) oder andere bereits erwahnte Schutzmadnahmen empfohlen werden, die die Bildung van Fettperoxyden und Fremdgeschmack zuriidrdrangen. P f 1 a n z - 1 i c h e 73 1 e erleiden auch bei volliger Sterilisierung durch Elektronenstofle nur geringfiigige chemische und organolep- tische Veranderungen 353 Sfi, 37. An B u t t e r f e t t wurde nach Bestrahlung bei -70, -20 und Oo C in den ersten Tagen der Lagerung bei -20O C ein starker Anstieg der Peroxyd-Zahl beobachtet. Wurde die Lagerung dagegen bei 0 oder -7OOC durchgefiihrt, so war der Effekt wesentlich kleiner bzw. er verschwand ganz. Ebenso wurde nach Bestrahlung bei +20OC keine erhohte Peroxyd-Bildung festgestellt. Die im' Fett vor- handenen Antioxydantien (Tocopherole) wurden wahrend und auch noch nach der Bestrahlung zum Teil zerstort a x J 3u.

Schr gute Erfolge wurden bei der Bestrahlung von F 1 e i s c h erzielt. Frisch geschnittenes, rohes Rindfleisch, das vor der Bestrahlung luftdicht verpackt wurde, blieb bis z u 9 Monaten bei normaler Temperatur ohne Schaden. Fur die

34 R . B. Edwards, L. J. Peterson u. D. G. Cunimiizgs, The effect of cathode rays on bacteria, Food Technology 8,284 [ 1954.

35 A . Astrark, 0. Sorbye, A. Brasch u. W . Huber, Effects of high intensity electron bursts upon various vegetable and fish oils, Food Res. 17, 571 [1952]. W. Huber, A . Bras& u. A. Waly, Effect of processing con- ditions on organoleptic changes in foodstuffs sterilized with high intensity electrons, Food Technology 7, 109 [ 19531. W. Summer, Electronic preservation of foods, Food 21, 324

38

39

[1952]. R. S. Hannan u. 1. W . Boag, Effect of electronic irradiation on fats, Nature 169. 152 [1852]. R. S. Hannan u. H . J. Shepherd, After-effect in butter-,fat irradiated with high-energy electrons, Nature 170, 1021 [ 19.521.

i:m FETTE . SEIFEN . ANSTRICHMITTEL 57 Inhrqnnq Nr ? 195s

Sterilisierung waren 4 his fi Impulse von je 1 p s Dauer d i g . Durch Bestrahlung in gefrorenem Zustand konnte die Halt- barkeit weiter erhiiht werden. Fur Ochsenfleisch erwies sich eine Vorlagemng von 72 Std. bei -15 bis -1SO C, fur Kalbfleisch von 72 Std. mbei -15O C und fur Sdweine- fleisch von 72 bis 96 Std. bei -15OC als ausreichend7.35,3i. Hackfleisch erlitt durch Kathodenstrahlen keine Geschmacks- und Geruchs-, Farb- oder Konsistenzanderung, wenn es geringe Mengen von Ascorbinsaure oder Natriumsulfit enthielt 40.

Die Haltbarkeit von S c h e 11 f i s c h f i 1 e t kann durch Be- strahlung mit Kathodenstrahlen wesentlich verbessert werden. wenn die nachtragliche Lagerung bei 2 bis 4.5OC erfolgt. Es ist dabei nicht notwendig und zweckmadig, Bestrahlungsdosen zu verabreichen, die zur Abtotung samtlicher Mikroorganismen fuhren wurden, sondern es geniigen bereits 7 - lo5 rep. Aller- dings scheint eine gewisse T'iefenwirkung erforderlich zu sein, da dtrahlen von 3 MeV bei gleicher Dosis bessere Resultate zeigten als Strahlen von 2 MeV. Geschmacksanderungen tra- ten bei den Versuchen auf, waren aber so gering, daS die Proben noch nach 6 Wochen als verkauflich bezeichnet wer- den konnten 41.

Die vollige Sterilisierung von E i e r n kann durch Katho- denstrahldosen von 3 . lo5 rep erreicht werden. Der dabei ent- wickelte storende Geruch wird durch nachfolgende Spriihtrodc- nung wieder beseitigt; die Backeigenschadten des Eipulvers er- leiden keinen Schaden 42.

V i t a m i n e werden dann stark geschadigt, wenn sie den Strahlen in reiner wafriger Losung ausgesetzt sind. M8it stei- gender Verdunnung nimmt die Empfindlichkeit zu. In organi- scher Materie, z. B. in Ixbensmitteln, werden besonders Vita- min A, C, Carotin und einige Komponenten des Vitamin B- komplexes nur wenig angegriffen. Eine wesentliche Zerstorung setzt erst bei Dosen ein, die um eine Zehnerpotenz iiber den Sterilisationsdosen liegen. Die gleiche Grofenordnung (etwa 6 . loti rep) gilt auch fur die lnaktivierung von E n z y m e n J1, a7.

Eine interessante Moglichkeit bieten Kathodenstrahlen zur Abtotung von Eiern, Larven und Puppen des Kornkafers und Keismehikafers i n W e i z e n und h e h l , da die Abtotung durch hohe Temperatur zu einer deutlichen Verschlechterung der Backqualitat fuhrt. Durch eine Dosis von I V r e p bei 2 MeV werden SOo/o der ausgewachsenen Kornkafer inner- halb einer Woche nach der bestrahlung getotet. Zur vollstan- digen Abtotung sind 2.5. lo5 rep erforderlich. Fur den Reis- mehl'kafer gelten 2 . 5 . lo5 rep zur 90°/oigen und 5 . lo5 rep zur vollstandigen Abtotung. Die Eier beider Kafer lassen sich je- doch schon durch lo4 rep sterilisieren. Die Bestrahlung des Mehls kann auf einem l adenden Band vorgenommen werden. Xnderungen der Backfahigkeit und des Geschmadtes treten allerdings bereits bei lo5 rep in geringem Mafe auf 31, 32.

AbschlieSend se'i erwahnt, dai3 auch P a c k s t o f f e Ver- anderungen durch Elektronenstrahlen erfahren konnen. Z. B. wird an den iiblichen thermoplastischen Kunststoffen haufig ein unangenehmer Geruch hervorgerufen, der am wenigsten bei Polyathylen in Erscheinung tritt 43. Auserdem zeigen Gla- ser im allgemeinen Verfarbungen, deren Bildung nur durch verhaltnismadig teure Madnahmen verhindert werden kann 31.

Andererseits scheinen aber auch Verbesserungen von Pa&- stoffeigenschaften durch Bestrahlung moglich zu sein, wie z. B.

40 B. E. Proctor, S. A. Goldblith, Ch. J. Bates u. 0. A. Ham- merle, Biochemical prevention of flavor and chemical chan- ges in foods and tissues sterilized by ionizing radiations, Food Technology 6, 237 [195'2].

41 J . T . R. Nickcrson, E. E. Lockhart, U . E. Proctor u. J . J. Licciardello, Ionizing radiations for the control of fish spoilage, Food Technology 8, 32 [1954].

42 B. E. Proctor, R. P. Josli t t , J . T . R. Nickerson u. E. E. Lockhart. Elimination of Salmonella in whole egg powder by cathode ray irradiation of egg magma prior to drying, Food Techno- logy 7, 291 [1963].

4 3 R . S . Hannan, The effects of ionizing radiations on food- stuffs, Chem. and Ind. 10.54, 393.

die Erhohung der Hitzebestandigkeit von Kunststoffen. die so- mit sterilisierfahig gemacht werden knnnen 44.

Aus dem gegebenen Oberblick lassen .sicli ritsammenfassend folgende Schliisse ziehen:

1. U l t r a v i o l e t t e s L ' i c h t kommt wegen seines gerin- gen Durchdringungsvermogens nur fur die Sterilisierung von Oberflachen o'der transparenten Stoffen, wie Wasser, in Be- tracht. Sein Hauptanwendungsgebiet durfte auf die Bestrah- lung von Raumen und Gefafien beschrankt bleiben. Miigliche unerwunschte Veranderungen an bestrahlten Lebensmitteln mussen in Betracht gezogen werden.

2. R 6 n t g e n s t r a h 1 e n zeNigen im allgemeinen gute Sterilisationseffekte, auch in der Masse des bestrahlten Gutes. Jedoch scheiden harte Strahlen wegen ihrer Unwirtschaftlich- keit fur die praktische Anwendung aus. Bessere Moglichkei- ten diirften sich fur weiche Strahlen und besonders g a m m a - s t r a h 1 e n d e P r a p a r a t e ergeben, wenn letztere in ge- nugendem MaBe zur Verfugung stehen.

3. Auch Elektronen in -1Form von K a t h o d e n s t r a h 1 e n oder E 1 e k t r o n e n b 1 i t z e n bieten fur die Lebensmittel- technologie interessante Moglichkeiten, wogegen Betastrahlen als zu unwirtschaftlich erscheinen. Welches der beiden Be- strahlungsverfahren in groderem Umfang zur Anwendung kommen wird, durfte im wesentlichen von den Kosten ab- hangen, die zur Zeit zugunsten der kontinuierlichen Bestrah- lung sprechen.

So interessant die beschriebenen Verfahren aber auch sind, besonders im Hinblick auf eine Sterilisierung o h n e Tempe- raturerhohung, ihre praktische Anwendung kann - mit Aus- nahme der UV-Bestrahlung - erst dann gebilligt werden, wenn Klarheit uber alle Vorgange herrscht, die durch Bestrah- lung 'in Lebensmitteln ausgelost werden konnen. Vorerst wur- den im wesentlichen nur der Sterilisierelfekt selbst sowie organoleptische und farbliche Veranderungen studiert. Uber die Beeinflussung von Nahrwert und Vitamin-Gehalt, Bildung toxischer Substanzen, chemische Keaktionen als Nachwirkung der Bestrahlung usw. liegen dagegen bisher iiur wenig Erfah- rungen vor, so dai3 die bestrahlung noch nicht als unbedenk- lich angesehen werden darf. Vorlaufige Fiitterungsversuche mit bestrahlter M'ilch und bestrahltem hleisch verliefen ermu- tigend 29, 15, und auch 'die zunachst sehr verbreitete Befurch- tung, in bestrahlten Substanzen konnte bei den ublichen Dosen schon kiinstliche Radioaktivitat induziert werden, durfte inzwischen gegenstandslos geworden sein. Die grofe Schwie- rigkeit liegt aber darin, da5 von Versuchen an reinen Sub- stanzen bzw. bestimmten Lebensmitteln nicht auf andere Lebensmittel geschlossen werden darf, so dai3 eine grofe Zahl lange dauernder Versuche notwendig ist, uni die notige Klar- heit zu schaffen. (Da die Verhaltnisse auf dem pharmazeuti- schen Sektor etwas einfacher liegen, konnte dort die erste tech- iiische Anwendung zu erwarten sein.) Die laufenden Arbeiten werden daher von den zustandigen amerikanischen Behorden mit gronem Interesse verfolgt, eine Genehmigung zur indu- striellen Verwertung wurde jedoch noch in keinem Fall erteilt.

Zu beachten sind schliei3lich noch die sehr hohen Kosten, die mit der Einrichtung einer Bestrahlungsanlage verbunden sind und die an einem Beispiel aufgezeigt wurden. Es genugt nicht, das Gerat selbst zu beschaffen und zu unterhalten; viel- mehr mui3 der gesamte Bestrahlungsraum nach aui3en abge- schirmt werden, wozu in Sonderfallen Betonmauern bis zu einigen Metern D i k e notwendig werden konnen. Aber auch wenn dies nicht der Fall ist, mud eine Reihe von Schutzmad- nahmen fur das Bedienungspersonal getroffen werden. So folgt denn, dai3 die Untersuchungen in ihrer Gesamtheit zwar fur die deutsche Industrie sehr interessant un8d aufschludreich sind, eine allgemeine Umsetzung in die Praxi's aber noch auf Jahre hinaus nicht verwirklichbar sein durfte.

44 A . Cfiarlesby, Polypropertied polymers, Ind. Engng. Chem. 4.5. 11 A. 13 A [1963].

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ANSTRICHMITTEL Nr 2 1955 131