Изобретение относится к фотобиореактору и кассетной системе, которые позволяют проводить гермицидную обработку жидкостей с использованием коротковолнового ультрафиолетового излучения (УФ-С), главным образом с длиной волны от 180 нм до 300 нм. Изобретение относится к системе, пригодной для проведения гермицидной обработки сильно непрозрачных жидкостей.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для пастеризации жидких пищевых продуктов ранее использовали приборы с УФ-реактором. Примеры таких приборов можно найти в US 2002/096648 или Chem. Eng. Technol. 2007, 30, стр. 945-950, и в обоих документах описан реактор для облучения текучей реакционной среды ультрафиолетовым излучением. Камера облучения соединена со впуском и выпуском, что позволяет реакционной среде протекать через реактор, подвергаясь при этом воздействию ультрафиолетового излучения.
Другой пример прибора с УФ-реактором имеется в US 2004/248076, где раскрыто устройство и способ стерилизации жидких сред при помощи УФ-облучения и кратковременной тепловой обработки.
Однако в данной области имеется потребность в оптимизации уничтожения бактерий и вирусов (т.е. пастеризации или стерилизации) при исключении или снижении окисления жидкого продукта. Окисление жидкого продукта приводит к усилению горького и неприятного запаха/вкуса пищевого продукта.
Кроме этого, имеется потребность в упрощении таких фотобиореакторов, позволяющем приспосабливать оборудование к индивидуальным задачам и облегчающем обслуживание и очистку такой системы, предпочтительно без необходимости в специальных инструментах.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к прибору с УФ-реактором для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов. Так, в первом аспекте настоящего изобретения раскрыт фотобиореактор для пастеризации жидких пищевых продуктов, например, молока, причем этот фотобиореактор содержит первую кассетоустановочную рамку; одну или более спиральных трубок, проходящих от впускного конца до выпускного конца, образуя жидкостной канал; по меньшей мере две кассеты, проходящие от первого конца до второго конца; и один или более фильтров; при этом кассетоустановочная рамка содержит кассетоприемные отверстия, в которые каждая из кассет устанавливается съемным образом, при этом каждая кассета содержит один или более источников излучения, облучающих упомянутые одну или более спиральных трубок, при этом упомянутые один или более источников излучения испускают излучение с длиной волны в диапазоне от 180 до 300 нм, при этом упомянутые один или более фильтров расположены между упомянутыми одним или более источниками излучения и упомянутыми одной или более спиральными трубками, и при этом упомянутые один или более фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 300 нм упомянутых одной или более спиральных трубок.
Под предотвращением достижения излучением с длиной волны более 300 нм упомянутых одной или более спиральных трубок понимается, что излучение с длиной волны более 300 нм ослабляется в значительной степени, например, по меньше мере в 100 раз или 1000 раз или более.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 270 нм упомянутых одной или более спиральных трубок.
Одним из преимуществ использования такого светового излучения в качестве средства для холодной пастеризации является то, что это очень энергоэффективный способ частичной стерилизации.
Одним из преимуществ использования одного или более фильтров является то, что можно исключить фотоокисление под действием излучения с большими длинами волн. Например, является предпочтительным исключение фотоокисления рибофлавина (около длины волны 446 нм), но также предпочтительно исключение фотоокисления других компонентов жидкого пищевого продукта, которое усиливает горький и неприятный запах/вкус указанного пищевого продукта. Кроме этого, фильтры могут исключать контакт горячего воздуха с упомянутыми одной или более спиральными трубками, тем самым исключая нагревание жидкого пищевого продукта.
Жидкостной канал рассчитан на обеспечение высокого отношения поверхности к объему, увеличивающего воздействие энергии излучения на единицу объема при ослаблении эффектов самоэкранирования обрабатываемой непрозрачной жидкости. Таким образом, возможно проводить обработку непрозрачных жидкостей с использованием излучения, если материал, образующий жидкостной канал, прозрачен для такого светового излучения.
В биореакторе предпочтительно, чтобы как можно большая часть УФ излучения достигала жидкости. Однако также предпочтительно сведение к минимуму видимого света, теплового излучения и теплопередачи к жидкости за счет конвекции. И то, и другое может быть обеспечено введением фильтра, например, полосового фильтра, для исключения нежелательных длин волн и путем заключения источников излучения в кассетную систему. Кроме того, кассетная система упрощает замену источников излучения в ходе обслуживания, так как одна кассета может быть заменена без необходимости изменения в системе чего-либо еще.
Жидкий пищевой продукт протекает по упомянутым одной или более спиральным трубкам с некоторым расходом. В одном или более вариантах осуществления измеряемый в миллилитрах в минуту расход составляет 200-6000 мл/мин, или 500-4000 мл/мин, или 800-2000 мл/мин, или 900-1100 мл/мин.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения представляют собой гермицидную (бактерицидную) лампу низкого давления, такую как ртутная лампа низкого давления.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения работают при температуре лампы от 0°С до 120°С.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения работают при температуре лампы от 20°С до 60°С.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения работают при температуре лампы от 30°С до 50°С.
Во втором аспекте настоящего изобретения раскрыто применение описанного в данном документе фотобиореактора для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов.
Холодная пастеризация может представлять собой частичную стерилизацию вещества и, в частности, жидкости, в процессе, где избегают использовать тепло в качестве основного средства уничтожения нежелательных организмов, без значительного химического изменения вещества. Под «избегают» понимается не исключение, а уменьшение.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 2-Log10. Биологическим загрязнением могут быть, например, бактерии, споры, плесень или вирусы.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 3-Log10.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 4-Log10.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 5-Log10.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 6-Log10.
В третьем аспекте настоящего изобретения раскрыто применение описанного в данном документе фотобиореактора для уничтожения в жидких пищевых продуктах микроорганизмов, таких как бактерии, плесень, споры или вирусы.
Под уничтожением понимается уменьшение количества активных или живых микроорганизмов. Микроорганизмы, встречающиеся в жидких пищевых продуктах, могут присутствовать из-за загрязнения в ходе обработки указанного жидкого пищевого продукта. Обычное бактериальное загрязнение, например, молочных продуктов может представлять собой, например, Lactobacillus casei, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (MAP), Staphylococcus aureus или Streptococcus spp.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к фотобиореактору, содержащему фильтр, блокирующий ультрафиолетовое излучение с длиной волны более 300 нм, а также к гидравлической конструкции, которая позволяет проводить гермицидную обработку жидкостей с использованием коротковолнового ультрафиолетового излучения (УФ-С), попадающего в диапазон от 180 нм до 300 нм.
Изобретение относится к системе, пригодной для гермицидной обработки сильно непрозрачных жидкостей. Изобретение предусматривает наличие фильтра, который предотвращает достижение обрабатываемой жидкости излучением с длиной волны выше спектра УФ-С. Кассеты могут канализировать (направлять) возможный поток воздуха поверх упомянутых одного или более источников излучения. Таким образом предотвращается достижение потоком воздуха камеры реактора, в которой происходит обработка жидкого продукта, при этом поддерживается оптимальная рабочая температура источников излучения. Кроме этого, изобретение относится к гидравлической конструкции, включающей одну или более спирально свернутых труб, что обеспечивает поперечный поток под действием центробежной силы. Это делает возможной обработку самых непрозрачных жидкостей с использованием УФ-С излучения.
При описании аспектов изобретения для ясности будет использована конкретная терминология. Однако изобретение не подразумевает ограничения выбранными конкретными терминами, и понятно, что каждый конкретный термин охватывает все технические эквиваленты, функционирующие аналогичным образом с реализацией аналогичного назначения.
В первом аспекте настоящего изобретения раскрыт фотобиореактор для пастеризации жидких пищевых продуктов, например, молока, содержащий первую кассетоустановочную рамку; одну или более спиральных трубок, проходящих от впускного конца до выпускного конца, образуя жидкостной канал; по меньшей мере две кассеты, проходящие от первого конца до второго конца; и один или более фильтров; при этом кассетоустановочная рамка содержит кассетоприемные отверстия, в которые каждая из кассет устанавливается съемным образом, при этом каждая кассета содержит один или более источников излучения, облучающих упомянутые одну или более спиральных трубок, при этом упомянутые один или более источников излучения испускают излучение с длиной волны в диапазоне 180-300 нм, при этом упомянутые один или более фильтров расположены между упомянутыми одним или более источниками излучения и упомянутыми одной или более спиральными трубками, и при этом упомянутые один или более фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 300 нм упомянутых одной или более спиральных трубок.
Пастеризация не ограничивается только частичной стерилизацией вещества и, в частности, жидкости при такой температуре и в течение такого периода времени воздействия, которые вызывают разрушение нежелательных организмов без значительного химического изменения вещества, но охватывает также и холодную пастеризацию, которая представляет собой частичную стерилизацию вещества и, в частности, жидкости в процессе, при котором избегают использовать тепло в качестве основного средства уничтожения нежелательных организмов, без значительного химического изменения вещества. Под «избегают» понимается не исключение, а уменьшение. В настоящем изобретении раскрывается, что одним из преимуществ использования светового излучения в качестве средства для холодной пастеризации является то, что это очень энергоэффективный способ частичной стерилизации.
Жидкостной канал рассчитан на обеспечение высокого отношения поверхности к объему, увеличивающего воздействие энергии излучения на единицу объема при сниженных эффектах самоэкранирования обрабатываемой непрозрачной жидкости. Таким образом, возможно проводить обработку непрозрачных жидкостей с использованием излучения, когда материал, образующий жидкостной канал, прозрачен для такого светового излучения.
В упомянутых одной или более спиральных трубках, проходящих от впускного конца до выпускного конца, образуя жидкостной канал, используется режим течения, возникающий тогда, когда по жидкостному каналу протекает среда. Режим течения в жидкостном канале может состоять из одного или нескольких вихревых течений, которые создают аксиальный первичному потоку вторичный поток, используя центробежную силу (например, течение с вихрями Дина) для увеличения поверхности жидкости, подвергающейся воздействию УФ излучения, испускаемого источниками излучения.
Движение текучей среды по жидкостному каналу может иметь двухвихревую структуру, соответствующую течению с вихрями Дина. Это обеспечивает в жидкостном канале осевой поток, обеспечивающий высокое отношение поверхности к объему. Благодаря этому можно увеличить воздействие энергии излучения на единицу объема/площади поверхности при уменьшении эффектов самоэкранирования обрабатываемой непрозрачной жидкости.
В одном или более вариантах осуществления кассеты расположены в параллельной конфигурации.
В одном или более вариантах осуществления каждая кассета также содержит один или более из упомянутых одного или более фильтров.
В одном или более вариантах осуществления одна или более из спиральных трубок расположены между двумя из по меньшей мере двух кассет.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более из спиральных трубок сгруппированы в комплекты по две, такие как комплекты по три, расположенные в чередующейся конфигурации между комплектом из одной или более спиральных трубок и кассетой.
В одном или более вариантах осуществления фотобиореактор дополнительно содержит первую вентиляционную камеру, расположенную у первого конца упомянутых одной или более кассет.
В одном или более вариантах осуществления фотобиореактор дополнительно содержит вторую вентиляционную камеру, расположенную у второго конца упомянутых одной или более кассет.
В одном или более вариантах осуществления вентиляционная камера вытягивает воздух из кассеты, или у вентиляционной камеры воздух поступает в кассету.
При затягивании воздуха в кассеты или из них он отводит тепло, выделяемое источником излучения. Кроме этого, очень важно добиться от источников излучения максимальной энергии и срока службы. Это означает, что их необходимо охлаждать постоянно и равномерно до их оптимальной рабочей температуры. При наличии вентиляционных камер на одном или обоих концах кассет можно получить равномерную и оптимальную рабочую температуру.
В одном или более вариантах осуществления вентиляционная камера вытягивает воздух из кассеты на обоих концах.
Система охлаждения кассет может функционировать посредством всасывания/вытягивания воздуха из обоих концов. При этом внутри кассет создается слегка пониженное давление (небольшое разрежение).
В одном или более вариантах осуществления у вентиляционной камеры воздух поступает в кассету на обоих концах.
В одном или более вариантах осуществления вентиляционная камера вытягивает воздух из кассеты на одном конце, а на другом конце воздух поступает в кассету.
В одном или более вариантах осуществления изобретения каждая из кассет содержит одно или более отверстий на первом конце или втором конце для установки и удаления упомянутых одного или более источников излучения.
В одном или более вариантах осуществления каждая из кассет дополнительно содержит воздуховпускные отверстия для обеспечения поступления воздуха в кассету.
В одном или более вариантах осуществления каждая из кассет дополнительно содержит рамку кассеты с отверстиями, при этом первый набор отверстий закрыт стеклом, например, кварцевым стеклом, через которое излучение от источников излучения может облучать упомянутые одну или более из спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления стекло удерживается на месте внутри рамки кассеты резиновым уплотнением.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более фильтров нанесены на или внедрены в стекло.
В одном или более вариантах осуществления каждая из кассет дополнительно содержит рамку кассеты с отверстиями, при этом второй набор отверстий приспособлен для облегчения внутреннего движения воздуха внутри кассеты.
Кассеты дополнительно содержат небольшие отверстия в своих рамках. Эти отверстия рассчитаны достаточно малыми с целью сохранения в кассете отрицательного давления, и они расположены так, что поступающий воздух равномерно охлаждает лампы. Отверстия, например, могут иметь такой размер, чтобы поступающий в кассеты воздух тек со скоростью приблизительно 2 м/с. Это означает, что при такой скорости воздуха гарантируется турбулентное перемешивание воздуха в кассете, что, в свою очередь, обеспечивает равномерное охлаждение. Также обеспечивается то, что, если разрежение в кассете равномерное, воздух будет поступать через все отверстия. Если бы отверстия были слишком большими, то воздух поступал бы только через отверстия, ближайшие к тому месту, где всасывается воздух.
В одном или более вариантах осуществления рамка кассеты содержит две или более частей рамки, расположенных параллельно, и при этом второй набор отверстий размещен неперекрывающимся образом, гарантируя, что излучение не выходит из кассеты в тех положениях, где излучение не облучает одну или более спиральных трубок.
Путь воздуха к отверстиям может быть рассчитан так, чтобы УФ излучение не выходило через впуск воздуха. Благодаря этому гарантируется то, что УФ излучение не достигает или очень мало достигает окружающей среды, и то, что упомянутые одна или более спиральных трубок не подвергаются воздействию неотфильтрованного излучения.
В одном или более вариантах осуществления кассета имеет множество отверстий, при этом через множество отверстий создается поток воздуха, когда между внутренней и наружной поверхностями кассеты приложена разность давлений, и при этом вызываемый указанной разностью давлений поток воздуха через множество отверстий обеспечивает равномерное охлаждение по всей длине упомянутых одного или более источников излучения с целью достижения максимального выхода УФ излучения и обеспечения оптимального срока службы упомянутых одного или более источников излучения.
Множество отверстий в кассете может быть использовано для охлаждения упомянутых одного или более источников излучения. Отверстия могут быть рассчитаны на обеспечение того, что при наличии небольшой разности давлений между кассетой и окружающей средой будет возникать равномерный поток воздуха через всю кассету, тем самым обеспечивая оптимальное охлаждение упомянутых одного или более источников излучения. Наружная и внутренняя поверхности кассеты - это поверхность снаружи и внутри кассеты соответственно.
В одном или более вариантах осуществления отверстия рассчитаны так, что излучение выходит из кассеты только в сторону упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления пространство между кассетой и упомянутыми одной или более спиральными трубками по меньшей мере частично облицовано полированным светоотражающим алюминием, отражающим излучение от упомянутых одного или более источников излучения, например, отражающим по меньшей мере 50% излучения обратно в сторону упомянутых одной или более спиральных трубок.
Под отражением излучения обратно в сторону упомянутых одной или более спиральных трубок понимается, что падающее на полированный светоотражающий алюминий излучение, если оно отражается обратно, сохраняет часть энергии в излучении, которое затем отражается к упомянутым одной или более спиральным трубкам, тем самым давая большее количество излучения, используемое для стерилизации жидкости в упомянутых одной или более спиральных трубках. Могут быть использованы и другие материалы помимо полированного алюминия при условии, что эти материалы обладают высокой степенью отражения на желательной длине волны.
В одном или более вариантах осуществления пространство между кассетой и упомянутыми одной или более спиральными трубками по меньшей мере частично облицовано полированным светоотражающим алюминием, отражающим по меньшей мере 50% излучения от упомянутых одного или более источников излучения обратно в сторону упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления пространство между кассетой и упомянутыми одной или более спиральными трубками по меньшей мере частично облицовано полированным светоотражающим алюминием, отражающим по меньшей мере 60% излучения от упомянутых одного или более источников излучения обратно в сторону упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления пространство между кассетой и упомянутыми одной или более спиральными трубками по меньшей мере частично облицовано полированным светоотражающим алюминием, отражающим по меньшей мере 70% излучения от упомянутых одного или более источников излучения обратно в сторону упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления пространство между кассетой и упомянутыми одной или более спиральными трубками по меньшей мере частично облицовано полированным светоотражающим алюминием, отражающим по меньшей мере 80% излучения от упомянутых одного или более источников излучения обратно в сторону упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления фотобиореактор дополнительно содержит пластину, ограничивающую или исключающую утечку излучения от упомянутых одного или более источников излучения из пространства между двумя кассетами в фотобиореакторе.
За счет введения пластины в фотобиореактор для ограничения или исключения утечки излучения из пространства между кассетами энергия, выделяемая из упомянутых одного или более источников излучения, сохраняется внутри фотобиореактора, тем самым большее количество излучения/энергии воздействует на жидкость в упомянутых одной или более спиральных трубках. Кроме этого, блокируя утечку излучения в системе, можно исключить потенциальное воздействие опасного излучения на человека, стоящего снаружи фотобиореактора.
Если излучение не может покидать пространство между кассетами или выходить с боковых сторон, не обращенных к упомянутым одной или более спиральным трубкам, можно исключить размещение кассет и спиральных трубок внутри вторичного контейнера, ведь излучение может быть потенциально опасным для человека и поэтому должно удерживаться внутри фотобиореактора. Поэтому является предпочтительной конструкция, в которой кассеты и экранирование рассчитаны так, что утечка излучения исключена.
В одном или более вариантах осуществления пространство между двумя кассетами фотобиореактора или пространство между кассетой и одной или более из спиральных трубок выполняет функцию вентиляционной шахты, используемой для охлаждения фотобиореактора, в частности, охлаждения кассет, содержащих упомянутые один или более источников излучения.
Между двумя кассетами во многокассетной системе или между кассетой и спиральной трубкой может существовать некоторое пространство. Такое пространство может быть использовано для вентиляции воздуха внутри этого пространства и, предпочтительно, замены воздуха внутри системы свежим воздухом, тем самым обеспечивая воздушное охлаждение/вентиляцию спиральных трубок и/или кассет в фотобиореакторе.
В одном или более вариантах осуществления движение текучей среды по упомянутым одной или более спиральным трубкам создает течение с вихрями Дина, ламинарное течение или турбулентное течение.
В настоящем изобретении раскрывается, что одно из преимуществ использования течения с вихрями Дина, ламинарного или турбулентного течения состоит в том, что оно может увеличить воздействие энергии излучения на единицу объема/площади поверхности при сниженных эффектах самоэкранирования обрабатываемой непрозрачной жидкости, тем самым для обработки того же объема требуется меньшее количество энергии и меньшее время.
Между упомянутыми одной или более спиральными трубками и упомянутыми одним или более источниками излучения могут располагаться упомянутые один или более фильтров для сужения диапазона длин волн излучения, излучаемого на упомянутые одну или более спиральных трубок, до более узкой полосы. Это обеспечит оптимальную для уничтожения бактерий и вирусов длину волны, при этом исключая окисление жидкого пищевого продукта (см. фигуру 20).
Под предотвращением достижения излучением с длиной волны более 300 нм упомянутых одной или более спиральных трубок понимается, что излучение с длиной волны более 300 нм ослабляется на значительную величину, например, по меньше мере в 100 раз или в 1000 раз или более.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 290 нм упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 280 нм упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 270 нм упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 260 нм упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления форма поперечного сечения упомянутых одной или более спиральных трубок является круглой, шестиугольной, квадратной, треугольной или овальной. Форма поперечного сечения может быть любой формой, при которой все еще будет сохраняться большая наружная площадь воздействия на жидкий пищевой продукт.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 1 мм до 10 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 2 мм до 9 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 3 мм до 8 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 4 мм до 7 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 5 мм до 6 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки 5,5 мм.
Величина внутреннего диаметра является компромиссом между теми количествами жидкого пищевого продукта, которые могут быть обработаны за данное время, и воздействием энергии излучения на единицу объема/площади поверхности. Чем больше внутренний диаметр трубки, тем больше жидкого пищевого продукта может проходить за какое-то данное время, однако, чем больше внутренний диаметр, тем (относительно) меньшей может быть площадь воздействия.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют шаг от 2 до 8 мм, причем этот шаг означает расстояние от центра до центра упомянутых одной или более спиральных трубок после одного витка спирали упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют шаг от 3 до 7 мм, причем этот шаг означает расстояние от центра до центра упомянутых одной или более спиральных трубок после одного витка спирали упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют шаг от 4 до 7 мм, причем этот шаг означает расстояние от центра до центра упомянутых одной или более спиральных трубок после одного витка спирали упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют шаг 6 мм, причем этот шаг означает расстояние от центра до центра упомянутых одной или более спиральных трубок после одного витка спирали упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют углом спирали от 1° до 6°, такой как, например, от 2° до 5°, такой как, например, от 3° до 4°, при этом угол спирали измеряют между упомянутыми одной или более спиральными трубками и прямым направлением по отношению к направлению от впускного конца к выпускному концу, образующим жидкостной канал.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют угол спирали от 2° до 5°.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют угол спирали от 3° до 4°.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют диаметр спирали от 20 до 150 мм, при этом диаметр спирали представляет собой расстояние от наружного конца до наружного конца упомянутых одной или более спиральных трубок после половины витка спирали упомянутых одной или более спиральных трубок. То есть, диаметр спирали - это ширина спирали, образуемой упомянутыми одной или более спиральными трубками.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 2 до 8 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 5 до 6 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 3 до 7 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 4 до 7 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 5 до 6 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки 6 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют толщину стенки от 0,1 до 0,4 мм. Толщина стенки также может быть определена как наружный диаметр трубки минус внутренний диаметр трубки.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют толщину стенки от 0,1 до 0,3 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют толщину стенки от 0,2 до 0,3 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют толщину стенки от 1 до 4 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют толщину стенки от 1 до 3 мм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют толщину стенки от 2 до 3 мм.
Толщину стенки от 0,1 до 4 мм используют, главным образом, когда упомянутые одна или более спиральных трубок изготовлены из полимерного материала, тогда как толщину стенки от 1 до 4 мм используют, главным образом, когда для изготовления упомянутых одной или более спиральных трубок применяют кварцевое стекло. Однако толщина стенки упомянутых одной или более спиральных трубок зависит от коэффициента пропускания излучения, испускаемого упомянутыми одним или более источниками излучения. Чем выше коэффициент пропускания, тем более толстыми могут быть сделаны стенки.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок намотаны вокруг стойки.
Одно преимущество использования стойки для намотки вокруг нее упомянутых одной или более спиральных трубок состоит в том, что стойка придает упомянутым одной или более спиральным трубкам устойчивость, если указанные трубки изготовлены, например, из гибкого материала. Таким образом, стойка может обеспечить устойчивость спирали. Кроме этого, стойка может иметь другие преимущества, например, способствовать повышению количества излучения, излучаемого на упомянутые одну или более спиральных трубок, например, будучи отражающей.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок намотаны вокруг стойки так, что образуется конусообразный змеевик. Это означает, что начало змеевика (спирали) уже, чем конец змеевика (спирали), или что начало змеевика (спирали) шире, чем конец змеевика (спирали). Таким образом может быть получена спираль пирамидальной формы.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок включают только одну спиральную трубку вокруг стойки. В другом варианте осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок намотаны вокруг стойки парами, по меньшей мере по две.
В одном или более вариантах осуществления стойка изготовлена из отражающего материала.
Отражающий материал может представлять собой, но не ограничен им, дихроичный отражающий материал, такой как алюминий, нержавеющая сталь, хром или серебро.
Отражающий материал также может представлять собой частично отражающий материал, такой как тефлоновые материалы, такие как, например, перфторалкоксиалканы (PFA), политетрафторэтилен (PТFЕ), фторированный этилен-пропилен (FЕР). Отражательная способность таких материалов зависит от угла падения светового излучения на материал.
Политетрафторэтилен (PТFЕ) является синтетическим фторполимером тетрафторэтилена, имеющим множество вариантов применения. Наиболее известной торговой маркой композиций на основе PТFЕ является Тефлон. PТFЕ представляет собой твердое фторуглеродное вещество, поскольку является высокомолекулярным соединением, полностью состоящим из углерода и фтора. PТFЕ является гидрофобным: ни вода, ни водосодержащие вещества не смачивают PТFЕ, поскольку фторуглероды характеризуются умеренными лондоновскими дисперсионными силами из-за высокой электроотрицательности фтора. PТFЕ имеет один из наименьших коэффициентов трения среди твердых тел.
Перфторалкоксиалканы (PFА) представляют собой фторполимеры. Они являются сополимерами тетрафторэтилена (С2F4) и перфторэфиров (С2F3ORf, где Rf означает перфторированную группу, такую как, например, трифторметил (СF3)). Свойства PFA подобны свойствам PTFE. Одним существенным отличием является то, что алкокси-заместители делают полимер пригодным, например, для его обработки в расплаве. На молекулярном уровне PFA характеризуются меньшей длиной цепи и более сложным переплетением цепи, чем другие фторполимеры. Он также содержит атом кислорода в боковых цепях. Из-за этого материал является более прозрачным и обладает улучшенными сопротивлением течению, сопротивлением ползучести и термостойкостью, близкой к или превосходящей PTFE.
Фторированный этилен-пропилен (FЕР) представляет собой сополимер гексафторпропилена и тетрафторэтилена. Он отличается от РТFЕ тем, что может быть обработан в расплаве с использованием традиционных методов литья под давлением и экструдирования на червячном экструдере. Фторированный этилен-пропилен продается под торговой маркой Teflon FEP. Другие торговые марки - Neoflon FEP или Dyneon FEP. FEP очень похож по составу на фторполимеры PTFE и PFА. FEP мягче, чем PTFE, и плавится при температуре около 260°С. FEP очень прозрачен и устойчив к солнечному свету.
FEP и РFА обладают такими присущими РТFE полезными свойствами, как низкие коэффициент трения и химическая инертность, но легче поддаются формованию.
В одном или более вариантах осуществления стойка изготовлена из отражающего полимерного материала.
В одном или более вариантах осуществления стойка покрыта металлизированной пленкой.
Металлизированные пленки - это полимерные пленки, покрытые тонким слоем металла, такого как алюминий, помимо прочих. Они имеют блестящий внешний вид металлической алюминиевой фольги при меньших весе и стоимости.
В одном или более вариантах осуществления изобретения стойка изготовлена из политетрафторэтилена (РТFЕ).
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеют длину в сжатом состоянии от впускного конца до выпускного конца от 100 мм до 400 мм. Длина в сжатом состоянии представляет собой длину упомянутых одной или более спиральных трубок в той форме, в которой они присутствуют в фотобиореакторе, без растягивания или сдавливания упомянутых одной или более спиральных трубок, с тем, чтобы получить размер от впускного конца до выпускного конца.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок имеет длину в растянутом/свободном состоянии от впускного конца до выпускного конца от 5 м до 20 м. Длина в растянутом/свободном состоянии представляет собой общую длину одной трубки из упомянутых одной или более спиральных трубок. Общая длина одной трубки равна общему расстоянию, которое должна пройти единица жидкого пищевого продукта по упомянутым одной или более спиральным трубкам.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок изготовлены из полимерного материала или кварцевого стекла, прозрачного для УФ излучения. Однако упомянутые одна или более спиральных трубок могут быть изготовлены из любого материала при условии, что указанный материал более или менее прозрачен для излучения, испускаемого упомянутыми одним или более источниками излучения.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок выбраны из фторированного этилен-пропилена (FЕР), политетрафторэтилена (РТFЕ) или перфторалкоксиалканов (РFА). Упомянутые одна или более спиральных трубок могут быть изготовлены из любого материала со свойствами, аналогичными свойствам FЕР, РТFЕ или РFА.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок выполнены из аморфного фторполимера (АF). Упомянутые одна или более спиральных трубок могут быть изготовлены из любого материала со свойствами, аналогичными свойствам АF.
Аморфный фторполимер (АF) - это семейство аморфных фторопластов. Эти материалы подобны другим аморфным полимерам по оптической прозрачности и механическим свойствам, включая прочность. Эти материалы по своим параметрам сравнимы с другими фторопластами в широком диапазоне температур в том, что обладают превосходной химической стойкостью и исключительными электрическими свойствами. АF-полимеры отличаются от других фторопластов тем, что они являются растворимыми в некоторых растворителях, обладают высокой газопроницаемостью, высокой сжимаемостью, высоким сопротивлением ползучести и низкой теплопроводностью. АF-полимеры характеризуются наименьшей диэлектрической постоянной из всех известных твердых полимеров. АF-полимеры характеризуются низким показателем преломления по сравнению со многими другими известными полимерами.
В одном или более вариантах осуществления впускной конец и выпускной конец рассчитаны так, что жидкий пищевой продукт входит и выходит из упомянутых одной или более спиральных трубок аксиально. Это означает, что жидкость будет выходить из выпускного конца более или менее соосно тому, как она вошла во впускной конец.
В одном или более вариантах осуществления впускной конец и выпускной конец рассчитаны так, что жидкий пищевой продукт протекает в целом вертикально по упомянутым одной или более спиральным трубкам, если смотреть от впускного конца к выпускному концу. Это означает, что жидкий пищевой продукт будет входить в упомянутые одну или более спиральных трубок через впуск вертикально, протекать по упомянутым одной или более спиральным трубкам и выходить из выпуска вертикально, тем самым образуя в целом вертикальный поток.
В одном или более вариантах осуществления впускной конец и выпускной конец рассчитаны так, что жидкий пищевой продукт протекает в целом горизонтально по упомянутым одной или более спиральным трубкам, если смотреть от впуска к выпуску. Это означает, что жидкий пищевой продукт будет входить в упомянутые одну или более спиральных трубок через впуск горизонтально, протекать по упомянутым одной или более спиральным трубкам и выходить из выпуска горизонтально, тем самым образуя в целом горизонтальный поток.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения соединены с одним или более волокнами, направляющими излучение 180-300 нм от упомянутых одного или более источников излучения к упомянутым одной или более спиральных трубок. Это означает, что излучение, испускаемое источником излучения, направляется через/по одному или более волокнам к упомянутым одной или более спиральным трубкам. Волокно может представлять собой оптоволокно. Оптоволокно является гибким, прозрачным волокном, изготовленным, например, путем вытягивания стекла (диоксида кремния) или пластмассы до выбранного диаметра. Оптоволокна могут быть использованы в качестве средства передачи излучения между двумя концами волокна.
В одном или более вариантах осуществления для облучения упомянутых одной или более спиральных трубок используют один источник излучения и множественные волокна.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения выбраны из ртутной лампы, ксеноновой лампы или светодиода (LED). Источник излучения по настоящему изобретению может представлять собой любой источник излучения, пригодный для создания светового излучения в спектральной области длин волн от 180 нм до 300 нм.
Ртутная лампа представляет собой газоразрядную лампу, в которой для получения излучения используется электрическая дуга в парообразной ртути. Дуговой разряд может быть заключен в небольшой лампе из плавленого кварца.
Светодиод (LED) является двухпроводным полупроводниковым источником излучения. Это диод с р-n-переходом, который испускает излучение при активации. При приложении к проводам подходящего напряжения электроны в приборе способны рекомбинировать с электронными дырками, выделяя энергию в виде фотонов. Это явление называют электролюминесценцией, и цвет излучения (соответствующий энергии фотона) определяется энергией запрещенной зоны полупроводника. LED обычно имеют небольшой размер (менее 1 мм), и для формирования диаграммы направленности излучения могут быть использованы интегрированные оптические компоненты.
Ксеноновая дуговая лампа - это специализированный тип газоразрядной лампы, электроосветительное устройство, генерирующее свет при прохождении электрического тока через ионизированный газообразный ксенон высокого давления. Она излучает яркий белый свет, довольно точно имитирующий естественный солнечный свет. Особый тип ксеноновых ламп используют в автомобилях. Фактически, они являются металло-галогенидными лампами, в которых ксеноновая дуга используется только при запуске.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения представляют собой металло-галогенидную лампу. Металло-галогенидная лампа - это электрическая лампа, генерирующая свет посредством электрической дуги в газообразной смеси парообразной ртути и галогенидов металлов. Она является одной из разновидностей газоразрядных ламп высокой интенсивности. Они подобны ртутным лампам, но содержат дополнительные соединения-галогениды металлов в кварцевой лампе дугового разряда, что может повышать эффективность и цветность излучения.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения выбраны из источников излучения, испускающих излучение в спектральном диапазоне длин волн коротковолнового ультрафиолета (УФ-С).
Ультрафиолетовый спектр может быть разделен на несколько меньших диапазонов, которыми являются: ультрафиолет А (УФ-А), 315-400 нм; ультрафиолет В (УФ-В), 280-315 нм; ультрафиолет С (УФ-С), 100-280 нм; ближний ультрафиолет (БУФ), 300-400 нм; средний ультрафиолет (СУФ), 200-300 нм; дальний ультрафиолет (ДУФ), 122-200 нм.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения выбраны из источников излучения, испускающих излучение в спектральном диапазоне длин волн среднего ультрафиолета (СУФ).
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения представляют собой гермицидные лампы низкого давления, такие как ртутные лампы низкого давления.
Гермицидная лампа низкого давления может представлять собой УФ лампу, которая испускает значительную часть своей излучаемой мощности в диапазоне УФ-С, такую как ртутная лампа низкого давления или амальгамная лампа низкого давления.
Амальгамная лампа низкого давления представляет собой лампу с легирующей добавкой ртути в сочетании с другим элементом (часто галлием) и поэтому называется амальгамной лампой.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения работают при температуре лампы от 0°С до 120°С.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения работают при температуре лампы от 20°С до 60°С.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения работают при температуре лампы от 30°С до 50°С.
В настоящем изобретении раскрывается, что одно из преимуществ использования источника излучения с более низкой температурой лампы может состоять в том, что от источника излучения к жидкому пищевому продукту передается меньше тепла. Благодаря этому могут быть снижены требования к охлаждению жидкого пищевого продукта во время работы биореактора.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более источников излучения работают при температуре лампы 40°С.
Расположение кассет, содержащих упомянутые один или более источников излучения, может изменяться в зависимости от общей компоновки биореактора с тем, чтобы достичь наибольшей возможной передачи энергии от упомянутых одного или более источников излучения к жидкому пищевому продукту внутри упомянутых одной или более спиральных трубок.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые один или более фильтров выбраны из полосовых фильтров, режекторных фильтров или их сочетания.
Одно из преимуществ использования одного или более фильтров (например, полосового фильтра или режекторного фильтра) может заключаться в том, что может быть исключено фотоокисление под действием излучения с большей длиной волны. Например, является предпочтительным исключение фотоокисления рибофлавина (на длине волны около 446 нм), но также предпочтительно исключение фотоокисления других компонентов в жидком пищевом продукте, которое усиливает горький и неприятный запах/вкус указанного пищевого продукта. Кроме этого, фильтры могут исключить контакт горячего воздуха с одним или более спиральными змеевиками, тем самым предотвращая нагревание жидкого пищевого продукта.
Полосовой фильтр представляет собой прибор, который пропускает частоты в пределах определенного диапазоне и подавляет/ослабляет частоты вне этого диапазона.
Режекторный фильтр представляет собой полосно-заграждающий фильтр с узкой полосой подавления. При обработке сигнала полосно-заграждающий фильтр или узкополосный режекторный фильтр - это фильтр, который пропускает большую часть частот без изменения, но подавляет/ослабляет частоты в конкретном диапазоне до очень низкого уровня. Это противоположность полосно-пропускающего (полосового) фильтра.
В одном или более вариантах осуществления фотобиореактор дополнительно содержит корпус реактора. Корпус реактора имеет модульную конструкцию, следовательно, не имеет минимальной или максимальной длины. Размер корпуса реактора зависит от размера кассет, упомянутых одной или более спиральных трубок и других признаков, имеющихся в биореакторе. Наличие корпуса реактора может быть желательно, так как он удерживает излучение внутри реактора и отражает излучение обратно к упомянутым одной или более спиральным трубкам.
В одном или более вариантах осуществления упомянутые одна или более спиральных трубок, кассеты и упомянутые один или более фильтров заключены внутри корпуса реактора.
В одном или более вариантах осуществления корпус реактора изготовлен из отражающего УФ-С материала. Отражающий УФ-С материал может представляет собой материал, который отражает излучение, испускаемое в спектральном диапазоне от 100 нм до 300 нм. Одно из преимуществ использования отражающего УФ-С материала может заключаться в минимизации энергии, необходимой для работы реактора, так как обратно к упомянутым одной или более спиральным трубкам может быть отражено больше излучения.
В одном или более вариантах осуществления корпус реактора изготовлен из отражающего политетрафторэтилена (РТFЕ).
Политетрафторэтилен (PТFЕ) является синтетическим фторполимером тетрафторэтилена, имеющим множество вариантов применения. Наиболее известной торговой маркой композиций на основе PТFЕ является Тефлон. PТFЕ представляет собой твердое фторуглеродное вещество, поскольку он является высокомолекулярным соединением, полностью состоящим из углерода и фтора. PТFЕ является гидрофобным: ни вода, ни водосодержащие вещества не смачивают PТFЕ, поскольку фторуглероды характеризуются умеренными лондоновскими дисперсионными силами из-за высокой электроотрицательности фтора. PТFЕ имеет один из наименьших коэффициентов трения из всех твердых тел.
В одном или более вариантах осуществления фотобиореактор также содержит дополнительные средства для воздушного охлаждения упомянутых одного или более источников излучения или упомянутых одной или более спиральных трубок. В зависимости от температуры лампы, дополнительное охлаждение может требоваться для поддержания жидкого пищевого продукта при приемлемой температуры во время перемещения по жидкостному каналу.
В одном или более вариантах осуществления фотобиореактор дополнительно содержит блок управления.
Блок управления может представлять собой блок, пригодный для измерения и регулирования, например, скорости потока, температуры, интенсивности излучения и многих других свойств. Одно из преимуществ использования блока управления может заключаться в автоматическом управлении биореактором. Кроме этого, при наличии блока управления может быть установлена система мониторинга, и тогда, например, если понижается давление, увеличивается температура или снижается интенсивность излучения, об этом может быть уведомлен оператор.
В одном или более вариантах осуществления блок управления содержит электронный регулятор температуры и регулятор расхода.
В одном или более вариантах осуществления блок управления осуществляет автоматическое регулирование температуры лампы и скорости потока жидкости по жидкостному каналу. Одно из преимуществ использования автоматического регулирования может состоять в экономии времени пользователя благодаря сокращению времени, затрачиваемого на наблюдение за системой и выполнение регулирования контролируемых параметров системы вручную. Кроме этого, при наличии блока управления может быть установлена система мониторинга, и тогда, например, если понижается давление, увеличивается температура или снижается интенсивность излучения, об этом может быть уведомлен оператор. Кроме этого, блок управления может автоматически противодействовать снижению давления, повышению температуры или снижению интенсивности излучения. В качестве альтернативы, блок управления может отключать реактор, если не способен противодействовать различным нарушениям.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к применению описанного в настоящем документе фотобиореактора для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов.
Холодная пастеризация может представлять собой частичную стерилизацию вещества и, в частности, жидкости, в процессе, при котором избегают использовать тепло в качестве основного средства уничтожения нежелательных организмов, без значительного химического изменения вещества. Под «избегают» понимается не исключение, а уменьшение. В настоящем изобретении раскрывается, что одним из преимуществ использования светового излучения в качестве средства для холодной пастеризации является то, что это очень энергоэффективный способ частичной стерилизации.
В одном или более вариантах осуществления жидкие пищевые продукты выбраны из жидких молочных продуктов.
В одном или более вариантах осуществления жидкие пищевые продукты выбраны из сырого молока, молока, сока, кофе, чая, соевого молока, сойлента, содовой воды, бульона, супа, пива, фруктовых напитков, белкового коктейля, жидких заменителей пищи, сметаны, сливок, вина, майонеза, кетчупа, сиропа, меда или непрозрачной технологической воды.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 2-Log10. Биологический загрязнитель может представлять собой, например, бактерии, споры, плесень или вирусы.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 3-Log10.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 4-Log10.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 5-Log10.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 6-Log10.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель выбран из Campylobacter jejuni, Shigella, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium paratuberculosis, Salmonella spp., Yersinia enterocolitica, Brucella spp., Staphylococcus spp., Lactobacillus casei, Mycobacterium avium subspecies, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Enterococcus spp. или Entrerobacter spp.
Другим аспектом настоящего изобретения является применение описанного в настоящем документе фотобиореактора для уничтожения микроорганизмов, таких как бактерии, плесень, споры или вирусы, в жидких пищевых продуктах.
Под уничтожением понимается уменьшение количества активных или живых микроорганизмов. Микроорганизмы, встречающиеся в жидких пищевых продуктах, могут присутствовать из-за загрязнения при обработке указанного жидкого пищевого продукта. Обычное бактериальное загрязнение, например, молочных продуктов, может представлять собой, например, Lactobacillus casei, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (MAP), Staphylococcus aureus или Streptococcus spp.
В одном или более вариантах осуществления жидкие пищевые продукты выбраны из жидких молочных продуктов.
В одном или более вариантах осуществления жидкие пищевые продукты выбраны из сырого молока, молока, сока, кофе, чая, соевого молока, сойлента, содовой воды, бульона, супа, пива, фруктовых напитков, белкового коктейля, жидких заменителей пищи, сметаны, сливок, вина, майонеза, кетчупа, сиропа, меда или непрозрачной технологической воды.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 2-Log10, например, по меньшей мере 3-Log10, например, по меньшей мере 4-Log10, например, по меньшей мере 5-Log10, например, по меньшей мере 6-Log10. Биологическим загрязнителем могут быть, например, бактерии, споры, плесень или вирусы.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 5-Log10.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 6-Log10.
В одном или более вариантах осуществления биологический загрязнитель выбран из Campylobacter jejuni, Shigella, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium paratuberculosis, Salmonella spp., Yersinia enterocolitica, Brucella spp., Staphylococcus spp., Lactobacillus casei, Mycobacterium avium subspecies, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Enterococcus spp. или Entrerobacter spp.
При описании вариантов осуществления настоящего изобретения не были в явном виде описаны сочетания и перестановочные трансформации возможных вариантов осуществления. Тем не менее, сам факт того, что определенные признаки изложены в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения или описаны в разных вариантах осуществления, не означает, что сочетание этих признаков не может быть использовано с выгодой. Настоящим изобретением предусматриваются все возможные сочетания и перестановочные трансформации описанных вариантов его осуществления.
Далее изобретение будет описано посредством следующих не имеющих ограничительного характера пунктов.
1. Фотобиореактор для пастеризации жидких пищевых продуктов, например, молока, содержащий:
- первую кассетоустановочную рамку;
- одну или более спиральных трубок, проходящих от впускного конца до выпускного конца, образуя жидкостной канал;
- по меньшей мере две кассеты, проходящие от первого конца до второго конца; и
- один или более фильтров;
при этом кассетоустановочная рамка содержит кассетоприемные отверстия, в которые каждая из кассет устанавливается съемным образом,
при этом каждая кассета содержит один или более источников излучения, облучающих упомянутые одну или более спиральных трубок, при этом упомянутые один или более источников излучения испускают излучение с длиной волны в диапазоне от 180 до 300 нм,
при этом упомянутые один или более фильтров расположены между упомянутыми одним или более источниками излучения и упомянутыми одной или более спиральными трубками, и
при этом упомянутые один или более фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 300 нм упомянутых одной или более спиральных трубок.
2. Фотобиореактор по пункту 1, в котором кассеты расположены в параллельной конфигурации.
3. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором каждая кассета также содержит один или более из упомянутых одного или более фильтров.
4. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором одна или более из спиральных трубок расположены между двумя из по меньшей мере двух кассет.
5. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором упомянутые одна или более из спиральных трубок сгруппированы в комплекты по две, такие как комплекты по три, расположенные в чередующейся конфигурации между комплектом из одной или более спиральных трубок и кассетой.
6. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, дополнительно содержащий первую вентиляционную камеру, расположенную у первого конца упомянутых одной или более кассет.
7. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, дополнительно содержащий вторую вентиляционную камеру, расположенную у второго конца упомянутых одной или более кассет.
8. Фотобиореактор по пункту 6 или 7, в котором вентиляционная камера вытягивает воздух из кассеты или у вентиляционной камеры воздух поступает в кассету.
9. Фотобиореактор по пункту 8, в котором вентиляционная камера вытягивает воздух из кассеты на обоих концах.
10. Фотобиореактор по пункту 8, в котором у вентиляционной камеры воздух поступает в кассету на обоих концах.
11. Фотобиореактор по пункту 8, в котором вентиляционная камера вытягивает воздух из кассеты на одном конце, а на другом конце воздух поступает в кассету.
12. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором каждая из кассет содержит одно или более отверстий на первом конце или втором конце для установки и удаления упомянутых одного или более источников излучения.
13. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором каждая из кассет дополнительно содержит воздуховпускные отверстия для обеспечения поступления воздуха в кассету.
14. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором каждая из кассет дополнительно содержит рамку кассеты с отверстиями, при этом первый набор отверстий закрыт стеклом, например, кварцевым стеклом, через которое излучение от источников излучения может облучать упомянутые одну или более спиральных трубок.
15. Фотобиореактор по пункту 14, в котором стекло удерживается на месте внутри рамки кассеты резиновым уплотнением.
16. Фотобиореактор по пункту 14 или 15, в котором упомянутые один или более фильтров нанесены на или внедрены в стекло.
17. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором каждая из кассет дополнительно содержит рамку кассеты с отверстиями, при этом второй набор отверстий приспособлен для облегчения внутреннего движения воздуха внутри кассеты.
18. Фотобиореактор по пункту 17, в котором рамка кассеты содержит две или более частей рамки, расположенных параллельно, и при этом второй набор отверстий размещен неперекрывающимся образом, чтобы гарантировать, что излучение не выходит из кассеты в положениях, где излучение не облучает упомянутые одну или более спиральных трубок.
19. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором кассета имеет множество отверстий, при этом через множество отверстий создается поток воздуха, когда между внутренней и наружной поверхностью кассеты приложена разность давлений, при этом вызываемый указанной разностью давлений поток воздуха через множество отверстий обеспечивает равномерное охлаждение по всей длине упомянутых одного или более источников излучения с целью достижения максимального выхода УФ-излучения и обеспечения оптимального срока службы упомянутых одного или более источников излучения.
20. Фотобиореактор по пункту 19, в котором отверстия рассчитаны так, что излучение выходит из кассеты только в сторону упомянутых одной или более спиральных трубок.
21. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором пространство между кассетой и упомянутыми одной или более спиральными трубками по меньшей мере частично облицовано полированным светоотражающим алюминием, отражающим излучение от упомянутых одного или более источников излучения, например, отражающим по меньшей мере 70% излучения обратно в сторону упомянутых одной или более спиральных трубок.
22. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, дополнительно содержащий пластину, ограничивающую или исключающую утечку излучения от упомянутых одного или более источников излучения из пространства между двумя кассетами в фотобиореакторе.
23. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором пространство между двумя кассетами фотобиореактора или пространство между кассетой и одной или более спиральными трубками выполняет функцию вентиляционной шахты, используемой для охлаждения фотобиореактора, в частности, охлаждения кассет, содержащих упомянутые один или более источников излучения.
24. Фотобиореактор по любому предшествующему пункту, в котором движение текучей среды по упомянутым одной или более спиральным трубкам образует течение с вихрями Дина, ламинарное течение или турбулентное течение.
25. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 1 мм до 10 мм, такой как от 2 мм до 9 мм, такой как от 3 мм до 8 мм, такой как от 4 мм до 7 мм, такой как от 5 мм до 6 мм.
26. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки 5,5 мм.
27. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок имеют шаг от 2 до 8 мм, такой как от 3 до 7 мм, такой как от 4 до 7 мм, такой как 6 мм, при этом шаг представляет собой расстояние от центра до центра упомянутых одной или более спиральных трубок после одного витка спирали упомянутых одной или более спиральных трубок.
28. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок имеют угол спирали от 1° до 6°, такой как от 2° до 5°, такой как от 3° до 4°, при этом угол спирали измерен между упомянутыми одной или более спиральными трубками и прямым направлением по отношению к направлению от впускного конца к выпускному концу, образующим жидкостной канал.
29. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок имеют диаметр спирали от 20 до 150 мм, при этом диаметр спирали представляет собой расстояние от наружного конца до наружного конца упомянутых одной или более спиральных трубок после половины витка спирали упомянутых одной или более спиральных трубок.
30. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 2 до 8 мм, такой как от 3 до 7 мм, такой как от 4 до 7 мм, такой как 6 мм.
31. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок имеют толщину стенки от 0,1 до 0,4 мм, такую как от 0,1 до 0,3 мм, такую как от 0,2 до 0,3 мм.
32. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок намотаны вокруг стойки.
33. Фотобиореактор по пункту 32, в котором стойка изготовлена из отражающего материала.
34. Фотобиореактор по пункту 33, в котором стойка изготовлена из отражающего полимерного материала.
35. Фотобиореактор по пункту 34, в котором стойка изготовлена из политетрафторэтилена (PTFE).
36. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок имеют длину в сжатом состоянии от впускного конца до выпускного конца от 100 мм до 400 мм, при этом длина в сжатом состоянии представляет собой длину упомянутых одной или более спиральных трубок в той форме, в которой они присутствуют в фотобиореакторе, без растягивания или сдавливания упомянутых одной или более спиральных трубок, чтобы получить размер от впускного до выпускного конца.
37. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок имеют длину в растянутом/свободном состоянии от впускного конца до выпускного конца от 5 м до 20 м.
38. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок изготовлены из полимерного материала или кварцевого стекла, прозрачного для ультрафиолетового излучения.
39. Фотобиореактор по пункту 38, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок выбраны из фторированного этилен-пропилена (FЕР), политетрафторэтилена (РТFЕ) или перфторалкоксиалканов (РFА).
40. Фотобиореактор по пункту 38, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок выполнены из аморфного фторполимера (АF).
41. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором впускной конец и выпускной конец выполнены так, что жидкий пищевой продукт входит в и выходит из упомянутых одной или более спиральных трубок аксиально.
42. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором впускной конец и выпускной конец выполнены так, что жидкий пищевой продукт протекает в целом вертикально по упомянутым одной или более спиральным трубкам, если смотреть от впускного конца к выпускному концу.
43. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов 1-41, в котором впускной конец и выпускной конец выполнены так, что жидкий пищевой продукт протекает в целом горизонтально по упомянутым одной или более спиральным трубкам, если смотреть от впуска к выпуску.
44. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые один или более источников излучения соединены с одним или более волокнами, направляющими излучение с длиной волны 180-300 нм от упомянутых одного или более источников излучения к упомянутым одной или более спиральным трубкам.
45. Фотобиореактор по пункту 44, в котором для облучения упомянутых одной или более спиральных трубок используются один источник излучения и множественные волокна.
46. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые один или более источников излучения выбраны из ртутной лампы, ксеноновой лампы или светодиода (LED).
47. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые один или более источников излучения представляют собой гермицидную лампу низкого давления, такую как ртутная лампа низкого давления.
48. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые один или более источников излучения работают при температуре лампы от 0°С до 120°С, такой как от 20°С до 60°С, такой как от 30°С до 50°С.
49. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые один или более фильтров выбраны из полосовых фильтров, режекторных фильтров или их сочетания.
50. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий корпус реактора.
51. Фотобиореактор по пункту 50, в котором упомянутые одна или более спиральных трубок, кассеты и упомянутые один или более фильтров заключены внутри корпуса реактора.
52. Фотобиореактор по пункту 50 или 51, в котором корпус реактора изготовлен из отражающего УФ-С материала.
53. Фотобиореактор по пунктам 50-52, в котором корпус реактора изготовлен из отражающего политетрафторэтилена (РТFЕ).
54. Фотобиореактор по любому из предшествующих пунктов, причем фотобиореактор дополнительно содержит блок управления, при этом блок управления содержит электронный регулятор температуры и регулятор расхода.
55. Фотобиореактор по пункту 54, в котором блок управления обеспечивает автоматическое регулирование температуры лампы и скорости потока жидкости по жидкостному каналу.
56. Применение фотобиореактора по любому из пунктов 1-55 для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов.
57. Применение фотобиореактора по любому из пунктов 1-55 для уничтожения микроорганизмов в жидких пищевых продуктах, таких как бактерии, плесень, споры или вирусы.
58. Применение фотобиореактора по пункту 56 или 57, при этом жидкие пищевые продукты выбраны из жидких молочных продуктов.
59. Применение фотобиореактора по пункту 56 или 57, при этом жидкие пищевые продукты выбраны из сырого молока, молока, сока, кофе, чая, соевого молока, сойлента, содовой воды, бульона, супа, пива, фруктовых напитков, белкового коктейля, жидких заменителей пищи, сметаны, сливок, вина, майонеза, кетчупа, сиропа, меда или непрозрачной технологической воды.
60. Применение фотобиореактора по пункту 56 или 59, при этом биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают на величину порядка по меньшей мере 2-Log10, такую как по меньшей мере 3-Log10, такую как по меньшей мере 4-Log10, такую как по меньшей мере 5-Log10, такую как по меньшей мере 6-Log10.
61. Применение фотобиореактора по пункту 60, при этом биологический загрязнитель выбран из Campylobacter jejuni, Shigella, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium paratuberculosis, Salmonella spp., Yersinia enterocolitica, Brucella spp., Staphylococcus spp., Lactobacillus casei, Mycobacterium avium subspecies, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Enterococcus spp. или Entrerobacter spp.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фигуре 1 представлен вид сбоку первого варианта осуществления настоящего изобретения, на котором показаны кассеты.
На фигуре 2 представлен вид с торца первого варианта осуществления настоящего изобретения, на котором показаны кассета.
На фигуре 3 представлено сечение А-А по фигуре 2.
На фигуре 4 представлено сечение В-В по фигуре 2.
На фигуре 5 представлен немного повернутый вид в перспективе другого варианта осуществления настоящего изобретения, в котором кассеты установлены в системе.
На фигуре 6 представлен немного повернутый вид в перспективе нижней вентиляционной камеры согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На фигуре 7 представлен немного повернутый вид сбоку части верхней вентиляционной камеры согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На фигуре 8 представлен немного повернутый вид в перспективе кассеты согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На фигуре 9 представлен вид сбоку варианта осуществления, показанного на фигуре 8.
На фигуре 10 представлено сечение С-С по фигуре 9.
На фигуре 11 представлен вид снизу кассеты по варианту осуществления, показанному на фигурах 8, 9 и 10.
На фигуре 12 представлен вид сверху кассеты по варианту осуществления, показанному на фигурах 8, 9, 10 и 11.
На фигуре 13 представлено сечение D-D по фигуре 9.
На фигуре 14 представлен сквозной вид спереди варианта осуществления настоящего изобретения, на котором показан корпус реактора, спиральная трубка со впуском и выпуском, стойка и фильтр.
На фигуре 15 представлен вид сбоку с разрезом варианта осуществления настоящего изобретения, на котором показан корпус реактора, спиральная трубка со впуском и выпуском (не показан), стойка и фильтр. Разрез сделан посередине корпуса реактора.
На фигуре 16 представлено схематичное пояснение различных частей и измерений конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фигуре 17 приведено исследование количества энергии, требуемого от источника излучения для получения инактивации или уменьшения биологического загрязнения.
На фигуре 18 приведено исследование различия в настоящем изобретении при изменении температуры с 18 градусов Цельсия на 38 градусов Цельсия.
На фигуре 19 приведено исследование настоящего изобретения при изменении расхода жидкости для трех разных размеров трубки.
На фигуре 20 показана степень вызываемых излучением повреждений у вирусов по сравнению с белком при разных длинах волн (220-320 нм).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фигурах 1, 2, 3 и 4 показан один вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления множественные кассеты 1 размещены параллельно друг другу с зазорами для установки одной или более спиральных трубок 2. Спиральные трубки 2 могут быть изготовлены из Тефлона. Подлежащая пастеризации жидкость протекает по спиральным трубкам 2, при этом спиральные трубки закреплены на стойке 3 из полированной нержавеющей стали, которая отражает УФ излучение, проходящее через жидкость и зазоры между спиральными трубками. На концах спиральных трубок 2 установлены фитинги 4 для подсоединения впуска и выпуска. Такая компоновка обеспечивает модульность и удобный доступ для сборки и обслуживания системы. Для блокирования выхода УФ из камеры используется экран 5 из листового металла, который сочетается в системе со спиральными трубками 2 и стойкой 3 из полированной нержавеющей стали, чтобы можно было вынуть их в совокупности для инспекции и обслуживания.
На фигуре 4 показано сечение В-В с фигуры 2. Две детали 5 и 5а экрана из листового металла используются для сжатия резинового уплотнения 6 и совместно образуют размещаемое между кассетами ограждение, которое препятствует выходу УФ излучения из системы и создает камеру для более эффективного движения воздуха для охлаждения системы. Пластина 7 из полированного листового металла отражает еще больше УФ излучения к спиралям. Проставки 8 служат для крепления пластины 7 из полированного листового металла к двум деталям 5 и 5а экрана из листового металла и резиновому уплотнению 6. Проставки 8 дополнительно помогают разместить пластину 7 из полированного листового металла на правильном расстоянии, которое может быть основано на расчете, от спиральных трубок 2, чтобы добиться наиболее эффективного функционирования. На этой фигуре также показан источник 46 излучения, такой как УФ лампы, внутри кассеты 1.
На фигуре 5 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором кассеты 1 установлены в нижнюю вентиляционную камеру 10, через которую отсасывается воздух на их концах. Кассеты удерживаются на месте кассетоустановочной рамкой 11. Этот вариант осуществления изобретения также включает верхнюю вентиляционную камеру 20, через которую отсасывается воздух на концах. Прокладка 21 между кассетой 1 и верхней вентиляционной камерой 20 создает уплотнение. Детали 22, 23 и 24 из листового металла с прорезями для движения воздуха служат для направления и удерживания кассет 1 на месте, тогда как пластиковый язычок 25 служит для закрепления кассеты 1 на месте. Другая деталь 26 из листового металла служит для удерживания кассеты 1 на месте, тогда как ручка 27 служит для передвижения пластикового язычка 25 и детали 26 из листового металла вверх и вниз, используя зубчатые прорези для высвобождения и закрепления кассеты 1 на месте. к верхней вентиляционной камере 20 приварена пластина 28 из листового металла для удержания пластикового язычка 25, детали 26 из листового металла и ручки 27 на месте.
На фигуре 6 показана нижняя вентиляционная камера 10 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Нижняя вентиляционная камера 10 имеет прямоугольные отверстия, в которых присоединяются кассеты с использованием прокладок 12 для создания уплотнения. На их концах может засасываться воздух. Кассетоустановочная рамка 11 приварена к нижней вентиляционной камере 10 для удержания кассет на месте.
На фигуре 7 показана часть верхней вентиляционной камеры согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Пластиковый язычок 25 и деталь 26 из листового металла находятся в своем верхнем положении, когда ручка 27 опущена вниз, тем самым разблокируя кассету и позволяя легко устанавливать и удалять ее. На этой фигуре также показана прокладка 21, другие детали 22, 23, 24 и 24а из листового металла и пластина 28 из листового металла.
На фигуре 8 показана кассета 1 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Кассета 1 содержит деталь 40 из листового металла с прорезями для движения воздуха и установки источника 46 излучения, такого как ультрафиолетовые (УФ) лампы, другая деталь 41 из листового металла имеет резьбовые отверстия, предназначенные для крепления крышки 42 из листового металла, которую размещают после монтажа проводов для источника 46 излучения. Кассета 1 также содержит деталь 43 из листового металла со множественными прорезями для впуска воздуха в кассету и которая также способствует блокировке УФ излучения и, тем самым, предотвращению выхода УФ излучения из кассеты 1. Кассета 1 также содержит пластину 44 из листового металла со множественными прорезями, используемую для удержания кварцевого стекла 47 на месте. Деталь 45 из листового металла служит для направления и крепления источника 46 излучения, для разделения кварцевых стекол 47, для создания зазоров для дополнительного впуска воздуха и для создания вихрей внутри камеры кассеты. Еще одна деталь 45а из листового металла служит для крепления на месте нижней части кварцевого стекла 47. Эта деталь 45а из листового металла снабжена более широкими внутренними прорезями, чем другая деталь 45 из листового металла, для облегчения высасывания воздуха в нижней части кассеты 1. Кварцевое стекло 47 служит для сохранения тепла от источника 46 излучения внутри кассеты 1, тем самым обеспечивая возможность его отведения в верхней и/или нижней части кассеты 1. Кварцевое стекло 47 может дополнительно содержать фильтр, используемый для блокировки какого-либо нежелательного излучения. Пластиковая деталь 48 служит для удержания источников 46 излучения на месте. В конструкции этого конкретного варианта осуществления создается более быстрое перемещение воздуха на том конце источников излучения, который имеет наибольшую температуру в процессе работы. Пластиковая деталь 48 образует уплотнение с прокладкой 12 из варианта осуществления по фигуре 6 и обеспечивает эффективное всасывание воздуха через нижнюю вентиляционную камеру 10 из варианта осуществления по фигуре 6.
На фигуре 9 представлен вид сбоку варианта осуществления, показанного на фигуре 8.
На фигуре 10 представлено сечение С-С по фигуре 9. Кассета содержит деталь 43 из листового металла со множественными прорезями для впуска воздуха в кассету. Деталь 43 из листового метала также служит для блокировки УФ излучения, тем самым предотвращая его выход из кассеты. Другая деталь 43а из листового металла снабжена прорезями, причем размер этих прорезей основан на расчете. Деталь 43а из листового металла служит для равномерно распределенного охлаждения источников 46 излучения. Прорези или деталь 43а из листового металла не совмещаются с прорезями детали 43 из листового металла, тем самым обеспечивая возможность движения воздуха через прорези, но блокируя УФ излучение, тем самым предотвращая выход излучения из кассеты. Дополнительная деталь 50 из листового металла служит для крепления вальцованной пластиковой детали, которая удерживает керамический штыревой разъем 53 источника излучения, тогда как стопорная деталь 52 фиксирует вальцованную пластиковую деталь 51 на месте.
На фигуре 11 представлен вид снизу кассеты по варианту осуществления, показанному на фигурах 8, 9 и 10, демонстрирующий детали 45 и 45а из листового металла и демонстрирующий пластиковую деталь 48, на которой видны прорези.
На фигуре 12 представлен вид сверху кассеты по варианту осуществления, показанному на фигурах 8, 9, 10 и 11, демонстрирующий деталь 40 из листового металла, вальцованную пластиковую деталь 51 и керамический штыревой разъем 53 источника излучения.
На фигуре 13 представлено сечение D-D по фигуре 9. На фигуре 13 показано резиновое уплотнение 57, которое позиционирует кварцевое стекло 47 между деталью 43а из листового металла и другой деталью 54 из листового металла. На этой фигуре показана дополнительная деталь из листового металла, расположенная по бокам кварцевого стекла 47. Жирной черной стрелкой показано движение воздуха, всасываемого в кассету между деталями 43, 44, 54 и 55 из листового металла. На этой фигуре также показаны детали 45а и 45 из листового металла, источник 46 излучения и пластиковая деталь 48, все как показанные на фигурах 8, 9, 10, 11 и/или 12.
На фигурах 14 и 15 представлены различные виды варианта осуществления фотобиореактора для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов. Фотобиореактор содержит спиральную трубку 104, проходящую от впускного конца 106 до выпускного конца 108 с образованием жидкостного канала. Спиральная трубка 104 намотана вокруг стойки 110.
Фотобиореактор также содержит корпус 102а, 102b, 102с реактора, состоящий из трех частей: первую часть 102а, расположенную на верху фотобиореактора, вторую часть, образующую боковую сторону корпуса, и третью часть, расположенную на нижней стороне фотобиореактора. В этом варианте осуществления корпус реактора имеет с одной стороны круглую форму, однако, он также может иметь другую форму, например, квадратную.
Также показан фильтр 112, расположенный снаружи спиральной трубки 104. Фильтр 112 предотвращает попадание на спиральную трубку 104 излучения с длиной волны более 300 нм.
Фильтр 112 показан прозрачным на фигуре 14. На фигуре 15 показанный разрез выполнен посередине корпуса 102а, 102b, 102с реактора.
Фотобиореактор, показанный на фигурах 14 и 15, является примером фотобиореактора, в котором жидкий пищевой продукт протекает в целом вертикально по упомянутой одной или более спиральной трубке 104, если смотреть от впускного конца 106 к выпускному концу 108.
На фигуре 16 показаны спиральные трубки 104 со впуском 106 и выпуском 108 согласно изобретению. На фигуре 16 показаны длина 116 спиральной трубки в сжатом состоянии, длина 118 спиральной трубки в растянутом/свободном состоянии, внутренний диаметр 120 трубки, шаг 122, угол 124 спирали, диаметр 126 спирали, наружный диаметр 128 трубки и толщина 130 стенки.
На фигуре 17 приведено исследование количества энергии, требуемого от источника излучения для достижения инактивации или уменьшения биологического загрязнения.
На фигуре 18 приведено исследование различия в настоящем изобретении при изменении температуры с 18 градусов Цельсия на 38 градусов Цельсия.
На фигуре 19 приведено исследование настоящего изобретения при изменении расхода жидкости для трех разных размеров трубки.
На фигуре 20 показана степень вызываемых излучением повреждений у вирусов и белков при разных длинах волн (220-320 нм).
ПРИМЕРЫ
Общая методика эксперимента
Влияние диаметра трубки и расхода исследовали с использованием цельного молока ультравысокотемпературной стерилизации (ultra-high temperature, UHT), зараженного Escherichia coli в концентрации минимум 2,7Е6 на миллилитр (определенной с использованием метода наиболее вероятного числа, НВЧ).
Один литр цельного молока UHT поместили в стерилизованную синюю колбу и добавили 1 мл среды Escherichia coli, достигнув заданной минимальной концентрации по меньшей мере 2,7Е6/мл. Осуществляли циркуляцию зараженного молока в УФ-реакторе и отбирали пробы с интервалами, когда достигались заданные дозы УФ-С. В ходе эксперимента зараженное молоко постоянно перемешивали с использованием магнитной мешалки.
Для каждого конкретного расхода и размера трубки готовили новую порцию 1 л цельного молока UHT, зараженного Escherichia coli в минимальной концентрации 2,7Е6/мл.
УФ-реактор состоял из трубки из FEP, намотанной вокруг 28 мм кварцевого стекла. Внутри кварцевого стекла находилась гермицидная лампа мощностью 75 Вт с пиком излучения на 253,7 нм. Испытываемые размеры трубок соответствовали американскому сортаменту проволоки (american wire gauge, AWG) 7, 9 и 11, а исследованные величины расхода составляли 200, 300, 600 и 1000 мл в минуту.
Циркуляцию молока осуществляли при помощи центробежного лопастного насоса и подвергали молоко обработке в УФ-реакторе в течение некоторого промежутка времени перед тем, как отбирали пробы по 20 мл с помощью стерилизованных пипеток и переносили их в стерилизованную синюю колбу. Перед каждым экспериментом проводили циркуляцию молока в системе при выключенной лампе и отбирали пробу для установления начальной концентрации. Температура молока составляла от 24 до 25°С в начале каждого эксперимента и от 34 до 43°С в конце каждого эксперимента.
После каждого эксперимента систему подвергали процедуре мойки на месте (clean-in-place, CIP), сначала промывая систему 10 минут деминерализованной водой, затем 40 минут проводя циркуляцию 1%-го раствора NaOH при 65°С. После этого промывали систему 10 минут деминерализованной водой. После этого 40 минут проводили циркуляцию в системе 0,5%-го раствора HNO3 при 60°С. Наконец, систему 20 минут промывали деминерализованной водой.
Сразу же по окончании эксперимента пробы переносили на станцию пробоотбора в ламинарный биобезопасный бокс, где их обрабатывали методом НВЧ в соответствии с Jarvis и др. [Jarvis, B. et al., Journal of Applied Microbiology, 2010, 109, 1660-1667].
Спустя два дня пребывания в инкубаторе при 35°С подсчитывали число пробирок с положительным результатом и рассчитывали концентрации бактерий.
Пример 1
В экспериментальном примере 1 исследовали количество энергии, требуемое от насоса и источника излучения для достижения инактивации или уменьшения биологического загрязнения. В испытании использовали трубку размером AWG 9, а исследуемый расход составлял 700 мл в минуту. Как можно видеть на фигуре 17, при использовании небольшого количества энергии излучения (около 1,2 кВтч на 1000 литров жидкости) достигнуто уменьшение 1-Log10. При увеличении используемой энергии излучения уменьшение Log10 также увеличивалось до достижения плато при 10 кВтч на 1000 литров жидкости с уменьшением около 5-Log10.
Пример 2
В экспериментальном примере 2 исследовали различие в настоящем изобретении при изменении температуры с 18 градусов Цельсия на 38 градусов Цельсия. В испытании использовали трубку размером AWG 9, а исследуемый расход составлял 700 мл в минуту. Как показано на фиг. 18, различие в уменьшении log10 аналогично около 10 кВтч на 1000 литров жидкости. Однако, при увеличении используемой энергии различие в уменьшении log10 между 18 градусами Цельсия и 36 градусами Цельсия стало значительным. При энергиях около 18 кВтч на 1000 литров жидкости уменьшение log10 составляло 5,5 при 38 градусах Цельсия, тогда как при 18 Градусов Цельсия оно составляло 6,5, что соответствует разности в уменьшении 1-log10.
Пример 3
В экспериментальном примере 3 исследовали настоящее изобретение при изменении расхода жидкости в трубках трех разных размеров. В испытании использовали трубки с размерами AWG 7, 9 и 11, а исследуемые расходы составляли 200, 300, 600 и 1000 мл в минуту. Температуру поддерживали в диапазоне от 24 до 43 градусов Цельсия. Как можно видеть на фигуре 19, в зависимости от размера трубки, установка оптимальна при разных расходах.
При использовании трубки размером AWG 7 имеется небольшое различие между расходами. Однако это различие наиболее выражено при анализе с высокоэнергетическим воздействием (около 4000 Дж на литр жидкости), когда наблюдается разность 1-log10 между расходами 200-300 мл/мин и расходами 600-1000 мл/мин.
При использовании трубки размером AWG 9 имеется значительное различие между расходами. Это различие наибольшее при анализе с высокоэнергетическим воздействием (около 4500 Дж на литр жидкости), когда наблюдается разность 3-log10 между расходами 200-300 мл/мин и расходами 600-1000 мл/мин.
При использовании трубки размером AWG 11 имеется очень небольшое различие между расходами. Однако это различие пренебрежимо мало при анализе с высокоэнергетическим воздействием (около 4000 Дж на литр жидкости).
Перечень позиций на чертежах
1 - Кассета
2 - Спиральная трубка
3 - Стойка из полированной нержавеющей стали
4 - Фитинг
5, 5а - Экран из листового металла
6 - Резиновое уплотнение
7 - Пластина из полированного листового металла
8 - Проставка
10 - Нижняя вентиляционная камера
11 - Кассетоустановочная рамка
12 - Прокладка
20 - Верхняя вентиляционная камера
21 - Прокладка
22, 23, 24, 24а, 26, 40, 41, 43, 43а, 45, 45а, 50, 54, 55 - Деталь из листового металла
25 - Пластиковый язычок
27 - Ручка
28, 44 - Пластина из листового металла
42 - Крышка из листового металла
46 - Источник излучения
47 - Кварцевое стекло
48 - Пластиковая деталь
51 - Вальцованная пластиковая деталь
52 - Стопорная деталь
53 - Керамический штыревой разъем источника излучения
57 - Резиновое уплотнение
102а - Первая часть корпуса реактора
102b - Вторая часть корпуса реактора
102с - Третья часть корпуса реактора
104 - Спиральные трубки
106 - Впуск
108 - Выпуск
110 - Стойка
112 - Фильтр
116 - Длина в сжатом состоянии
118 - Длина в растянутом/свободном состоянии
120 - Внутренний диаметр трубки
122 - Шаг
124 - Угол спирали
126 - Диаметр спирали
128 - Наружный диаметр трубки
130 - Толщина стенки
Изобретение относится к кассетной системе, пригодной для гермицидной обработки непрозрачных жидкостей. Ультрафиолетовый реактор для пастеризации жидких пищевых продуктов содержит первую кассетоустановочную рамку, одну или более спиральных трубок, проходящих от впускного конца до выпускного конца, образуя жидкостный канал, по меньшей мере две кассеты, проходящие от первого конца до второго конца, и один или более фильтров. Кассетоустановочная рамка содержит кассетоприемные отверстия, в которые каждая из кассет устанавливается съемным образом. Каждая кассета содержит один или более источников излучения, облучающих упомянутые одну или более спиральных трубок, причем упомянутые один или более источников излучения испускают излучение с длиной волны в диапазоне 180-300 нм. Упомянутые одна или более из спиральных трубок расположены между двумя из упомянутых по меньшей мере двух кассет. Упомянутые один или более фильтров расположены между упомянутыми одним или более источниками излучения и упомянутыми одной или более спиральными трубками и предотвращают достижение излучением с длиной волны более 300 нм упомянутых одной или более спиральных трубок. Техническим результатом является повышение эффективности пастеризации жидких пищевых продуктов. 15 з.п. ф-лы, 20 ил.
1. Ультрафиолетовый реактор для пастеризации жидких пищевых продуктов, содержащий:
- первую кассетоустановочную рамку;
- одну или более спиральных трубок, проходящих от впускного конца до выпускного конца, образуя жидкостный канал;
- по меньшей мере две кассеты, проходящие от первого конца до второго конца; и
- один или более фильтров;
при этом кассетоустановочная рамка содержит кассетоприемные отверстия, в которые каждая из кассет устанавливается съемным образом,
при этом каждая кассета содержит один или более источников излучения, облучающих упомянутые одну или более спиральных трубок, причем упомянутые один или более источников излучения испускают излучение с длиной волны в диапазоне 180-300 нм,
при этом упомянутые одна или более из спиральных трубок расположены между двумя из упомянутых по меньшей мере двух кассет,
при этом упомянутые один или более фильтров расположены между упомянутыми одним или более источниками излучения и упомянутыми одной или более спиральными трубками, и
при этом упомянутые один или более фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 300 нм упомянутых одной или более спиральных трубок.
2. Ультрафиолетовый реактор по п. 1, в котором кассеты расположены в параллельной конфигурации.
3. Ультрафиолетовый реактор по любому предшествующему пункту, в котором каждая кассета также содержит один или более из упомянутых одного или более фильтров.
4. Ультрафиолетовый реактор по любому предшествующему пункту, при этом упомянутые одна или более из спиральных трубок сгруппированы в комплекты по две, такие как комплекты по три, расположенные в чередующейся конфигурации между комплектом из одной или более спиральных трубок и кассетой.
5. Ультрафиолетовый реактор по любому предшествующему пункту, дополнительно содержащий первую вентиляционную камеру, расположенную у первого конца упомянутых одной или более кассет, и/или вторую вентиляционную камеру, расположенную у второго конца упомянутых одной или более кассет, при этом вентиляционные камеры вытягивают воздух из кассеты, или у вентиляционных камер воздух поступает в кассету, или вентиляционные камеры вытягивают воздух из кассеты на обоих концах, или у вентиляционных камер воздух поступает в кассету на обоих концах, или вентиляционная камера вытягивает воздух из кассеты на одном конце, а на другом конце воздух поступает в кассету.
6. Ультрафиолетовый реактор по любому предшествующему пункту, в котором каждая из кассет содержит одно или более отверстий у первого конца или второго конца для установки и удаления упомянутых одного или более источников излучения, при этом каждая из кассет дополнительно содержит воздуховпускные отверстия для обеспечения поступления воздуха в кассету.
7. Ультрафиолетовый реактор по любому предшествующему пункту, в котором каждая из кассет дополнительно содержит рамку кассеты с отверстиями, при этом первый набор отверстий закрыт стеклом, например кварцевым стеклом, через которое излучение от источников излучения может облучать упомянутые одну или более спиральных трубок.
8. Ультрафиолетовый реактор по п. 7, в котором упомянутые один или более фильтров нанесены на или внедрены в стекло.
9. Ультрафиолетовый реактор по любому предшествующему пункту, в котором каждая из кассет дополнительно содержит рамку кассеты с отверстиями, при этом второй набор отверстий приспособлен для облегчения внутреннего движения воздуха внутри кассеты.
10. Ультрафиолетовый реактор по п. 9, в котором рамка кассеты содержит две или более расположенных параллельно частей рамки, и при этом второй набор отверстий размещен неперекрывающимся образом, чтобы гарантировать, что излучение не выходит из кассеты в тех положениях, где излучение не облучает упомянутые одну или более спиральных трубок.
11. Ультрафиолетовый реактор по любому предшествующему пункту, в котором кассета содержит множество отверстий, при этом через множество отверстий создается поток воздуха, когда между внутренней и наружной поверхностями кассеты приложена разность давлений, и при этом вызываемый упомянутой разностью давлений поток воздуха через множество отверстий обеспечивает равномерное охлаждение по всей длине упомянутых одного или более источников излучения с целью достижения максимального выхода УФ-излучения и обеспечения оптимального срока службы упомянутых одного или более источников излучения.
12. Ультрафиолетовый реактор по п. 11, в котором отверстия выполнены так, что излучение выходит из кассеты только к упомянутым одной или более спиральным трубкам.
13. Ультрафиолетовый реактор по любому предшествующему пункту, в котором пространство между кассетой и упомянутыми одной или более спиральными трубками по меньшей мере частично облицовано полированным светоотражающим алюминием, отражающим излучение от упомянутых одного или более источников излучения, например, отражающим по меньшей мере 70% излучения обратно к упомянутым одной или более спиральным трубкам.
14. Ультрафиолетовый реактор по любому предшествующему пункту, дополнительно содержащий пластину, ограничивающую или исключающую утечку излучения от упомянутых одного или более источников излучения из пространства между двумя кассетами в ультрафиолетовом реакторе.
15. Ультрафиолетовый реактор по любому предшествующему пункту, в котором пространство между двумя кассетами ультрафиолетового реактора или пространство между кассетой и одной или более из спиральных трубок выполняет функцию вентиляционной шахты, используемой для охлаждения ультрафиолетового реактора, в частности охлаждения кассет, содержащих упомянутые один или более источников излучения.
16. Ультрафиолетовый реактор по п. 1, в котором жидкий пищевой продукт представляет собой молоко.
| WO 2019057257 A1, 28.03.2019 | |||
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕРИЛИЗОВАННОГО МОЛОКА | 2006 |
|
RU2322811C2 |
| Привод поворота | 1979 |
|
SU852537A1 |
| US 20170303555 A1, 26.10.2017 | |||
| WO 2011126192 A1, 13.10.2011 | |||
| RU 2058096 C1, 20.04.1996. | |||
