СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к тепловой обработке жидких пищевых продуктов, обеспечивающей необходимый уровень их микробиологической стабильности, и может быть использовано для других жидких продуктов и препаратов, например, медицинского назначения.

Известен способ тепловой обработки жидких пищевых продуктов с целью уничтожения вредных микроорганизмов, в котором микробиологическая стабильность продукта достигается при его прямом нагреве путем непосредственного смешения с греющей средой, например стерильным водяным паром, и выдержки при заданной температуре, обеспечивающей пастеризацию продукта [1]. Этот способ позволяет осуществлять достаточно быстрый нагрев, однако приводит к разбавлению жидкого продукта водой, попадающей в него в виде пара, конденсирующегося в процессе охлаждения продукта и увеличивающего массу последнего в среднем на 30%. Недостатками способа являются необходимость удаления воды, что связано с дополнительными технологическими трудностями и энергозатратами, а также ухудшение качества и вкуса продукта после пастеризации из-за разрушения витаминов и свертывания белков.

Наиболее близким по технической сущности является способ тепловой обработки жидких продуктов путем непосредственного смешения с греющей средой в условиях нагрева конденсирующимся паром со скоростью не менее 1400°С/с для пастеризации и не менее 7600°С/с для стерилизации до температуры, не превышающей температуру качественных изменений в жидком продукте. При этом жидкий продукт распыляют до диаметра капель не более 0,3 мм [2].

Этот способ обеспечивает высокоэффективную тепловую обработку жидких продуктов с высокими показателями качества благодаря тому, что поражающим фактором для микроорганизмов, является скорость изменения температуры (высокоскоростной кратковременный тепловой удар), при которой эффект пастеризации / стерилизации для конкретного жидкого продукта достигается при более низкой температуре, не превышающей температуру качественных изменений в нем.

Способ осуществляется в пастеризаторе, который содержит распылитель пастеризуемого жидкого продукта, камеру пастеризации, сопловый аппарат для подачи пара, парогенератор, камеру охлаждения (охладитель) и вакуумный насос.

Однако этот способ также не исключает разбавления продукта конденсатом, что отражается на органолептической и физико-химической стабильности таких жидких продуктов, как, например, соки прямого отжима, и не гарантирует необходимой микробиологической стабильности в отношении устойчивых форм микроорганизмов.

Задачей изобретения является создание высокоэффективного способа тепловой обработки жидких продуктов, обеспечивающего их микробиологическую, органолептическую и физико-химическую стабильность и исключение разбавления конденсатом, а также устройства, реализующего этот способ.

Задача решается тем, что в способе тепловой обработки жидких продуктов в условиях непосредственного смешения с греющей средой, включающем нагрев продукта паром до температуры, не вызывающей качественных изменений в продукте, путем его распыления до диаметра капель не более 0,3 мм, скорость изменения давления для жидкого продукта при его распылении составляет не менее 10⁹ Па/сек, причем скорость капель составляет не менее 10 м/сек, а нагрев ведут в условиях низкого давления ненасыщенным паром, который подают в том же направлении. Кроме того, тепловую обработку жидкого продукта ведут со скоростью нагрева не более 1100°С/сек, что ниже соответствующего показателя прототипа.

Решение задачи реализуется в устройстве для тепловой обработки жидких продуктов, включающем камеру с распылителем, парогенератор, камеру охлаждения и вакуумный насос, а также пароперегреватель, при этом камера с распылителем дополнительно содержит блок контроля вакуума, обеспечивающий поддержание давления на уровне 0,25 Па.

Использование ненасыщенного водяного пара определенной температуры в совокупности с другими элементами новизны способа и устройства позволяет создать условия, при которых вся вода, попавшая в жидкий продукт, удаляется непосредственно в камере, что исключает разбавление продукта конденсатом, и, следовательно, необходимость его последующего удаления, сопряженного с дополнительными технологическими трудностями и энергозатратами.

Техническим результатом изобретения является высокая эффективность способа тепловой обработки при стабильности качественных показателей обработанного продукта, что достигается за счет синергического эффекта сверхкратковременного изменения давления продукта в процессе его распыления со скоростью не менее 10⁹ Па/сек в сочетании со сверхкратковременным температурным воздействием со скоростью не более 1100°C/сек, который обеспечивает необходимую микробиологическую стабильность жидкого продукта без изменения его органолептических и физико-химических свойств.

Дополнительное включение в устройство пароперегревателя необходимо для создания в условиях низкого давления сухого ненасыщенного водяного пара перед подачей его в камеру тепловой обработки жидкого продукта. Дополнительное включение в камеру блока контроля вакуума необходимо для регулирования отвода пара, благодаря чему обеспечивается поддержание указанного давления.

Способ осуществляют следующим образом. Подвергающийся тепловой обработке жидкий продукт распыляют в камере тепловой обработки при скорости изменения давления для продукта не менее 10⁹ Па/сек. При этом скорость распыляемых капель составляет не менее 10 м/сек. Распыляемый продукт непосредственно смешивают с греющей средой, представляющей собой сухой ненасыщенный водяной пар, который подают в том же направлении. Нагрев продукта ведут в условиях низкого давления со скоростью нагрева, не превышающей 1100°С/сек.

Устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлено схематичное изображение устройства, а на фиг.2 - разрез камеры тепловой обработки.

Устройство для тепловой обработки (фиг.1) содержит емкость 1 для обрабатываемого продукта, которая через насос 2 соединена трубопроводом с форсункой-распылителем 3, расположенной в камере тепловой обработки 4, состоящей из верхней и нижней частей, герметично соединенных между собой по фланцу. В верхней части камеры находится форсунка-распылитель 3, а нижняя включает блок контроля вакуума 5 (фиг.2). Устройство снабжено парогенератором 6, соединенным через клапан регулировки давления 7 с пароперегревателем 8, который посредством трубопровода связан с камерой тепловой обработки 4. Устройство включает камеру охлаждения 9, соединенную через клапан регулировки давления 10 с конденсатором 11, а также емкость для конденсата 12, емкости для обработанного продукта 13 и 14 и вакуумный насос 15.

Способ осуществляют следующим образом. Подвергающийся тепловой обработке продукт из емкости 1 с помощью насоса 2 для подачи продукта по трубопроводу, соединенному с распылителем - форсункой 3, при температуре 20°С под давлением подают в камеру тепловой обработки 4 путем его распыления до диаметра капель не более 0,3 мм. При этом скорость изменения давления для продукта при его распылении составляет не менее 10⁹ Па/сек, а давление в камере поддерживается на уровне 0,25 Па блоком контроля вакуума 5. Скорость капель в камере тепловой обработки 4 составляет не менее 10 м/сек. Одновременно из парогенератора 6 подают пар, расход которого регулируют клапаном 7, и направляют в пароперегреватель 8, в котором пар в условиях низкого давления подогревают до требуемой температуры, превращая его в сухой ненасыщенный водяной пар. Из пароперегревателя 8 водяной пар по трубопроводу, соединенному с камерой тепловой обработки 4, направляют для непосредственного контакта с распыляемым продуктом. Нагрев продукта ненасыщенным водяным паром осуществляют со скоростью, не превышающей 1100°C/сек. При этом продукт нагревается до температуры, не вызывающей в нем качественных изменений. При таких условиях и параметрах в камере тепловой обработки 4 устанавливается баланс между конденсацией пара на каплях продукта и испарением капель в условиях разряжения, т.е. разбавления продукта конденсатом не происходит. Обработанный продукт с паром направляют в охлаждающую камеру 9, из которой с помощью конденсатора 11 и вакуумного насоса 15 удаляют пар и охлаждают обработанный продукт до заданной температуры, зависящей от величины открытия клапана 10. Удаленный пар в виде конденсата собирают в емкости 12, а охлажденный продукт направляют в емкость 13 или 14.

Использование заявленной группы изобретений обеспечивает микробиологическую стабильность обработанного жидкого продукта при сохранении его состава и полезных свойств на уровне состава и свойств исходного, что является особенно значимым при промышленном производстве жидких пищевых продуктов, например молока, соков (восстановленных соков, соков прямого отжима), нектаров и других продуктов.

Пример 1.

Свежее молоко при температуре 20°С из емкости 1 по трубопроводу, соединенному с распылителем-форсункой 3, под давлением подавали в камеру тепловой обработки 4 путем его распыления до диаметра капель не более 0,3 мм. При этом скорость изменения давления для молока при распылении составляла 2,5·10⁹ Па/сек. Такие условия обеспечиваются, например, при давлении на входе распылителя 6·10⁵ Па, диаметре отверстия в распылителе-форсунке 2 мм и давлении в камере 4 на уровне 0,25 Па. Скорость капель в камере тепловой обработки 4 составляла не менее 10 м/сек. Одновременно из парогенератора 6 подавали пар, расход которого регулировали клапаном 7, и направляли в пароперегреватель 8, откуда сухой ненасыщенный водяной пар поступал в камеру тепловой обработки 4 для непосредственного контакта с распыляемым свежим молоком. Время непосредственного взаимодействия капель молока с паром соответствовало 50 мсек (средняя длина пролета капель - 50 см), в результате чего молоко нагревалось до температуры 65°С, которая не вызывает в нем качественных изменений. При этом нагрев молока с 20°С до 65°С происходил со скоростью 900°С/сек. Обработанное молоко с паром направляли в охлаждающую камеру 9, из которой с помощью конденсатора 11 и вакуумного насоса 15 удаляли пар и охлаждали обработанное молоко до заданной температуры, зависящей от величины открытия клапана 10. Удаленный пар в виде конденсата собирали в емкости 12, а охлажденный продукт направляли в емкость 13.

Результаты микробиологического исследования образцов молока до и после тепловой обработки, подтверждающие эффективность заявляемых способа и устройства, представлены в табл.1.

Пример 2.

Способ осуществляли, как описано в примере 1, однако в качестве жидкого продукта использовали апельсиновый сок прямого отжима.

Эффективность заявляемых способа и устройства тепловой обработки для апельсинового сока прямого отжима иллюстрирует табл.2.

Пример 3.

Способ осуществляли, как описано в примере 1, однако в качестве жидкого продукта использовали физиологический раствор с внесенной культурой E.coli.

Эффективность заявляемых способа и устройства тепловой обработки для физиологического раствора с внесенной культурой E.coli иллюстрирует табл.3.

Описанные выше примеры не охватывают весь объем заявленной группы изобретений, которая может быть использована также для тепловой обработки таких жидких продуктов как виноматериалы, сусло, плазма крови и другие.

Таким образом, предлагаемые способ тепловой обработки жидких продуктов и устройство для его реализации позволяют производить высококачественные продукты с необходимыми показателями микробиологической, органолептической и физико-химической стабильности, что обеспечит увеличение сроков хранения, которые ограничиваются сегодня отсутствием эффективного способа тепловой обработки.

Источники информации

1. SU, A.C. 1507299, МПК: А 23 L 3/16.

2. RU, патент 2052967, МПК: А 23 L 3/16.