УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ ПИЩЕВЫХ СРЕД Российский патент 1998 года по МПК A23L3/26 A23C3/07 

Изобретение относится к нетепловой обработке жидких пищевых сред в виде пленок ультрафиолетовым излучением, в частности при пастеризации молока с целью улучшения качества и увеличения срока хранения.

Известен способ обработки пищевой жидкой среды в виде пленки, например молока, заключающийся в анактивации микрофлоры молока [1], согласно которому осуществляют центрифугирование молока в прозрачных для ультрафиолетового излучения колбах, например, из кварцевого стекла, до полного осаждения клеток микрофлоры на внутренних ее стенках, до получения пленки, толщиною не превышающей 0,1 мм, и отделении обрата. Производят облучение полученной пленки молока ультрафиолетовыми лучами до достижения энергетической экспозиции, равной 210 - 250 Дж/см². После обработки пленки осуществляют операцию восстановления молока, путем воссоединения обрата и облученной пленки.

Недостатками данного способа являются:
низкая производительность процесса, связанная, во-первых, с периодичностью циклов получения пленки жидкой среды центрифугированием и обработки ее ультрафиолетовым излучением и, во-вторых, с малой толщиной подвергаемой облучению пленки, не превышающей 0,1 мм;
высокий расход электроэнергии и дополнительные трудозатраты, связанные, во-первых, с применением энергоемкой операции центрифугирования и, во-вторых, с необходимостью проведения операции по восстановлению молока.

Известно устройство для обработки жидких пищевых сред в виде пленок, например молока, ультрафиолетовым излучением [2]. Устройство содержит вертикальный ротор с патрубками для подачи и отвода инертных газов и обрабатываемой жидкой среды. На стенках ротора расположены приспособления, выполненные в виде лопаток с пальцами, установленными под углом 45^o к оси ротора, для перемешивания жидкой среды, источник излучения, расположенный внутри ротора и соосно с ним.

Недостатками данного устройства является наличие в нем сложного и энергоемкого механизма - центрифуги (ротора) и приспособлений для перемешивания обрабатываемой жидкой среды, что делает устройство сложным в изготовлении, увеличивает трудозатраты при эксплуатации и приводит к повышенному расходу электроэнергии.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство [3], содержащее рабочую камеру, выполненную в виде вертикального цилиндра, распределитель (ороситель), приемник, патрубки для ввода и вывода жидкой среды, источник излучения, выполненный в виде элементов, установленных внутри рабочей камеры в горизонтальном положении таким образом, что их цоколи проходят в отверстие стенки за ее пределы.

Недостатками известного устройства являются:
сложное выполнение конструкции рабочей камеры, связанное с механической обработкой внутренней стенки цилиндра под монтаж элементов источника излучения и появлением в этих местах различного рода механических повреждений (перегибов, отверстий, складок), а также со сложностью изготовления облучателя, выполненного в виде горизонтально расположенных один над другим элементов внутри рабочей камеры и механизма для подачи жидкой среды на внутреннюю стенку рабочей камеры, выполненного в виде емкости с поплавковым механизмом;
низкая производительность, связанная с особенностями конструктивного соединения емкости-распределителя с рабочей камерой, предполагающими малую толщину образуемой на внутренней стенке пленки, не превышающую 0,1 мм;
повышенный расход электроэнергии (≈ 200 Дж/см³), связанный с расположением источника излучения внутри рабочей камеры горизонтально и по всей высоте, что предполагает большую долю мощности, уходящую на рассеивание и переход в тепловую энергию;
дополнительные трудозатраты, связанные с необходимостью периодически очищать поверхность, по которой перемещается жидкая среда, от остатков старой жидкости, которая задерживается в различного рода повреждениях внутренней поверхности (перегибах, складках, отверстиях), образованных в местах соединения камеры и цоколя элемента источника излучения.

Задачей изобретения является снижение энерго- и трудозатрат и увеличение производительности в единице оборудования.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для обработки жидких пищевых сред, в частности, молока, содержащем пастеризационную поверхность, ультрафиолетовый облучатель, ороситель (пленкообразователь) с подводящим патрубком и сборник с отводящим патрубком, пастеризационная поверхность выполнена в виде плоской прямоугольной пластины (в известном устройстве - это поверхность цилиндра), установленной под острым углом к горизонту, при этом угол наклона составляет от 5 до 90^o; ультрафиолетовый облучатель выполнен из трубчатых ламп и расположен над пастеризационной пластиной и параллельно ей; ороситель выполнен в виде горизонтальной емкости с заглушенными торцами, с отверстиями в нижней части для истечения обрабатываемой жидкости и расположен над пастеризационной пластиной в верхней части ее; сборник выполнен в виде желобка и расположен под пастеризационной пластиной в месте стока с пластины обрабатываемой жидкости; над оросителем установлен стабилизатор давления обрабатываемой жидкости; по бокам пастеризационной пластины установлены дренажные желобки. Устройство в целом может быть выполнено в виде двух и более последовательно соединенных каскадов пастеризаторов.

Выполнение пастеризационной поверхности в виде плоской пластины, вместо цилиндрической, позволяет осуществлять свободное истечение обрабатываемой жидкости с заданной скоростью и различной толщиной пленки истекающей жидкости в зависимости от угла наклона пластины к горизонту. При этом обеспечивается турбулентное движение жидкости с перекатыванием по поверхности ее частиц, что дает возможность каждой микрочастице жидкости периодически появляться на поверхности жидкостного потока и непосредственно быть облученной. При такой организации свободного истечения жидкости толщина ее пленки может быть существенно больше глубины проникновения ультрафиолетового облучения (для молока эта величина составляет 0,1 мм) и достигать 0,5 - 1,0 мм. При вертикальном расположении пластины пастеризационной (угол 90^o) толщина пленки обрабатываемой жидкости наименьшая и составляет примерно 0,4 мм, с уменьшением угла наклона она увеличивается, а при наклоне к горизонту менее чем 5^o происходит резкое увеличение истечения жидкости с краев пластины. Таким образом, плоская пастеризационная пластина позволяет увеличить жидкостной поток в единицу времени, а увеличение длины пластины или каскадное последовательное включение двух и более пластин позволяет увеличить время экспозиции ультрафиолетового облучателя на обрабатываемую жидкость, что в целом позволяет создать пастеризатор любой производительности в единице оборудования.

Ультрафиолетовый облучатель выполнен из трубчатых ламп и расположен над пастеризационной пластиной и параллельно ей, что позволяет изготавливать облучатель заданных размеров. При необходимости над облучателем может быть установлен отражатель. Практически весь поток ультрафиолетового облучения может быть направлен на обрабатываемую жидкость. Конструктивно облучатель выполнен применительно к пастеризационной пластине и располагается над ней на расстоянии 5 - 15 мм. В известном устройстве облучатель имеет большие потери на рассеивание.

Ороситель выполнен в виде горизонтальной емкости с заглушенными торцами и с отверстиями в нижней части для истечения обрабатываемой жидкости и расположен над верхней частью рабочей плоскости пастризационной пластины на расстоянии 3 - 12 мм. Такое устройство и расположение оросителя обеспечивает истечение жидкости на пастеризационную пластину без разбрызгивания и с плавным растеканием в турбулентный поток.

Сборник для приема обработанной жидкости с пастеризационной пластины и передачи ее самотеком на следующий каскад или в емкость готовой продукции выполнен в виде желобка с отводящим патрубком и расположен под пастеризационной пластиной в месте стока с пластины обрабатываемой жидкости.

Стабилизатор давления предназначен для обеспечения постоянного гидравлического давления в оросителе, что обеспечивает независимость расхода подаваемой на пастеризационную пластину обрабатываемой жидкости от количества ее в исходной емкости и от расположения этой емкости. Стабилизатор расположен над оросителем и представляет собой один из известных клапанов, обеспечивающих постоянство уровня жидкости, подаваемой в ороситель.

Дренажные желобки, установленные по бокам пастеризационной пластины, предназначены для сбора непредвиденного истечения жидкости с боков пастеризационной пластины и отвода этой жидкости в специальный сборник.

Последовательное соединение двух и более каскадов в одном пастеризаторе позволяет увеличивать время облучения обрабатываемой жидкости.

Сравнение заявленного устройства с прототипом показало, что предлагаемое устройство построено на новом способе - облучение обрабатываемой жидкости осуществляется в пленке при свободном перемещении жидкости с толщиной пленки 0,3 - 0,6 мм, при этом происходит эффективное перемешивание микрочастиц жидкости (в известных устройствах обрабатываемую жидкость центрифугируют, образуя пленку толщиной 0,1 мм). Этот новый способ осуществляется с помощью нового устройства - пастеризатора с плоской пастеризационной поверхностью без центрифугирования подаваемой жидкости, и, следовательно, соответствующего критерию "новизна".

Изучение других устройств в данной области техники показало, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 и 4 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - разрез пастеризационной пластины и облучателя, на фиг. 3 - разрез оросителя.

Устройство содержит основание 1, расположенную на нем пастеризационную пластину 2, выполненную из листового стекла. По бокам пастеризационной пластины смонтированы дренажные желобки 3. Над пастеризационной пластиной и параллельно ей установлен ультрафиолетовый облучатель 4, состоящий из трубчатых ламп 5 и отражателя 6. Ороситель 7 с отверстиями 8, с подводящим патрубком 9 установлен над верхней частью рабочей плоскости пастеризационной пластины 2 и подводящим патрубком соединен со стабилизатором давления 10, смонтированным над оросителем. Сборники 11 с отводящими патрубками 12 выполнены в виде желобка, расположенного под пастеризационной пластиной 2 в месте стока с пластины обрабатываемой жидкости и в месте стока с дренажных желобков 3 и своими отводящими патрубками соединены с приемной емкостью 13 или с оросителем нижнего каскада пастеризатора 14. На боковой стенке устройства выполнено смотровое окно 15 и пульты управления каскадами пастеризатора 16.

Принцип работы устройства.

Обрабатываемая жидкая среда, например, сырое молоко, из подающей емкости, расположенной выше стабилизатора давления 10, самотеком, как показано на фиг. 1 и 4, поступает в стабилизатор давления 10, представляющий обычный поплавковый клапан, поддерживающий заданный уровень жидкости, далее самотеком по подводящему патрубку 9 жидкость поступает в ороситель 7 и через отверстия 8 в оросителе так же самотеком, равномерно распределяется по всей ширине пастеризационной пластины 2. Стекая по этой пластине жидкость обрабатывается ультрафиолетовыми лучами. Пройдя пастеризационную пластину 2, жидкость попадает в сборник 11, из которого через патрубок 12 поступает в ороситель нижнего каскада 14 и цикл ультрафиолетовой обработки повторяется, после чего обработанная жидкость поступает в приемную емкость 13.

Над пастеризационными пластинами 2 установлены ультрафиолетовые облучатели 4, состоящие из специальных газоразрядных трубчатых ламп 5 и отражателей 6, смонтированных в виде плоской кассеты. Газоразрядные лампы имеют специальное покрытие, которое выделяет из ультрафиолетового спектра лампы бактерицидную область. Подобное же покрытие нанесено и на отражатель.

Дренажные желобки 3, расположенные по бокам пастеризационной пластины 2, выводят из устройства жидкость, перелившуюся через боковые кромки пастеризационной пластины.

По пастеризационной пластине 2 обрабатываемая жидкость перемещается самотеком слоем толщиной 0,3 - 0,6 мм, который обеспечивает турбулетное движение пленки и ее эффективное перемешивание в направлении, совпадающем с направлением силы тяжести этой среды. При этом каждый единичный объем жидкой среды появляется на поверхности пленки истечения и подвергается облучению от облучателя 4.

Пример наилучшего выполнения устройства - ультрафиолетовый пастеризатор "УФО", паспорт, черт. ПВЕ 3.00.00.000Пе. Прилагается. В настоящее время изготовлен макетный образец устройства, на котором проведены необходимые исследования, получено разрешение на изготовление и продажу опытной партии 100 аппаратов (гигиенический сертификат N 389 от 13 августа 1993). Разработана рабочая документация, изготовлены и испытаны два опытных образца.

Таким образом, предлагаемое устройство обработки пищевых сред в сравнении с известными позволяет:
оптимально осуществлять способ при толщине обрабатываемого слоя в пределах 0,04 - 0,06 см;
повысить производительность до 1000 л/ч и более;
снизить удельный расход электроэнергии до 0,004 кВт/ч;
упростить устройство;
снизить затраты, связанные с эксплуатацией устройства.

Использование: обработка пищевых сред в виде пленок ультрафиолетовым излучением. Сущность изобретения: устройство для обработки жидких пищевых сред, в частности молока, содержит пастеризационную поверхность, ультрафиолетовый облучатель, ороситель с подводящим и сборник с отводящим патрубками. Пастеризационная поверхность выполнена в виде плоской прямоугольной пластины, установленной под острым углом к горизонту, при этом угол наклона составляет от 5 до 90^o. Ультрафиолетовый облучатель выполнен из трубчатых ламп и расположен над пластиной и параллельно ей. Ороситель выполнен в виде горизонтальной емкости с заглушенными торцами, с отверстиями с нижней части для истечения обрабатываемой жидкости и расположен над пастеризационной пластиной в верхней ее части. Сборник выполнен в виде желобка и расположен под пастеризационной пластиной в месте стока с пластины обрабатываемой жидкости. Устройство дополнительно снабжено стабилизатором давления обрабатываемой жидкости в оросителе, дренажными желобками, установленными по бокам пастеризационных пластин. Устройство может быть выполнено в виде двух и более последовательно соединенных каскадов пастеризаторов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для обработки жидких пищевых сред, в частности молока, содержащее пастеризационную поверхность, ультрафиолетовый облучатель, ороситель с подводящим и сборник с отводящим патрубками, отличающийся тем, что пастеризационная поверхность выполнена в виде одной или нескольких последовательно соединенных плоских прямоугольных пластин, установленных под острым углом к горизонтали, преимущественно 5 - 90^o, ультрафиолетовый облучатель выполнен из трубчатых ламп, расположенных параллельно над каждой плоской прямоугольной пластиной, ороситель выполнен в виде расположенной над верхней частью каждой плоской прямоугольной пластины горизонтальной емкости с заглушенными торцами и с отверстиями в нижней части для истечения обрабатываемой среды, а сборник выполнен в виде желобка и размещен под каждой плоской прямоугольной пластиной в месте стока с нее обрабатываемой среды. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено стабилизатором давления обрабатываемой жидкой пищевой среды в оросителе. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по бокам каждой плоской прямоугольной пластины установлены дренажные желобки.