УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕРИЛИЗОВАННОГО МОЛОКА Российский патент 2008 года по МПК A23C3/07 A23L3/28 

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано для поточной стерилизации молока на молокозаводах, а также для периодической стерилизации небольших партий молока непосредственно на молочных фермах.

Известен способ стерилизации молока по а/с ССССР №340392, который заключается в предварительной очистке его от механических примесей, нормализации по содержанию жира, нагревании до 70-80°С, кратковременной стерилизации при температуре не ниже 140°С с последующим охлаждением молока и расфасовкой в асептических условиях.

Недостатком этого способа является то, что молоко в процессе стерилизации подвергается нагреву, сначала предварительному, а затем хотя и кратковременному, с достаточно высокой температурой. Это приводит, во-первых, к повышению энергетических затрат при поточной стерилизации, а во-вторых, к снижению вкусовых качеств молока.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

После очистки от механических примесей и нормализации молоко поступает сначала в ультразвуковой гомогенизатор, а затем в герметичный реактор, где проводится несколько циклов его обработки ультрафиолетовым (УФ) излучением, с перемешиванием после каждого цикла, после чего расфасовывают в асептических условиях. При этом охлаждения молока не требуется.

При стерилизации молока УФ-излучением энергетические затраты существенно меньше УФ-излучение не оказывает влияния на вкусовые качества молока и при этом надежно убивает бактерии и вирусы в молоке. Следует заметить, что стерилизация молока УФ-излучением не является новой идеей, например, см. работу Вессер Р. Технология получения и переработки молока. - М.: Колос, 1971. Однако из-за того, что эффективное проникновение УФ-излучения в молоко возможно на небольшую глубину, до 0,1 мм, возникают трудности реализации этой идеи, которые препятствуют широкому использованию стерилизации молока УФ-излучением в промышленности, а обработка молока УФ-излучением за один цикл приводит к увеличению габаритов установки и снижению ее производительности.

Обработка молока УФ-излучением в предлагаемом способе проводится за несколько циклов при перемешивании между циклами, что позволяет набрать необходимую для разрушения ДНК бактерий дозу УФ-излучения - 40 мДж, а перемешивание позволяет каждый раз обрабатывать новый слой молока и таким образом надежно стерилизовать все молоко. Количество циклов определяется опытным путем при разработке конкретной установки. Предварительная гомогенизация молока в ультразвуковом гомогенизаторе позволяет увеличить глубину проникновения УФ-излучения в молоко за счет уменьшения теневого эффекта от жировых включений. Кроме того, обработку молока УФ-излучением следует проводить в герметичных кварцевых реакторах, так как при использовании УФ-излучения с наиболее эффективной длиной волны 254 нм в окружающем воздухе неизбежно образуется большое количество озона, что приведет к окислению (прокисанию) молока.

Прототипом устройства для реализации этого способа может служить устройство для обработки жидкости в тонком слое, а/с СССР 7999704. Данное устройство содержит цилиндрическую емкость, разделенную с корпусом слоем термоизоляционного материала, приемную камеру, поплавковый распределитель, источник излучения, с цоколями вне цилиндрической емкости и патрубок для вывода жидкости. Недостатками этого устройства является то, что, во-первых, жидкость обрабатывается за один цикл, и надежная обработка жидкости, в частности, полной стерилизация возможна только при малых расходах или протяженной зоне, до нескольких метров, что не позволит решить вопрос ее промышленного применения. Во-вторых, излучатели (бактерицидные лампы) установлены без защитных кожухов и в случае их разрушения возможно попадание вредных веществ в жидкость. Кроме того, излучатели окружены воздухом, который имеет контакт с обрабатываемой жидкостью, что неизбежно приведет к ее окислению, образующимся озоном. В третьих, приведенная схема установки излучателей в цилиндрическом корпусе, так как середина излучателей находится достаточно далеко от обрабатываемой жидкости, а у концов имеется область неэффективного действия излучения из-за его падения под углом к обрабатываемой поверхности.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а также создание экономичной и надежной установки поточной стерилизации молока с высокими эксплуатационными характеристиками.

Указанная цель достигается тем, что, в закрытом корпусе реакторов смонтирован ряд кассет с лампами УФ-излучения, а между каждыми двумя кассетами установлены плоские реакторы, выполненные в виде плоской кварцевой трубы, полость которой сообщена с входным и выходным резервуарами, причем выходной резервуар соединен трубопроводом с входным резервуаром следующего в ряду реактора, причем входной резервуар первого реактора соединен с магистралью подачи молока, а выходной резервуар последнего реактора с магистралью асептической расфасовки. Ширина полости в плоской трубе реактора не более 1 мм. Герметичный корпус устройства выполнен из светонепроницаемого материала и снабжен вытяжным вентилятором и фильтром для озона, а у стенок корпуса параллельных лампам, установлен экран, отражающий УФ-излучение. Гомогенизатор установлен в отдельном корпусе и связан с входным патрубком первого реактора.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

В герметичном корпусе реакторов 1 установлены кассеты 2 с бактерицидными лампами УФ-излучения 3. Число кассет 2 на одну кассету больше, чем количество циклов обработки. Между кассетами 2 установлены плоские кварцевые реакторы 4, количество которых равно количество циклов обработки. Каждый реактор 4 соединен с верхним (выходным) резервуаром 5 и нижним (входным) резервуаром 6. Верхний 5 и нижний 6 резервуары соседних реакторов 4 соединены между собой трубопроводами 7. Нижний резервуар 6 первого в ряду реактора 4 имеет входной патрубок 8, а верхний резервуар 5 последнего в ряду реактора 4 - выходной патрубок 9. У стенок корпуса 1, параллельных кассетам 2 с лампами 3, установлены экраны 10 отражающие УФ-излучение. Корпус 1 снабжен вентилятором 11 и фильтром озона 12. Входной патрубок первого реактора 8 связан с гомогенизатором 13, который связан патрубком 14 с магистралью подачи молока.

Молоко, подлежащее обработке, после очистки от механических примесей и нормализации, через патрубок 14 поступает в гомогенизатор 13, а затем через патрубок 8 во входной резервуар 6 первого в ряду реактора 4. Так как объем реактора 4 меньше объема входного резервуара 6 возмущения в молоке релаксируются и в реакторе 4 течение молока становится ламинарным. Проходя между двумя плоскопараллельными стенками в зазоре не более 1 мм, молоко подвергается обработке УФ-излучением, создаваемым лампами 3, установленными в кассеты 2. Отражение УФ-излучения от экранов 10 усиливает стерилизующий эффект. После выхода из реактора 4 молоко поступает в выходной резервуар 5, а из него через трубопровод 7 во входной резервуар 6 следующего в ряду реактора 4. Таким образом, молоко проходит последовательно через все реакторы 4, то есть набирает нужное количество циклов обработки УФ-излучением. Перемешивание молока происходит в выходных резервуарах 5 реакторов 4 (скорость течения в реакторах 4 больше, чем в выходных резервуарах 5) и в трубопроводах 7. Выходной резервуар 7 последнего в ряду реактора 4 имеет патрубок 9 для соединения установки с магистралью асептического разлива молока. Герметичный корпус 1 снабжен вентилятором 11 и фильтром 12 для откачки и дегазации озона, образующегося при работе ламп УФ-излучения 2 в окружающем их воздухе. Дегазация озона необходима, так как большая его доза в помещении вредна. Экраны 10, установленные параллельно кассетам 2 у стенок корпуса 1, отражают УФ-излучение и усиливают на 30-60% эффект стерилизации в крайних реакторах 4.

В предлагаемой схеме установки для стерилизации молока бактерицидные лампы 3 установлены наиболее рационально - вся поверхность излучения параллельна плоскости реактора 4 и, кроме того, возможна их установка на минимальном расстоянии от плоскости реактора 4. Реактор 4 изготовлен из кварцевого стекла, которое лучше других материалов пропускает УФ-излучение, а его облучение с двух сторон позволяет увеличить теоретическую глубину обрабатываемого слоя молока вдвое, что уменьшит число реакторов 4. Ширина щели реактора 4 - менее 1 мм позволяет значительно увеличить пропускную способность реактора 4 и оптимизировать процесс. Так как при обработке молоко не контактирует с окружающим бактерицидные лампы 4 воздухом, то озон в реакторе 4 не образуется и молоко не окисляется. Течение молока при переходе из реактора 4 в соседний реактор 4 (реактор 4 - выходной резервуар 5 - трубопровод 7 - входной резервуар 6) из-за разности проходных сечений, а, следовательно, и скоростей, носит турбулентный характер и хорошо перемешивается. В следующем реакторе 4 наиболее эффективной обработке УФ-излучением (около стенок реактора 4) подвергнется другие слои потока молока. Надежную стерилизацию молока обеспечат 3-5 циклов обработки молока УФ-излучением, то есть 3-5 реакторов, что позволит создать малогабаритную установку. Корпус 1 должен хорошо вентилироваться, для чего служит вентилятор 11 и фильтр (нейтрализатор) 12. Для нейтрализации озона можно использовать в качестве наполнителя фильтра 12 медную стружку.

В качестве гомогенизатора 13 в установке предлагается использовать ультразвуковой гомогенизатор РУЗ 03-12 или РУЗ 03-30 (см. журнал "Пищевое оборудование в России", №12-1, 2006 г.). Предварительная гомогенизация позволяет измельчить жировые включения в молоке, то есть сделать его более однородным, что увеличит эффективность его обработки УФ-излучением. Установка имеет небольшие габариты и может использоваться на крупных молочных фермах.

Предлагаемые способ стерилизации молока и установка для его реализации могут с успехом применяться для стерилизации и других малопрозрачных и непрозрачных жидкостей, например, пива, сыворотки и т.д.

Устройство представляет собой закрытый корпус, в котором смонтирован ряд кассет с лампами УФ-излучения. Между каждыми двумя кассетами установлены плоские реакторы, выполненные в виде плоской кварцевой трубы, шириной не более 1 мм, полость которой совмещена с входным и выходным резервуарами. Причем выходной резервуар соединен патрубком с входным резервуаром следующего в ряду реактора, а входной резервуар первого реактора соединен с магистралью подачи молока, а выходной резервуар последнего - с магистралью асептической расфасовки. Предложенное устройство позволяет снизить энергозатраты при стерилизации молока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для бактерицидной обработки молока, отличающееся тем, что в закрытом корпусе смонтирован ряд кассет с лампами УФ-излучения, а между каждыми двумя кассетами установлены плоские реакторы, выполненные в виде плоской кварцевой трубы шириной не более 1 мм, полость которой сообщена с входным и выходным резервуарами, причем выходной резервуар соединен патрубком с входным резервуаром следующего в ряду реактора, входной резервуар первого реактора соединен с магистралью подачи молока, а выходной резервуар последнего - с магистралью асептической расфасовки.2. Устройство для бактерицидной обработки молока по п.1, отличающееся тем, что герметичный корпус устройства выполнен из светонепроницаемого материала и снабжен вытяжным вентилятором, на выходе которого имеется фильтр озона, а у стенок корпуса, параллельных лампам, установлены экраны, отражающие УФ-излучение.