УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАПСУЛИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ Российский патент 2011 года по МПК A23P1/04 

Изобретение относится к медицинской, химической, фармацевтической, пищевой отраслям промышленности, животноводству и биотехнологии, в частности к оборудованию для производства капсулированных продуктов из текучих или вязких веществ, суспензий, дисперсий, эмульсий, обратных эмульсий, коллоидных растворов и др., с получением бесшовных наполненных капсул диаметром 1,0…10,0 мм. Устройство предусматривает получение продуктов в виде капсул с инкапсулированными водорастворимыми веществами и/или веществами в коллоидном состоянии эмульсий, обратных эмульсий, дисперсий или суспензий, подлежащих капсулированию в водорастворимом гелеобразователе, раствор которого одновременно выполняет роль транспортной системы.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение бесшовных наполненных капсул, которые имеют шаровидную или близкую к шаровидной геометрическую форму, диаметром 1,0…10,0 мм. Предлагаемое устройство неэнергоемкое, надежное в работе, обеспечивает стабильность получения капсул заданного диаметра и толщины оболочки с сохранением свойств инкапсулированного вещества, имеет упрощенную конструкцию.

Известно устройство для получения гранулированных продуктов [1], которое включает экструзионную подачу гранулируемого вещества из дозировочного канала и образование капель за счет действия периодических колебаний с последующей фиксацией капель. Для образования капель дозировочному каналу придают несинусоидальные импульсные колебания. Регулирование диаметра капель осуществляют изменением глубины их погружения в формирующую жидкость грануляционной колонны. Устройство для формирования гранулированных продуктов включает в себя емкость для приготовления жидкости, которая подлежит грануляции, гранулятор с дозировочным каналом, электродинамический вибратор, подключенный к генератору электрических импульсов, грануляционную колонну. Дозировочный канал устанавливают на расстоянии от поверхности формирующей жидкости в колонне.

Недостатком устройства является сложность конструкции, невозможность стабильного получения капсул с диаметром 1,0…10,0 мм. Также недостатком данного устройства является невозможность получения термостабильных капсул, поскольку устройство может работать с материалами, способными только к термотропному гелированию.

Известно устройство [2], а именно капсуляторная головка для формирования зернистых пищевых продуктов, в состав которой входит корпус с каналами для подведения растительного масла, материала оболочки и наполнителя, насадка с полостью и каналами для пульсирующей подачи растительного масла, механизм разделения струи на капсулы, образованную оболочку и наполнитель, размещенный верхней частью в полости насадки с образованием горизонтальной щели, и приемную воронку для капсул, отличающееся тем, что с целью повышения качества формирования капсул из быстрогелирующего вещества путем создания равномерного температурного поля в зоне формирования наполненных капсул, механизм разделения струи на капсулы выполнен в виде усеченного конуса, который имеет расположенный по его оси канал, соединенный с полостью насадки, при этом механизм разделения струи на капсулы установлен в приемной воронке таким образом, что его нижний торец находится от входа в цилиндровую часть воронки на расстоянии, не меньшем величины диаметра торца, и длина усеченного конуса механизма разделения составляет не менее трех диаметров его канала, причем верхний торец механизма разделения, прилегающий к щели, выполнен скошенным.

Недостатком устройства является сложность конструкции, сложность эксплуатации, невозможность капсулирования водной составляющей, наличие транспортной системы в виде растительного масла. Также недостатком устройства является необходимость четкой балансировки потоков внутренней составляющей, материала оболочки и транспортной системы в виде растительного масла.

Известно устройство [3] для получения гранулированных продуктов, включающее в себя емкость для начальной смеси для формирования гранул с гибкими трубопроводами, помещенную в термокамеру, узел формирования гранул, включающий в себя фильеры, приемные емкости и теплообменник, привод движения, отличающееся тем, что приемные емкости выполнены в виде отдельных стаканов, каждый из которых состоит из верхних и нижних сосудов, соединенных через дренажную трубку, причем в верхнем сосуде каждой приемной емкости внутри установлен охлаждающий элемент, а приемные емкости размещены в гнездах планетарного механизма, установленного с возможностью поворота вокруг вертикальной оси.

Недостатком устройства является высокая энергоемкость, сложность конструкции, невозможность формирования капсул диаметром более 2…2,5 мм при произвольном вытекании первичного раствора через расходную воронку в формирующую жидкость.

Прототипом изобретения является устройство [4] для производства капсулированных продуктов, конструкция которого предусматривает получение капсул с термотропной оболочкой и жировым и/или масляным содержимым внутри и в масляной транспортной среде. Для этого в конструкции устройства предусмотрена емкость с подогревом для материала оболочки, емкость для внутреннего содержимого, емкость и транспортная система для растительного масла, насосная группа для их подачи, герметичная система в месте соединения головки и конуса воронки, устройство для механического отделения капсул и охлаждения транспортной среды.

Устройство содержит емкость для вещества-наполнителя капсул и накопительную емкость для циркулирующего раствора, выполняющего роль транспортной системы и одновременно являющегося веществом, из которого образуется оболочка капсул, узел капсулирования, систему продуктопровода с замкнутым циклом транспортировки жидкости и механическим отделением образованных капсул. Узел капсулирования состоит из капсуляторной головки, прозрачной втулки с осевым каналом для капсул и охлаждающей колонки с приемной воронкой. Капсуляторная головка состоит из жиклера подачи материала оболочки и установленного в нем с исходящим щелевым зазором жиклера подачи наполнителя. Нижние части обращенных друг к другу соответственно внутренней и внешней поверхностей указанных жиклеров выполнены в форме обратного усеченного конуса, переходящего в цилиндр, причем исходящий конец жиклера подачи наполнителя установлен в цилиндрическом исходящем канале жиклера подачи материала оболочки по посадке скольжения с возможностью относительного вертикального перемещения. Цилиндрический исходящий канал жиклера подачи материала оболочки выполнен с цилиндрическим расширением в нижней части с диаметром и высотой, равной диаметру получаемых капсул. Устройство также включает в себя емкость для циркулирующего теплоносителя, корпус капсуляторной головки содержит полость с каналами для подведения и отведения циркулирующего теплоносителя. Трубопровод подведения материала оболочки размещен внутри трубопровода подведения теплоносителя. Кроме того, устройство обеспечено источником света, который подсвечивает прозрачную втулку узла капсулирования, подключенным к источнику электропитания через прерыватель электрического тока, частота включения которого синхронизирована с частотой пульсации потока растительного масла. Устройство содержит перфорированную емкость для отделения сформированных капсул от транспортной системы - растительного масла.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, высокая энергоемкость, сложность эксплуатации, невозможность капсулирования водной составляющей, наличие транспортной системы в виде растительного масла, необходимость четкой балансировки потоков внутренней составляющей, материала оболочки и растительного масла, необходимость охлаждения транспортной системы и подогревания составляющей оболочек. Также недостатком этого устройства является невозможность получения термостабильных капсул, поскольку по конструкции устройство работает только с материалами, способными к термотропному гелированию.

Задачей изобретения является создание устройства, с помощью которого возможно:

- получение бесшовных капсул диаметром 1,0…10,0 мм, заполненных наполнителем;

- совершенствование способа формирования капсулированных продуктов, при котором обеспечивается стабильность получения капсул заданного диаметра и толщины оболочки с сохранением свойств инкапсулированных веществ;

- повышение качества формирования капсул из быстро гелирующих веществ.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве для производства капсулированных продуктов, содержащем емкость для вещества-наполнителя капсул, накопительную емкость для циркулирующего раствора, выполняющего роль транспортной системы и одновременно являющегося веществом, из которого образуется оболочка капсул, узел капсулирования, систему продуктопровода с замкнутым циклом транспортировки жидкости и механическим отделением образованных капсул, согласно изобретению в качестве транспортной жидкости используется водный раствор вещества, одновременно являющегося компонентом, образующим оболочку.

В частном варианте выполнения узел капсулирования содержит капсуляторную головку с фильерами, которая обеспечивает осевую подачу капель вещества-наполнителя капсул в количествах, позволяющих образовать капсулы диаметром от 1,0 мм до 10,0 мм, за счет подачи капель по вертикали через воздух, при этом капли вещества-наполнителя попадают в зону слияния двух ламинарных потоков транспортного и одновременно формирующего оболочку раствора, а именно в приемную емкость для капель вещества-наполнителя капсул, которая имеет щель размером до 10 мм, образованную двумя оппозитно расположенными плоскостями параболической формы, вмонтированными во встроенную емкость, расположенную в приемной емкости для капель вещества-наполнителя капсул.

В ином варианте выполнения щель приемной емкости для капель вещества-наполнителя капсул расположена над наклонным транспортным лотком под углом, предотвращающим пересечение капсул в потоке формирующего раствора с возможностью регулирования угла наклона транспортного лотка посредством винта и с возможностью регулирования расстояния между щелью приемной емкости для капель вещества-наполнителя капсул и транспортным лотком путем подъема-опускания транспортного лотка посредством регулировочного винта, установленного на корпусе устройства.

В ином варианте выполнения транспортный лоток соединен с помощью конусообразного лотка с изогнутым трубопроводом, каждый виток которого наклонен в сторону сетки отделения капсул и длина которого обеспечивает пребывание в нем капсул в течение времени от 20 до 1800 секунд.

В ином варианте выполнения образованные в капсуляторной головке капли вещества-наполнителя капсул попадают в систему продуктопровода, в котором осуществляется в режиме циркулирующего ламинарного потока транспортировка формирующего раствора, образующею оболочку капсул.

В ином варианте выполнения система продуктопровода имеет замкнутый цикл и включает в себя приемную емкость для капель вещества-наполнителя капсул с двумя оппозитно расположенными плоскостями, обеспечивающими режим ламинарного потока формирующего раствора, образующего оболочку капсул, при этом указанные плоскости образуют на выходе из приемной емкости щель, через которую формирующий раствор, с захваченными под узлом капсулирования капсулами, попадает в транспортный лоток с регулируемым углом наклона, который снабжен устройством для дополнительной подачи формирующего раствора для образования оболочки капсул.

На чертеже представлена схема предложенного устройства.

Устройство для получения капсулированных продуктов расположено на корпусе 1 и содержит емкость 2 для вещества-наполнителя капсул, помещенную в рубашку 3, которая при необходимости позволяет подогревать и регулировать температуру подачи вещества-наполнителя капсул. Устройство также содержит накопительную емкость 4 для циркулирующего раствора (далее - формирующий раствор), который выполняет роль транспортной системы и одновременно является веществом, из которого формируется оболочка капсул. Емкость 2 соединена трубопроводом 5 с узлом капсулирования 7, емкость 4 соединена трубопроводом 6 с помощью вентиля 26 для регулирования потоков формирующего раствора с приемной емкостью для капель 16 вещества-наполнителя капсул и транспортным лотком 15, через который образованные капли 16 вещества-наполнителя попадают в систему продуктопровода, где осуществляется в режиме циркулирующего ламинарного потока транспортировка вещества, образующего оболочку - формирующего раствора.

Узел 7 капсулирования состоит из капсуляторной головки 8 с фильерами, головку устанавливают на регулируемом расстоянии от поверхности непрерывного потока формирующего раствора, образующего оболочку капсул.

В трубопроводе 5 подачи вещества-наполнителя капсул из емкости 2 установлен насос 9 и вентиль 10. В трубопроводе 6 подачи из емкости 4 в циркулирующем режиме формирующего раствора, образующего оболочку капсул, установлен насос 11 и вентиль 26, регулирующий поток формирующего раствора, после которого формирующий раствор подается по трубопроводам 12, 13, которые имеют вентили 14: один - к транспортному лотку 15, второй - к приемной емкости для капель 16 вещества-наполнителя капсул, в которой обеспечивается разрыв поверхностного натяжения формирующего раствора и погружение капель 16 вещества-наполнителя капсул. В приемную емкость 27 для капель 16 вещества-наполнителя капсул вмонтирована еще одна встроенная емкость 29 с высотой бортов ниже емкости 27. Емкость 29 снабжена двумя оппозитно расположенными плоскостями 30, 31 параболической формы, направленными друг к другу таким образом, что образовывается прорезь общего дна емкостей 27 и 29 и формируется щель 28 с расстоянием между плоскостями 30, 31 до 10 мм. Когда с помощью трубопровода 13 в емкость 27 подают формирующий раствор, образующий оболочку капсул, то он, перетекая через более низкие по высоте борта емкости 29 вдоль плоскостей 30, 31, вытекает двумя ламинарными потоками, сливаясь на выходе в общий поток. В месте образования общего потока посредине щели 28 образуется зона, не имеющая поверхностного натяжения. Когда из узла капсулирования 7 подают в эту зону капли 16 вещества-наполнителя капсул, то они, не разбиваясь о поверхность формирующего раствора, образующего оболочку капсул, «подныривают» под его поверхностный слой, не ощущая влияния поверхностного натяжения.

Щель 28 приемного устройства находится над наклонным транспортным лотком 15 под таким углом к его оси (например, 12°), при котором обеспечивается отсутствие пересечения образованных капсул в потоке формирующего раствора, который, выливаясь из щели 28, продолжает стекать по транспортному лотку 15, что обеспечивается углом его наклона, который регулируется посредством винта 17. Расстояние между транспортным лотком 15 и щелью 28 регулируется с помощью регулировочного винта 18 таким образом, чтобы формирующий раствор, вытекающий из щели 28 в транспортный лоток 15, сохранял ламинарность. Винт 17 и регулировочный винт 18 закреплены на корпусе 1 таким образом, что угол наклона транспортного лотка 15 и расстояние к щели 28 регулируются независимо.

Одновременно с помощью трубопровода 12 в транспортный лоток 15 подается формирующий раствор, образующий оболочку капсул, который занимает всю плоскость транспортного лотка 15 в виде сплошного ламинарного потока. Благодаря этому потоку сформированные капсулы выносятся из-под щели 28 приемной емкости для капель 16 вещества-наполнителя капсул, что предотвращает их слипание. При условии отсутствия этого потока капли 16 вещества-наполнителя «догоняют» друг друга, слипаются, что не позволяет обеспечить достижение технического результата изобретения. Угол наклона транспортного лотка 15 обеспечивается винтом 17 и должен быть таким, чтобы сформированные капсулы катились по транспортному лотку 15, а не стекали с формирующим раствором в потоке. Это обеспечивает придание капсулам сферической формы. При увеличении угла наклона образованные капсулы растягиваются до приобретения ими нитевидной формы.

Сформированные капсулы для дальнейшего придания им необходимых характеристик через конусообразный лоток 19 попадают в изогнутый трубопровод 20, каждый виток которого наклонен в сторону сетки 21 отделения капсул от формирующего раствора. Длина трубопровода 20 подобрана таким образом, чтобы обеспечить пребывание капсулы в потоке формирующего раствора в течение от 20 до 1800 секунд и достичь необходимой толщины оболочки и диаметра капсул 1,0…10,0 мм, который пропорционально увеличивается при увеличении длины изогнутого трубопровода 20 и времени пребывания капсул в формирующем растворе. С помощью сетки 21 капсулы отделяются от формирующего раствора, который затем направляется в накопительную емкость 4. В нижней части накопительной емкости 4 вмонтирован трубопровод 6, который соединен с нагнетающей частью насоса рециркуляции 11, после чего формирующий раствор подается на новый цикл.

Система продуктопровода состоит из приемной емкости 27 для капель 16 вещества-наполнителя капсул с оппозитно расположенными по отношению друг к другу плоскостями 30, 31, которые обеспечивают режим ламинарного потока формирующего раствора, образующего оболочку капсул, и формируют щель 28, через которую формирующий раствор с захваченными под узлом 7 капсулирования капсулами попадает в транспортный лоток 15 с регулируемым углом наклона. При этом обеспечивается дополнительная подача формирующего раствора по трубопроводу 12 для образования оболочки, с последующей транспортировкой капсул в ламинарном потоке по изогнутому трубопроводу 20 с регулируемым уклоном и длиной. Трубопровод 20 заканчивается сеткой 21 для отделения капсул, из которой формирующий раствор попадает в накопительную емкость 4 для последующей циркуляции по системе продуктопровода, что обеспечивает непрерывность потока.

Достигнутыми преимуществами (техническим результатом) изобретения по сравнению с прототипом являются:

- возможность получения термостабильных капсул сферической формы с диаметром от 1,0 мм до 10,0 мм; термостабильность капсул обусловлена тем, что во время работы устройства обеспечивается попадание капель вещества-наполнителя в формирующий раствор путем погружения, в результате чего осуществляется ионообменный процесс, происходящий между составными компонентами с образованием пленки в форме капсулы;

- возможность изменения времени пребывания капсул в формирующем растворе за счет регулирования длины транспортного лотка и изогнутого трубопровода;

- низкая энергоемкость за счет отсутствия необходимости подогрева и охлаждения формирующего раствора;

- отсутствие необходимости использования в качестве транспортирующей среды растительного масла, что улучшает эксплуатационные характеристики и качество получаемой продукции.

Устройство работает следующим образом.

Формирующий раствор, образующий оболочку капсул, подается из накопительной емкости 4 насосом 11 и поступает по трубопроводу 6 через вентиль 26 и трубопровод 13 в приемную емкость 27 для капель 16 вещества-наполнителя капсул с оппозитно направленными по отношению друг к другу плоскостями 30, 31, где принимает форму ламинарного потока. Через щель 28 формирующий раствор попадает в транспортный лоток 15 с регулируемым углом наклона. Транспортный лоток 15 снабжен трубопроводом 12 и вентилями 26 и 14, а также устройством для дополнительной подачи формирующего раствора для образования оболочки капсул. После чего формирующий раствор через конусообразный лоток 19 поступает в изогнутый трубопровод 20, проходит сетку 21 для отделения капсул, после чего попадает в накопительную емкость 4, в нижней части которой вмонтирован трубопровод 6, соединенный с нагнетающей частью насоса рециркуляции 11, посредством которого происходит последующая циркуляция по системе продуктопровода, обеспечивая тем самым непрерывность потока в замкнутом цикле.

Одновременно в капсуляторную головку 8 из емкости 2, которая может подогреваться благодаря наличию рубашки 3, при заданной температуре по трубопроводу 5 с помощью насоса 9 поступает вещество-наполнитель капсул, которое, проходя капсуляторную головку 8 с фильерами, формируется в капли 16 с заданной массой и диаметром, чтобы сформировать капсулы с диаметром от 1,0 мм до 10,0 мм. Изменение диаметра капель 16 осуществляется посредством регулирования частоты пульсации насоса 9. Капли 16 за счет осевой подачи по вертикали через воздух попадают в приемную емкость 27 для капель вещества-наполнителя капсул, которая обеспечивает разрыв поверхностного натяжения формирующего раствора. Капли 16 погружаются в его ламинарный поток, где под действием сил поверхностного натяжения формируются в сферическую форму, а под действием ионотропных химических сил мгновенно фиксируются в капсулы. Образованные капсулы перемещаются в ламинарном потоке формирующего раствора по транспортному лотку 15, поступают через конусообразный лоток 19 в изогнутый трубопровод 20 и попадают в сетку 21, где отделяются от формирующего раствора, который через накопительную емкость 4 с помощью насоса 11 подается назад по трубопроводу 6 на рециркуляцию в систему продуктопровода, тем самым обеспечивая непрерывность потока, а капсулы остаются на сетке 21, после чего поступают для последующей обработки.

Таким образом, предложенное устройство позволяет получать капсулы заданных размеров и толщины оболочки, высокого качества и осуществлять их визуальный контроль.

Устройство обеспечивает удобную сборку, разборку и обслуживание его узлов, точное регулирование параметров, определяющих процесс капсулирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент UA 65405, МПК⁷ A23L 1/328, A23P 1/12. Спосiб формування гранульованих продуктiв та пристрiй для його здiйснення. Заявл. 04.08.2003; опубл. 15.08.2005.

2. Авт. свид. SU 1591937, МПК⁵ A23P 1/04, A23L 1/328. Капсуляторная головка для формирования зернистых пищевых продуктов. Заявл. 20.06.88; опубл. 15.09.90.

3. Патент RU 2152746, МПК⁷ A23P 1/02, A23L 1/328. Устройство для получения гранулированных продуктов. Заявл. 16.03.1999; опубл. 20.07.2000.

4. Патент RU 2109504, МПК⁶ A61J 3/07, A23P 1/04, A23L 1/328. Устройство для производства капсулированных продуктов. Заявл. 09.12.96; опубл. 27.04.98.

Изобретение относится к оборудованию для производства капсулированных продуктов. Устройство содержит емкость 2 для вещества-наполнителя капсул, накопительную емкость 4 для циркулирующего раствора, выполняющего роль транспортной системы и одновременно являющегося веществом, из которого образуется оболочка капсул, узел 7 капсулирования, систему продуктопровода с замкнутым циклом транспортировки жидкости и механическим отделением образованных капсул. Изобретение обеспечивает получение продуктов в виде капсул с инкапсулированными веществами, которые инкапсулированы в водорастворимом гелеобразователе. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для производства капсулированных продуктов, содержащее емкость 2 для вещества-наполнителя капсул, накопительную емкость 4 для циркулирующего раствора, выполняющего роль транспортной системы и одновременно являющегося веществом, из которого образуется оболочка капсул, узел 7 капсулирования, систему продуктопровода с замкнутым циклом транспортировки жидкости и механическим отделением образованных капсул, отличающееся тем, что в качестве транспортной жидкости используется водный раствор вещества, одновременно являющегося компонентом, образующим оболочку.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел 7 капсулирования содержит капсуляторную головку 8 с фильерами, которая обеспечивает осевую подачу капель 16 вещества-наполнителя капсул в количествах, позволяющих образовать капсулы диаметром от 1,0 до 10,0 мм, за счет подачи капель 16 по вертикали через воздух, при этом капли 16 вещества-наполнителя попадают в зону слияния двух ламинарных потоков транспортного и одновременно формирующего оболочку раствора, а именно в приемную емкость 27 для капель 16 вещества-наполнителя капсул, которая имеет щель 28 размером до 10 мм, образованную двумя оппозитно расположенными плоскостями 30, 31 параболической формы, вмонтированными во встроенную емкость 29, расположенную в приемной емкости 27 для капель 16 вещества-наполнителя капсул.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что щель 28 приемной емкости 27 для капель 16 вещества-наполнителя капсул расположена над наклонным транспортным лотком 15 под углом, предотвращающим пересечение капсул в потоке формирующего раствора, с возможностью регулирования угла наклона транспортного лотка 15 посредством винта 17, и с возможностью регулирования расстояния между щелью 28 приемной емкости 27 для капель 16 вещества-наполнителя капсул и транспортным лотком 15 путем подъема-опускания транспортного лотка 15 посредством регулировочного винта 18, установленного на корпусе 1 устройства.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что транспортный лоток 15 соединен с помощью конусообразного лотка 19 с изогнутым трубопроводом 20, который имеет форму вертикальной спирали, каждый виток которой наклонен в сторону сетки 21 отделения капсул, и длина которого обеспечивает пребывание в нем капсул в течение времени от 20 до 1800 с.

5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что образованные в капсуляторной головке 8 капли 16 вещества-наполнителя капсул попадают в систему продуктопровода, в котором осуществляется в режиме циркулирующего ламинарного потока транспортировка формирующего раствора, образующего оболочку капсул.

6. Устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что система продуктопровода имеет замкнутый цикл и включает в себя приемную емкость 27 для капель 16 вещества-наполнителя капсул с двумя оппозитно расположенными плоскостями 30, 31, обеспечивающими режим ламинарного потока формирующего раствора, образующего оболочку капсул, при этом плоскости 30, 31 образуют на выходе из приемной емкости 27 щель 28, через которую формирующий раствор, с захваченными под узлом 7 капсулирования капсулами, попадает в транспортный лоток 15 с регулируемым углом наклона, который снабжен устройством для дополнительной подачи формирующего раствора для образования оболочки капсул.