СПОСОБ ДЕЗИНФИЦИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ САХАРА Российский патент 1998 года по МПК C13D1/00 

Изобретение касается дезинфекции и, в частности, способа дезинфицирования водных растворов, которые образуются в процессе получения пищевых продуктов или подобных растворов, содержащих питательные вещества для бактерий в значительных концентрациях.

В процессе промышленного получения пищевых продуктов в ряде отраслей получают водные растворы, например, сахаров или подобных веществ, являющихся питательной средой для бактерий, включая между прочим Lactobacilli и Thermophilic Bacilli. Например, при получении сахара из сахарной свеклы свекольная стружка контактирует с водным раствором в течение длительного времени при повышенных температурах для перехода сахара в раствор. Неизбежно в процессе на поверхность сахарной свеклы попадают бактерии. Таким образом, во время экстракции имеется благоприятная возможность для размножения бактерий; при не очень высоких температурах усиленно размножаются Lactobacilli, а при более высоких тампературах усиленно размножаются Thermophilic Bacilli, что приводит к образованию in situ молочной кислоты и/или других нежелательных или даже токсичных примесей. Далее раствор сахара подвергают очистке и кристаллизации. Эти потенциальные проблемы полностью осознаются сахарной промышленностью и в настоящее время для их устранения вводят ряд биоцидов. Эти биоциды включают дитиокарбаматы и формальдегид. Несмотря на то что использование биоцидов эффективно, еще не решен вопрос, можно ли их использовать при получении пищевых продуктов. Дополнительной проблемой использования формальдегида является то, что он может окрашивать сахар, снижая таким образом его стоимость и/или увеличивая требуемое количество промывных вод для промывки сахара, что увеличивает время получения и может приводить в результате к потерям сахара. Таким образом, желательно определить место введения альтернативной системы дезинфицирующего средства.

Одно из мест в процессе получения сахара, в которое особенно желательно вводить биоцид, представляют собой диффузоры - часть установки, где порубленная и промытая сахарная свекла контактирует с экстрагирующими жидкостями для экстракции сахара. Биоцид, вводимый в этом месте, известен как "D-раствор". Другим местом, в которое желательно вводить биоцид, является система рецикла воды после отжима кашицы, где часть жидкости, экстрагирующей свеклу, отделяется и возвращается обратно в диффузор. Биоцид, вводимый в этом месте, известен как "PWC-раствор".

Класс соединений, предложенный для использования в качестве дезинфицирующего средства, включает надкарбоновые кислоты, включая надуксусную кислоту. Она была использована или предложена для использования в качестве дезинфицирующего средства для сахарной промышленности, однако режим обработки, предложенный Рольфом Нистрандом [2], включает только использование единственного раствора надуксусной кислоты, имеющего высокое молярное соотношение перекиси водорода и надуксусной кислоты. При исследованиях, проводимых для изобретения, найдено, что хороший, эффективный по стоимости контроль популяций бактерий дает использование двух различных растворов надуксусной кислоты, дозированно вводимых в различные местоположения.

Согласно изобретению предлагается способ дезинфицирования водных растворов сахара или других подобных растворов, образуемых при получении продуктов питания и содержащих значительные количества питательных веществ для бактерий, отличающийся тем, что эффективное количество раствора надуксусной кислоты, содержащего значительный молярный избыток перекиси водорода относительно надуксусной кислоты, вводят в рецикл воды от отжима кашицы, а в центральную часть диффузора вводят эффективное количество раствора надуксусной кислоты, который не содержит значительного молярного избытка перекиси водорода относительно надуксусной кислоты.

Способ по изобретению выполняют большей частью просто введением композиций в жидкости процесса на требуемых стадиях процесса в приемлемые интервалы времени.

Для раствора PWC при условии, что используется значительный молярный избыток перекиси водорода к надуксусной кислоте, точный выбор композиции делают по усмотрению потребителя. Желательно выбрать молярное соотношение H₂O₂: PAA по крайней мере примерно 12 : 1, на практике молярное соотношение обычно не выше, чем примерно 120 : 1. В некоторых предпочтительных воплощениях молярное соотношение выбирают в области от примерно 18 : 1 до примерно 54 : 1. Хотя теоретически концентрация надуксусной кислоты может изменяться в очень широком ряду концентраций, на практике предпочтительна концентрация по крайней мере 0,5 мас./мас.% для того, чтобы уменьшить до минимума общий объем композиции надкислоты для транспортировки и/или хранения. Обычно концентрация надуксусной кислоты выбирается вплоть до примерно 5 мас./мас.%, а для удобства и легкости производства концентрация часто составляет от примерно 2 до примерно 3 мас./мас.%. Перекись водорода в таких композициях часто выбирается благоприятно в ряду от примерно 15 до примерно 50 мас./мас.%.

В особенно подходящем воплощении PWC - растворы, использующиеся в изобретении, могут быть получены реакцией концентрированного раствора перекиси водорода, часто выбранного из растворов, содержащих от 30 до 65 мас. /мас. % перекиси водорода, и особенно раствора, содержащего номинально 35 мас. /мас. % с меньшим количеством уксусной кислоты или ангидрида, например при молярном соотношении перекиси водорода к уксусной кислоты от примерно 10 : 1 до примерно 30 : 1, и согласно этому смесь достигает равновесия. Может вводиться небольшое количество обычного стабилизатора и/или сильнокислотного катализатора или комбинации катализатора и стабилизаторов, включая серную кислоту и органическую фосфоновую кислоту, такую как этиленгидроксид-дифосфоновая кислота, обычно в количестве вплоть до примерно 1 или 1,5 мас. /мас.% и/или ароматическую гидроксикислоту, такую как дипиколиновая кислота, обычно в количестве вплоть до примерно 0,5 мас./мас.%. Температура получения композиции выбирается по усмотрению производителя, она обычно выбирается в ряду по крайней мере 10^oC, принимая в расчет скорость, которая желательна для получения продукта на установке, и с учетом приемлемых условий безопасности на установке.

Концентрация надуксусной кислоты в D- растворе может выбираться из широкого ряда концентраций, но чаще всего ее выбирают в ряду от примерно 0,5 до примерно 40 мас./мас.% и особенно часто между примерно 4 и примерно 20 мас. /мас. %. Концентрация перекиси водорода в D-растворе часто выбирается от примерно 5 до примерно 30 мас./мас.%, но во всяком случае молярное соотношение перекиси водорода к надуксусной кислоте в D-растворе часто выбирается менее чем примерно 10:1 и наиболее часто менее чем примерно 5:1. По предшествующим работам в этой области хорошо видно, что низкое молярное соотношение перекиси водорода к надуксусной кислоте может достигаться применением перегнанной надуксусной кислоты. В наиболее предпочтительных воплощениях концентрация надуксусной кислоты выбирается в ряду от примерно 10 до примерно 15 мас./мас.% и концентрация перекиси водорода - в ряду от примерно 15 до примерно 25 мас./мас.%.

Раствор D может быть приготовлен любым из известных методов, который обычно включает реакцию уксусной кислоты или уксусного ангидрида с раствором перекиси водорода, необязательно при повышенных температурах и в присутствии сильнокислотного катализатора вместе с любыми требуемыми стабилизаторами, такими как дипиколиновая кислота и/или органическая фосфоновая кислота, такая как этиленгидрокси-дифосфоновая кислота.

Предпочтительное количество раствора PWC, вводимое в линию воды после отжима кашицы, будет, конечно, зависеть от ряда факторов, таких как уровни и частота рекомбинаций, которые проводят, штаммы Bacilli, которые присутствуют, эксплуатационные условия процесса получения пищевых продуктов. Вообще предпочтительно для оценки приблизительного минимального количества композиций, которые должны использоваться, провести серию опытов. В большинстве встречающихся данных PWC- раствор вводят в жидкости процесса или другие подобные растворы для того, чтобы обеспечить концентрацию надкислоты вплоть до примерно 100 млн^-1, предпочтительно она выбирается в пределах по крайней мере 5 млн^-1 и чаще всего вплоть до примерно 50 млн^-1, т.е. предпочтительно от примерно 6.5 10^-5 М до примерно 6.5 10^-4 М. Раствор D вводят в диффузор для того, чтобы обеспечить концентрацию надкислоты в жидкостях вплоть до 500 млн^-1, предпочтительно она выбирается в пределах по крайней мере 25 млн^-1 и чаще всего вплоть до примерно 350 млн^-1.

Способ изобретения может выполняться в широком ряду рабочих температур, которые могут быть от 5 до примерно 90^oC, включая комнатную температуру. Следовательно, способ изобретения хорошо подходит для введения его в обычные процессы экстракции сахара из сахарной свеклы. В таких процессах корни сахарной свеклы промывают, нарезают и обрабатывают экстрагирующим потоком/водой. Во всех вариациях способа значительные количества сахара экстрагируются при контролируемых температурах и значениях pH в непрерывно работающем диффузоре, обычно процесс проводится при пропускании размоченной свеклы противотоком к экстрагирующей жидкости. В таких процессах градиент температур - обычный, от примерно 40-50^oC до примерно 75-80^oC. В некоторых вариантах для начального контакта используют предварительный шпаритель, в котором рабочая температура составляет в среднем примерно 40^oC. Экстрагирующая жидкость обычно рециркулируется до по крайней мере некоторой степени между стадиями в диффузоре, причем общее время присутствия жидкости в диффузоре составляет часто несколько часов, в течение которых любые бактерии, пережившие первое действие контакта с надуксусной кислотой, могут размножаться в отсутствие остаточного биоцида или биостата.

PWC-растворы вводят дозированно в ту часть жидкости диффузора, которая включает жидкость рецикла после пресса, наиболее предпочтительно затем эту жидкость фильтровать для того, чтобы удалить мелкие частички.

D-растворы вводят в центральную часть диффузора. Во многих практических случаях эта часть находится примерно на 1/3 длины диффузора, измеряя от выхода жидкости, причем D-раствор дозированно вводят в место, которое находится не менее чем на 1/3 и не более чем на 2/3 длины диффузора. Предпочтительно место введения определяется в таком положении, чтобы эффективное время жизни надуксусной кислоты было не менее чем время, необходимое для прохождения жидкости от места введения до выхода. Эффективным временем жизни надуксусной кислоты является время, требуемое для уменьшения концентрации надуксусной кислоты до значения, при котором она практически не имеет биоцидной активности.

Если требуется, композиция надуксусной кислоты может вводиться в водную кашицу в предшпаритель, но в большинстве случаев это не является необходимым.

Использование способа по изобретению позволяет контролировать рост как Lactobacilli, так и Thermophilic Bacilli, которые имеют тенденцию к быстрому размножению на различных стадиях процесса экстракции сахара, с помощью применения некоторых (например, содержащих надуксусную кислоту) дезинфицирующих средств. Это упрощает число различных обрабатывающих агентов, которые необходимо использовать в процессе.

Способ по изобретению может также приводить к получению сахара улучшенной белизны до промывки в сравнении с ситуацией, когда применяют некоторые альтернативные режимы дезинфекции, снижая тем самым количество промывок, требуемых для получения сахара желательной белизны. Для того чтобы получить хорошую белизну, желательно использовать надуксусную кислоту в концентрации по крайней мере 5 млн^-1 в потоке воды после отжима кашицы и по крайней мере 25 млн^-1 в диффузоре.

Эффективность специфических вариантов выполнения изобретения показана в примерах ниже.

Пример 1. Выполняется на линии переработки сахарной свеклы.

Раствор надуксусной кислоты, включающий 3 мас./мас.% надуксусной кислоты и 30 мас. /мас. % перекиси водорода, непрерывно вводят в поток воды после отжима кашицы, после чего жидкость фильтруют для удаления частичек. Используемая концентрация надуксусной кислоты составляет 11 млн^-1. Второй раствор надуксусной кислоты, коммерчески доступный от Solvay Interox Ltd. с торговой маркой PROXITANE, поражает в дозе при концентрации 210 млн^-1 надуксусной кислоты в диффузоре и согласно этому поддерживается концентрация 130 млн^-1 надуксусной кислоты с помощью дозированного введения в течение 10 мин каждые 3 ч. Второй раствор надуксусной кислоты дозированно вводят в 17-й пролет диффузора, включающего 34 пролета в общем.

Дозированное введение в поток воды после отжима кашицы дает в результате 3 log снижение микробиологических примесей в этом потоке. Концентрация молочной кислоты в сыром сахаре после диффузора поддерживается ниже 100 млн^-1 молочной кислоты.

Пример 2. По примеру 1, за исключением того, что раствор надуксусной кислоты дозированно вводят в поток воды после отжима в течение 1 ч, а затем в диффузор в течение 1 ч.

Оба эти режима обработки обеспечивают эффективный контроль популяции бактерий в жидкостях процесса и дают приемлемо низкую степень превращения сахарозы в молочную кислоту и продукт приемлемой окраски.

Способ предназначен для дезинфицирования водных растворов сахара в пищевой промышленности, которые являются питательной средой для развития микроорганизмов. Согласно способу в рециркулируемую в диффузор жомопрессовую воду вводят дезинфицирующее количество раствора надуксусной кислоты, имеющего молярное отношение перекиси водорода к надуксусной кислоте по меньшей мере 12 : 1. В центральную зону диффузора вводят раствор надуксусной кислоты, имеющий молярное отношение перекиси водорода к надуксусной кислоте менее 10 : 1, предпочтительно менее 5 : 1. Раствор надуксусной кислоты, вводимый в рециркулируемую жомопрессовую воду, может иметь молярное отношение перекиси водорода к надуксусной кислоте от 12 : 1 до 120 : 1 и предпочтительно от 18 : 1 до 54 : 1. Способ обеспечивает эффективное дезинфицирование водного раствора сахара и уменьшает его потери от жизнедеятельности микроорганизмов. 6 з.п.ф-лы.

1. Способ дезинфицирования водных растворов сахара, образующихся при получении пищевых продуктов и содержащих питательные вещества для бактерий, использующий раствор, содержащий перекись водорода и надуксусную кислоту, отличающийся тем, что в рецеркулируемую жомопрессовую воду вводят дезинфицирующее количество раствора надуксусной кислоты, имеющего молярное соотношение перекиси водорода и надуксусной кислоты по меньшей мере 12:1, причем в центральную зону диффузора вводят эффективное дезинфицирующее количество раствора надуксусной кислоты, имеющего молярное соотношение перекиси водорода и надуксусной кислоты менее 10:1. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор надуксусной кислоты, вводимый в рециркулируемую жомопрессовую воду, имеет молярное соотношение перекиси водорода и надуксусной кислоты 12 - 120:1, предпочтительно 18 - 54: 1. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что раствор надуксусной кислоты, вводимый в диффузор, имеет молярное соотношение менее 5:1. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что концентрация надуксусной кислоты в растворе, вводимом в рециркулируемую жомопрессовую воду, составляет 0,5 - 5,0 мас.%, предпочтительно 2 - 3 мас/мас.%. 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что концентрация надуксусной кислоты в растворе, вводимом в диффузор, составляет 0,5 - 40 мас/мас.%, предпочтительно 4 - 20 мас/мас.%. 6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что концентрация надуксусной кислоты в растворе, вводимом в рецеркулируемую жомопрессовую воду, составляет до 100 млн^-1, предпочтительно 5 - 50 млн^-1. 7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что концентрация надуксусной кислоты в растворе, вводимом в диффузор, составляет до 500 млн^-1, предпочтительно 25 - 350 млн^-1.