Summary:

Hay is preserved by drying: ideally within 30 hours the residual moisture is reduced to 15% and after about 6 weeks the germ rests, the preservation is complete and the good is stable in storage. Each injection of moisture reactivates some germs. This can be done due to storage, but also by humidification during vaporization. From this the germs have to get so much temperature that they are killed*. A laboratory test gives information about this, but it can say NOTHING about the allergenic potential.
*Due to heat, damage to the cytoplasm membrane, the cytoplasm with its content on the cell wall of the microorganisms is detected. When important components of the cytoplasmic membrane are destroyed, the cell becomes incapable of reproduction (Schliesser 1981).
However, the prerequisite for an optimal temperature effect on the allergenic dusts is their humidification, since this is the only way to create conductivity for the temperature and to denature allergenic proteins much more easily than in a water-poor state. A dry dust layer of inorganic soil particles would also protect the allergenic dusts from heat exposure.
In addition, moisture binds and initiates swelling processes, the surfaces are enlarged, denaturation of the protein components increases adhesion to the stem surfaces. The pathogenic germs are derived from the bronchial system. A watering can or the rain barrel also relieves the load. Living germs pass through the stomach and are acidified there, but not necessarily killed. This causes an unfavorable strain on the digestive tract. We have set 103°, 111°C, 122°C and 133°C steam inlet temperature and checked the property for chewing requirements, as feeding times of 40 minutes/kilogram of hay must not be reduced. The temperature resistance of clostridian spores, mesophilic and thermophilic earth spores above 120°C is in a temperature range that cannot be controlled without softening the material. Extensive denaturation processes would also impair protein quality.
From this we also rely on the enthalpy energy contained in the vapour**, which is discharged on the pathogenic germs when the vapour condenses and humidifies them. To this end, we increase the inlet temperature to an average value, shorten run times to a minimum and achieve maximum effect on allergenic dusts with only minimal thermal change in the feed.

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   Water (at 15 °C) has a specific water capacity of 4184 J/(kg·K), heat of evaporation of 2257 kJ/kg =>

    to heat up 3.5 kg water from 15 to 100 °C requires 4184 J/(kg·K) * 3.5 * 85 K = 1244.74 kJ;

    to transfer the same amount of water to steam requires 2257 kJ/kg * 3.5 kg = 7899.5 kJ.

Vorbemerkung:

Heu wird durch Trocknung konserviert: idealerweise wird innerhalb 30 Stunden die Restfeuchte auf 15% abgesenkt und nach ca. 6 Wochen tritt Keimruhe ein, die Konservierung ist abgeschlossen und das Gut stabil lagerfähig. Jede Zuführung von Feuchtigkeit reaktiviert Keime wieder. Dies kann lagerungsbedingt erfolgen aber auch durch die Anfeuchtung bei der Bedampfung. Daraus müssen die Keime hierbei so viel Temperatur abbekommen, dass sie abgetötet werden*. Hierüber gibt ein Labortest Auskunft, der allerdings NICHTS über das allergene Potential aussagen kann.

*Durch Hitzeeinwirkung werden primär Schädigungen an der Zytoplasmamembran, dem Zytoplasma mit seinem Inhalt an der Zellwand der Mikroorganismen registriert. Wenn wichtige Bestandteile der Zytoplasmamembran zerstört werden, wird die Zelle vermehrungsunfähig (Schliesser 1981).

Voraussetzung für eine optimale Temperatureinwirkung auf die allergenen Stäube ist allerdings deren Befeuchtung, da erst hiermit Leitfähigkeit für die Temperatur geschaffen wird und allergene Fremdeiweiße sehr viel leichter denaturiert werden, als in wasserarmen Zustand. Auch würde eine trockene Staubschicht aus anorganischen Erdpartikeln, die allergenen Stäube vor der Hitzeeinwirkung schützen.

Darüberhinaus bindet Feuchtigkeit und setzt Quellprozesse in Gang, die Oberflächen werden vergrößert, auch Denaturierung der Proteinanteile verstärkt Haftung an den Halmoberflächen. Die pathogenen Keime werden hierdurch vom Bronchialsystem abgeleitet. Daraus bringt auch eine Gießkanne bzw. die Regentonne Entlastung. Noch lebende Keime passieren den Magen und werden dort angesäuert, aber nicht unbedingt abgetötet. Das bewirkt ungünstige Belastung des Verdauungstraktes. Wir haben 103°, 111°C, 122°C und 133°C Dampfeingangstemperatur angesteuert und das Gut auf Kaubedarf überprüft, da Fresszeiten von 40 Minuten/Kilogramm Heu nicht reduziert werden dürfen. Die Temperaturresistenz von Clostridiensporen, mesophilen und thermophilen Erdsporen mit größer 120°C liegt in einem Temperaturbereich, der nicht angesteuert werden kann, ohne das Gut aufzuweichen. Auch würden weitgehende Denaturierungsprozesse die Proteinqualität beeinträchtigen.

Daraus setzen wir auch auf die im Dampf enthaltene Enthalpieenergie**, welche sich auf den pathogenen Keimen entlädt, wenn der Dampf daran auskondensiert, sie dabei befeuchtet. Hierzu steigern wir die Eingangstemperatur auf Mittelwert, verkürzen die Laufzeiten auf Minimum und erzielen maximale Wirkung auf die allergenen Stäube mit nur minimaler thermischen Veränderung des Grundfutters.

Voraussetzung hierzu sind Materialien, welche hoher Temperaturbelastung Stand halten und eben eine Dampfeinspeisung mit den ensprechenden Leistungsmerkmalen.

Alternativ arbeiten wir mit DET 100 und erhöhen die Dampfmenge.

Die gängigen Heubedampfer, welche auf dem Markt sind, erfüllen diese Erwartungen an eine optimale Bearbeitung des Grundfutters nur teilweise. Kesselgeräte müssen die Gesamtwassermenge auf- und fortlaufend mitheizen, haben daraus längere Laufzeiten. Je schneller die erforderliche Temperatur von 95°C auf den Heuoberflächen erreicht wird, um eine Strukturveränderung der allergieauslösenden Proteinbestandteile der anhaftenden allergenen Stäube durch Denaturierung anzustreben, jedenfalles weitestgehend die Keimfähigkeit zu unterbinden und durch Feuchtigkeit, Quellprozesse einzuleiten, die Stäube bindet, um sie von den Bronchien abzuleiten, desto geringer fällt eine thermische Veränderung der Inhaltstoffe aus.

Erprobung:

a. alternative Dampferzeuger:

Tapetenablösegeräte sind per se fragliche Ausstattung für einen Stall, auch wenn sie durchaus ihren Zweck dort erfüllen mögen. Konzipiert für den Einsatz in Innenräumen in Ausführungen, die keine Zulassung für Feuchträume haben, deren Dampfschläuche mechanisch wenig belastbar sind, permanent befüllt und aufwändig mit Säure entkalkt werden müssen und letztendlich eine Dampftemperatur von 100°C zur Verfügung stellen. Je nach Leistung der Heizwendeln, benötigen diese Geräte sehr lange, um 600 Liter Volumen inkl. Heufüllung auf Temperatur zu bringen. Eine Beschleunigung läßt sich mit Zweikammergeräten erzielen, deren Tankinhalt allerdings nur geringfügig erwärmt wird und bei Eintrag von Schwebstoffen im Stall i.V.m. Braunstein durchaus als "Sporenkanonen" anzusehen sind.

Die Forderung an unsere Dampferzeuger sind somit:

Hohe Dampfleistung mit kurzen Laufzeiten.

Bezogen auf 600 Liter Volumen und die Zielsetzung 95°C innerhalb kurzer Zeit auf die Heuoberflächen zu übertragen, erproben wir alternative Geräte mit Starkstromversorgung:

in Arbeit!

b. alternative Behälter:

Steigern wir die Dampfeingangstemperatur über 100°C, sind Boxen aus Polypropylen an Ihrer Belastungsgrenze, von einer zunehmenden Freisetzung von Mikropartikeln ist auszugehen. Daraus bedarf es anderer Materialien. Wir haben uns für einen 3-Schichtenaufbau entschieden, dessen Mittellage aus hochtemperaturfähigem Schaum besteht, der beidseitig von Platten eingefaßt wird, die temperaturbeständig, kratzfest, mechanisch hoch belastbar und auch frei von Weichmachern ist.

Prototyp Eigenkonstruktion:

c. Prozeßsteuerung - Abstimmung und Optimierung

Zielsetzung ist ein Prozeßverlauf, der innerhalb kurzer Einwirkzeit mit hoher Durchfeuchtung die Halmoberflächen auf mindestens 95°C bis maximal 98°C aufheizt, um die Enthalpieenergie auf den pathogenen Keime am Halm zu entladen ohne weitergehende Hitzeschäden zu verursachen.

Kammerinnenseiten, -ausstattung und Oberfläche des zu bedampfenden Gutes sind Gesamtmasse, welche auf Temperatur gebracht werden müssen. Um diesen Prozeß zu beschleunigen, bedarf es entweder einer Dampfeingangstemperatur über 100°C, welche aber nach oben begrenzt sein muss, damit der Dampf auf den pathogenen Keimen noch auskondensiert, Hitzeschäden vermieden werden oder einer gesteigerten Dampfmenge. Unterschiedliche Aussen- und Heutemperaturen werden hierbei über die Laufzeit kompensiert.

Für die erste Alternative steuern wir in der Abstimmung des Dampferzeugers, der Dampfeinspeisung und der Boxenausstattung* aufeinander eine Dampfeingangstemperatur von vorab bis zu 110°C an und beenden den Prozeß, sobald alle Halmoberflächen entsprechend befeuchtet und aufgeheizt wurden.

Der Anwender kann über Laufzeituhr, die Dampfzuführung exakt an die Aussentemperatur anpassen und stellt daraus sicher, dass es zu keinen Hitzeschäden kommt. Weitere Voraussetzung ist, dass die Befüllung nach Vorgabe erfolgt. Die Menge des Gutes ist begrenzt, das Heu muss aufgelockert und darf nur moderat verdichtet werden, um sicher zu stellen, dass alle Oberflächen des Gutes von Dampf umströmt werden.

* Wie nebenan berichtet ist die Kondensatabscheidung unverzichtbarer Bestandteil, deren Masse Energie ableitet. Ein Düsensystem muss also möglichst leicht sein, um diesen Effekt in Grenzen zu halten.

Die bisherige Ausformung in Ringform gewährleistet durch die Positionierung der Bohrungen eine gleichmäßige Verteilung unterhalb des zu bedampfenden Gutes, hat aber eine Masse, welche es zu reduzieren gilt.

Fortsetzung folgt !

Zusammenfassung:

Pferde husten nicht, ein hustendes Pferd ist krank. Wir generieren hier eine Bearbeitung des Grundfutters für auch schwer lungenkranke Patienten. Daraus müssen wir auch sicher stellen, dass es zu keiner vermeidbaren Belastung des Verdauungstraktes kommt. Im Pferdemagen werden pathogene Fremdeiweiße zwar weiter durch den pH-Wert dort denaturiert. Ein positiver Effekt im Hinblick auf die Belastung des Mikrobioms im Dickdarm* aber zuvor haben diese Kontakt zu den Schleimhäuten der Maulhöhle und der Speiseröhre. Daraus orientiert sich der Prozeßverlauf an maximaler Energiefreisetzung auf den Anhaftungen zuvor. Die Energie, welche Dampf beim Auskondensieren freisetzt, besteht aus Wärmeenergie und der 4-fachen Enthalpieenergie**. Zielsetzung ist somit ein Mittelweg aus begrenzter Temperatureinwirkung zur Vermeidung von Hitzeschäden* mit maximaler Entfaltung der Enthalpieenergie auf den pathogenen Stäuben an den Oberflächen. Auskondensierender Dampf befeuchtet, senkt hierbei die Temperaturresistenz pathogener Keime und überträgt seine Temperatur dadurch auf diese. Die Heuoberflächen müssen hierfür von ausreichend Dampf umströmt werden, damit gleichmäßige Penetration auf den Anhaftungen erzielt werden kann. Dampfeingangstemperatur, Dampf- und Füllmenge (Volumen) sind hierzu exakt aufeinander abzustimmen.

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Es gilt die hier angefärbten allergenen Fremdproteine am Heu zu denaturieren, OHNE eine weitergenende Denaturierung der Zellwand- und Zellinhaltsproteine durchzuführen. Das würde die Futterqualität zunehmend beeinträchtigen und Verdauungsstörungen wären die Folge. Daraus darf das Gut nicht, beispielsweise unter Druckaufbau oder durch zu lange Laufzeiten weichgegart werden. Heuoberflächen, Kammerinnenseiten und Einbauten sind Gesamtmasse, welche schnellstmöglich auf Temperatur gebracht werden müssen.

Um Einwirkzeiten zu verkürzen müsste die Zieltemperatur idealerweise auf den Heuoberflächen von 95°C durch eine gesteigerte Dampfeingangstemperatur angestrebt werden. Alternativ steigern wir die Dampfmenge. 

Um hier den optimalen Schnittpunkt zwischen Durchfeuchtung und Aufheizung exakt festzulegen, erproben wir beide Alternativen.