Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ заключается в обработке молока ультрафиолетовым излучением. При этом создают герметичный контролируемый по толщине слой молока. Его облучают в диапазоне длин волн 165-185 нм. Причем толщина контролируемого слоя составляет 80-120 мкм для указанного диапазона длин волн. Контролируемый по толщине слой молока может быть облучен одновременно в диапазоне длин волн 165-185 и 280-310 нм. Изобретение позволяет упростить процесс обработки молока путем достижения максимальной глубины обрабатываемого слоя при одновременном повышении качества молока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к нетепловой обработке молока ультрафиолетовым излучением и может быть использовано в пищевой промышленности.
Способы обработки молока ультрафиолетовыми лучами с "бактерицидной" длиной волны 254 нанометра (нм) известны и описаны давно (см., например, патент СССР №17146, МПК A 23 L 3/28, оп. 30.09.1930; патент США №2072417, НКИ 204-159, оп.02.03.1937).
Известно также, что способность проникновения ультрафиолетовых лучей с длиной волны 254 нм через слой молока невелика и не превышает 40...50 микрон (мкм). В связи с этим в известных способах обработки молока ультрафиолетовым излучением для увеличения слоя обрабатываемого молока применяют перемешивание, турбулизацию и т.п. Однако эти приемы, как правило, усложняют технологический процесс и далеко не всегда дают требуемый результат. С целью устранения недостатков, связанных с низкой прозрачностью молока для ультрафиолетовых лучей, предложен целый ряд разновидностей этих способов обработки (стерилизации) молока. Так, известен способ стерилизации жидкостей, в частности молока, в котором жидкость диспергируют, затем насыщают озоном и турбулизуют с последующим перемешиванием и одновременным облучением ультрафиолетовыми лучами (см. заявка РСТ №W094/26131, МПК A 23 L 3/28, оп.24.11.94). Этот способ обеспечивает более высокую степень стерилизации и улучшает органолептические свойства молока, однако он довольно сложен в технологическом оформлении и не устраняет основной недостаток известных способов обработки молока ультрафиолетовым облучением - низкой прозрачности молока в применяемом на практике диапазоне длин волн.
Известны способы облучения молока ультрафиолетовыми лучами в тонком слое жидкости. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обработки молока, в котором молоко центрифугируют до полного осаждения микрофлоры в тонкий слой < 0,1 мм на прозрачном для ультрафиолетового излучения основании, а облучение осуществляют через это основание до достижения энергетической экспозиции 210-250 Дж/см2 (см. авт. св. СССР №1450804, МПК А 23 С 3/07, оп.15.01.89). Недостатками процесса являются его периодичность, малая производительность, сложность контроля полноты осаждения всей микрофлоры в тонкий слой, прозрачный для ультрафиолетового излучения, неселективность обработки. А также усложнение процесса обработки, связанное, как уже выше отмечалось, с малой прозрачностью ультрафиолетового излучения для молока в применяемой на практике области длин волн.
Задачей изобретения было упрощение процесса обработки молока путем достижения максимальной глубины обрабатываемого слоя ультрафиолетовым излучением при одновременном повышении качества получаемого продукта.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ обработки молока в тонком слое ультрафиолетовым излучением, при котором облучение осуществляют в герметичном контролируемом по толщине слое молока в диапазоне длин волн 165-185 нм, при этом толщину контролируемого слоя выбирают не более оптической толщины для указанного диапазона длин волн, определяемой законом Бугера-Ламберта. Кроме того, можно осуществлять обработку молока одновременным облучением в диапазоне длин волн 280-310 и 165-185 нм.
Способ основан на том, что автор, изучая спектральные характеристики молока (зависимость коэффициента поглощения от длины волны) нашел, что в диапазоне 280-220 нм коэффициент поглощения ультрафиолетового излучения практически неизменен. Далее, двигаясь в область коротких волн, до 195 нм наблюдается резкое увеличение коэффициента поглощения молока почти вдвое, экстремум в области 195 нм и последующий резкий спад практически в 5-6 раз при приближении к 185 нм (см. график). Таким образом, в области 185 нм и менее автором обнаружено наличие спектрального "окна прозрачности" в спектре поглощения молока, что позволяет проводить облучение на максимальную глубину молока, уничтожая болезнетворные бактерии и в то же время не меняя природную белковую и аминокислотную структуру молока. Кроме того, смещение диапазона облучения в область более коротких волн по сравнению с традиционно известной бактерицидной длиной волны 254 нм приведет к тому, что возросшая энергия квантов в среднем с 5 эВ до 7 эВ позволит значительно сократить время бактерицидной обработки молока при одном и том же расходе. Это, в свою очередь, позволит максимально сохранить природную микробиологию и органолептику молока и улучшить качество его обработки. Обработка молока при длине волны менее 165 нм нецелесообразна, поскольку начинает происходить диссоциация воды и связанная с этим деструкция молока. Создание герметичной контролируемой по толщине пленки молока необходимо в связи с тем, что ультрафиолетовое излучение разлагает кислород воздуха с образованием озона, являющегося сильным окислителем и отрицательно воздействующего на молочный жир, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на органолептических свойствах молока. Для максимального прохода ультрафиолетового излучения необходимо выбирать контролируемую толщину пленки молока величиной не более ее оптической толщины для конкретной длины волны, определяемой из закона Бугера-Ламберта. В частности, для длины волны 185 нм толщина пленки не должна превышать 120 мкм, а для длины волны 165 нм - 100 мкм. Поскольку известно, что при облучении ультрафиолетовым излучением в диапазоне 280-310 нм в молоке происходит синтез витамина "D" (см. С.В.Конев, И.Д.Волотовский. Фотобиология. Минск, 1979, Большая медицинская энциклопедия, том 26, "Советская энциклопедия", М., 1985), так необходимого для детского питания, то возможно одновременно с бактерицидной обработкой в диапазоне 165-185 нм и синтезировать витамин "D", облучая молоко дополнительным источником ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 280-310 нм.
Изобретение иллюстрируется графиком (чертеж), на котором приведена спектральная характеристика молока, полученная автором в результате исследований, где:
1 - спектральная характеристика молока - зависимость коэффициента поглощения молока от длины волны излучения;
2 - спектральное "окно прозрачности молока";
3 - область излучения, способствующая образованию витамина "D".
Способ осуществляется следующим образом. Молоко из емкости подают под избыточным давлением в контролируемый по толщине зазор в виде пленки толщиной 40-45 мкм для традиционной длины волны 254 нм и 80-120 мкм для "окна прозрачности" в области 185 нм. Контролируемый зазор создается между полированными плоскопараллельными пластинами, одна из которых или обе могут быть прозрачными для ультрафиолетового излучения с необходимой длиной волны. В качестве источника излучения служат газоразрядные лампы типа ДРБ-20U, дающие линейчатый спектр ультрафиолетового излучения в областях 254 нм и 185 нм. Излучение, проходя через пленку молока контролируемой толщины, проводит его бактерицидную обработку.
Для традиционной длины волны 254 нм при величине зазора 40 мкм расход молока составлял порядка 20 литров в час, и при интенсивности ультрафиолетового излучения 6 мВт/см2 микробиологическое тестирование не смогло обнаружить ни в одной из проб наличия бактерий E-Coli, но появился некоторый специфический запах "пережженного" молока, который указывает на воздействие ультрафиолетового излучения с длиной волны 254 нм на частицы молочного жира.
Для длины волны излучения 185 нм в области "окна прозрачности" при величине зазора 120 мкм расход молока составил порядка 160 литров в час при том же перепаде давления на пленке молока, как и в первом случае и той же интенсивности ультрафиолетового излучения микробиологическое тестирование не смогло обнаружить ни в одной из проб наличия бактерий E-Coli и не обнаружено никаких изменений вкусовых свойств молока и его органолептики.
Предложенный способ обработки позволяет повысить класс молока, поскольку количество бактерий в готовом продукте уменьшается и уровень качества молока соответственно повышается. Данный способ можно осуществить как в непрерывном, так и в периодическом вариантах.
1. Способ нетепловой обработки молока ультрафиолетовым излучением в тонком слое, отличающийся тем, что создают герметичный контролируемый по толщине слой молока и облучают его в диапазоне длин волн 165-185 нм, причем толщина контролируемого слоя составляет 80-120 мкм для указанного диапазона длин волн.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой молока облучают одновременно в диапазоне длин волн 165-185 и 280-310 нм.
www.findpatent.ru
Ультрафиолетовая дезинфекция имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами обработки. В отличие от химических реагентов, ультрафиолетовое облучение не приводит к образованию токсинов и разного рода остатков в производственной воде и не изменяет химического состава, вкуса, запаха и показателя кислотности обрабатываемой жидкости. Это особенно важно для молочной промышленности, где добавка химических веществ в участие в технологическом процессе воды берет, может привести к появлению постороннего привкуса и запаха и изменить химические свойства продукта.
Обработка ультрафиолетовыми лучами может использоваться для первичной дезинфекции воды, а также для подстраховки при применении других методов очистки, таких как фильтрация через угольный пласт, обратноосмотическая обессоливания и пастеризация. Поскольку при ультрафиолетовом облучении не наблюдается никаких остаточных эффектов, то лучше всего такую обработку проводить непосредственно перед использованием.
Производители многих устанавливают системы инфракрасной обработки с фильтрующим слоем или клапаном выпуска продукта из резервуара, чтобы таким образом уменьшить вероятность загрязнения продукта из этих источников.
Ультрафиолетовые лучи - это часть спектра электромагнитных излучений, которая располагается между видимым светом и рентгеновскими лучами. Определенная часть ультрафиолетового спектра излучения в диапазоне длин волн от 200 до 315 нм имеет сильный бактерицидный эффект, который наиболее ярко проявляется при длине волны 265 нм. При такой длине волны ультрафиолетовые лучи уничтожает микроорганизмы, проникая через их клеточные мембраны и повреждая ДНК, что делает невозможным их дальнейшее размножение.
Последние испытания, проведенные на сыродельном заводе и Нидерландах, показали, например, обработка ультрафиолетовыми лучами дает снижение содержания термофильных бактерий на 99,3%, а бактериофагов, которые являются вирусами, которые паразитируют на бактериальных клетках, на 99,999%.
Типичная ультрафиолетовая система дезинфекционной обработки состоит из лампы ультрафиолетового света в защитной кварцевой муфте, которая устанавливается в цилиндрическую камеру из нержавеющей стали. Обрабатываемая жидкость поступает в камеру с одного конца, проходит вдоль нее по всей длине и выходит с другого конца. Обрабатывать ультрафиолетовым излучением можно практически любые жидкости, включая неочищенную воду из системы водоснабжения, фильтрованную производственную воду, молоко, вязкие сахарные сиропы и сточные воды.
В зависимости от типа ламп, используемых ультрафиолетового света различаются и два вида ультрафиолетовых установок - низкого давления и среднего давления. Лампы низкого давления дают монохромное ультрафиолетовый свет, длина волны которого ограничивается 254 нм, а лампы среднего давления - полихромная ультрафиолетовый свет с длиной волны от 185 до 400 нм.
По ряду причин ультрафиолетовые лампы среднего давления более соответствуют требованиям молочной промышленности, прежде всего одна лампа среднего давления обеспечивает излучение той же мощности, что и несколько ламп низкого давления. Это соответственно связано с меньшими затратами и экономией места. Кроме того, работа ламп низкого давления очень сильно зависит от температуры, и колебания температуры на обработку жидкости, подаваемой может сильно влиять на эффективность обработки, тогда как лампы среднего давления могут одинаково хорошо работать при любой температуре.
Приходится также учитывать требования к очистке оборудования. При обработке жидкости с высоким содержанием твердых частиц на ограждающих лампы кварцевых муфтах может появляться налет, который снижает эффективность работы. Для устранения этого недостатка лампы среднего давления оборудовали механическим скребком, который ходит вперед и назад по длине кварцевой муфты и очищает ее. С лампами низкого давления такие скребки использовать нельзя, и поэтому приходится прибегать к дорогостоящей и занимающей много времени химической очистки.
В молочной промышленности установки ультрафиолетового облучения нашли несколько видов применения. Вода, является ингредиентом молочных изделий или вступающая в контакт с продуктом, может стать источником заражения. С помощью ультрафиолетовых установок можно дезинфицировать эту воду без использования каких-либо химикатов и пастеризации. Это также обеспечивает возможность повторного использования производственной воды и соответственно повышает экономичность процесса.
Ультрафиолетовые системы обработки воды достигли определенного уровня совершенства и прекрасно могут использоваться для нужд молочной промышленности. В условиях современного рынка, который регулируется жесткими нормами и требованиями в области безопасности продуктов питания, молочная промышленность должна также удовлетворять все более жестким требованиям к качеству продукции.
Развитие микроорганизмов, попавших в молочные продукты вместе с загрязненной водой, может привести изменению окраски изделий, постороннего привкуса и запаха, сокращению срока хранения, а также увеличить риск инфекции для потребителя. Угроза заражения еще более возрастает, когда в ответ на требования потребителей производители молочных продуктов идут на сокращение количества химических добавок и консервантов. Таким образом, аффективное обеззараживания производственной воды приобретает существенное значение, поскольку при этом повышается производительность без риска снижения качества продукции.
Для обработки воды часто используют такие методы, как обратноосмотическая обессоливания и пропускания через угольные фильтры. Однако угольные фильтры могут стать рассадником микробов. Ультрафиолетовое облучение способно предотвратить это явление. Вода, используемая для очистки рабочих поверхностей и CIР также может служить источником загрязнения. Ультрафиолетовое облучение является стандартным методом дезинфекции таких вод без применения химических веществ.
Некоторые молочные изделия могут оказаться зараженными после тепловой обработки. Ультрафиолетовое облучение-это хороший способ защиты пищевых продуктов от заражения путем использования контактно - охлаждающих жидкостей. Хорошая среда для размножения микроорганизмов могут также представлять содержащий сахарозу подсластитель. Такие сиропы очень удобно обеззараживать методом ультрафиолетового облучения.
Системы поверхностной дезинфекции используют для сокращения количества микробов на любых видах упаковки, включая тубы, бутылки, банки, крышки и фольгу для расфасовки йогуртов, молока, сливочного масла и других молочных продуктов. Облучение поверхностей ультрафиолетовым светом перед заполнением упаковок позволяет уничтожить микроорганизмы, способные вызвать порчу продукта, продлить срок хранения продукта и уменьшить риск его заражения.
Подвергать обработке ультрафиолетовым излучением можно сточные воды молочного производства, избегая тем самым использование опасных для окружающей среды химикатов и обеспечивая соответствие отработанных вод местным нормам защиты окружающей среды. Как уже отмечалось, поскольку при применении ультрафиолетового облучения производственная вода может проходить дезинфекцию и использоваться повторно, общее количество отработанных вод резко уменьшается.
Перед производителями молочных продуктов стоят сложные задачи, связанные с необходимостью обеспечения соответствия все более усиливающийся гигиеническим требованиям. Для производителей, кто стремится повысить качество конечной продукции, системы дезинфекции с применением ультрафиолетовых ламп среднего давления будут реальным экономическим подходом к решению этой проблемы Во всем мире эти системы уже давно используются для обеззараживания питьевой воды. Ультрафиолетовые системы дезинфекции легко устанавливаются. При этом требуется лишь минимальное вмешательство в работу уже налаженного производства. Такие установки требуют очень незначительном объеме технического обслуживания - нужно только один раз в 9-12 мес. заменять лампы (в зависимости от интенсивности использования).
bio-x.ru
Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ заключается в обработке молока ультрафиолетовым излучением. При этом создают герметичный контролируемый по толщине слой молока. Его облучают в диапазоне длин волн 165-185 нм. Причем толщина контролируемого слоя составляет 80-120 мкм для указанного диапазона длин волн. Контролируемый по толщине слой молока может быть облучен одновременно в диапазоне длин волн 165-185 и 280-310 нм. Изобретение позволяет упростить процесс обработки молока путем достижения максимальной глубины обрабатываемого слоя при одновременном повышении качества молока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к нетепловой обработке молока ультрафиолетовым излучением и может быть использовано в пищевой промышленности.
Способы обработки молока ультрафиолетовыми лучами с "бактерицидной" длиной волны 254 нанометра (нм) известны и описаны давно (см., например, патент СССР №17146, МПК A 23 L 3/28, оп. 30.09.1930; патент США №2072417, НКИ 204-159, оп.02.03.1937).
Известно также, что способность проникновения ультрафиолетовых лучей с длиной волны 254 нм через слой молока невелика и не превышает 40...50 микрон (мкм). В связи с этим в известных способах обработки молока ультрафиолетовым излучением для увеличения слоя обрабатываемого молока применяют перемешивание, турбулизацию и т.п. Однако эти приемы, как правило, усложняют технологический процесс и далеко не всегда дают требуемый результат. С целью устранения недостатков, связанных с низкой прозрачностью молока для ультрафиолетовых лучей, предложен целый ряд разновидностей этих способов обработки (стерилизации) молока. Так, известен способ стерилизации жидкостей, в частности молока, в котором жидкость диспергируют, затем насыщают озоном и турбулизуют с последующим перемешиванием и одновременным облучением ультрафиолетовыми лучами (см. заявка РСТ №W094/26131, МПК A 23 L 3/28, оп.24.11.94). Этот способ обеспечивает более высокую степень стерилизации и улучшает органолептические свойства молока, однако он довольно сложен в технологическом оформлении и не устраняет основной недостаток известных способов обработки молока ультрафиолетовым облучением - низкой прозрачности молока в применяемом на практике диапазоне длин волн.
Известны способы облучения молока ультрафиолетовыми лучами в тонком слое жидкости. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обработки молока, в котором молоко центрифугируют до полного осаждения микрофлоры в тонкий слой < 0,1 мм на прозрачном для ультрафиолетового излучения основании, а облучение осуществляют через это основание до достижения энергетической экспозиции 210-250 Дж/см2 (см. авт. св. СССР №1450804, МПК А 23 С 3/07, оп.15.01.89). Недостатками процесса являются его периодичность, малая производительность, сложность контроля полноты осаждения всей микрофлоры в тонкий слой, прозрачный для ультрафиолетового излучения, неселективность обработки. А также усложнение процесса обработки, связанное, как уже выше отмечалось, с малой прозрачностью ультрафиолетового излучения для молока в применяемой на практике области длин волн.
Задачей изобретения было упрощение процесса обработки молока путем достижения максимальной глубины обрабатываемого слоя ультрафиолетовым излучением при одновременном повышении качества получаемого продукта.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ обработки молока в тонком слое ультрафиолетовым излучением, при котором облучение осуществляют в герметичном контролируемом по толщине слое молока в диапазоне длин волн 165-185 нм, при этом толщину контролируемого слоя выбирают не более оптической толщины для указанного диапазона длин волн, определяемой законом Бугера-Ламберта. Кроме того, можно осуществлять обработку молока одновременным облучением в диапазоне длин волн 280-310 и 165-185 нм.
Способ основан на том, что автор, изучая спектральные характеристики молока (зависимость коэффициента поглощения от длины волны) нашел, что в диапазоне 280-220 нм коэффициент поглощения ультрафиолетового излучения практически неизменен. Далее, двигаясь в область коротких волн, до 195 нм наблюдается резкое увеличение коэффициента поглощения молока почти вдвое, экстремум в области 195 нм и последующий резкий спад практически в 5-6 раз при приближении к 185 нм (см. график). Таким образом, в области 185 нм и менее автором обнаружено наличие спектрального "окна прозрачности" в спектре поглощения молока, что позволяет проводить облучение на максимальную глубину молока, уничтожая болезнетворные бактерии и в то же время не меняя природную белковую и аминокислотную структуру молока. Кроме того, смещение диапазона облучения в область более коротких волн по сравнению с традиционно известной бактерицидной длиной волны 254 нм приведет к тому, что возросшая энергия квантов в среднем с 5 эВ до 7 эВ позволит значительно сократить время бактерицидной обработки молока при одном и том же расходе. Это, в свою очередь, позволит максимально сохранить природную микробиологию и органолептику молока и улучшить качество его обработки. Обработка молока при длине волны менее 165 нм нецелесообразна, поскольку начинает происходить диссоциация воды и связанная с этим деструкция молока. Создание герметичной контролируемой по толщине пленки молока необходимо в связи с тем, что ультрафиолетовое излучение разлагает кислород воздуха с образованием озона, являющегося сильным окислителем и отрицательно воздействующего на молочный жир, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на органолептических свойствах молока. Для максимального прохода ультрафиолетового излучения необходимо выбирать контролируемую толщину пленки молока величиной не более ее оптической толщины для конкретной длины волны, определяемой из закона Бугера-Ламберта. В частности, для длины волны 185 нм толщина пленки не должна превышать 120 мкм, а для длины волны 165 нм - 100 мкм. Поскольку известно, что при облучении ультрафиолетовым излучением в диапазоне 280-310 нм в молоке происходит синтез витамина "D" (см. С.В.Конев, И.Д.Волотовский. Фотобиология. Минск, 1979, Большая медицинская энциклопедия, том 26, "Советская энциклопедия", М., 1985), так необходимого для детского питания, то возможно одновременно с бактерицидной обработкой в диапазоне 165-185 нм и синтезировать витамин "D", облучая молоко дополнительным источником ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 280-310 нм.
Изобретение иллюстрируется графиком (чертеж), на котором приведена спектральная характеристика молока, полученная автором в результате исследований, где:
1 - спектральная характеристика молока - зависимость коэффициента поглощения молока от длины волны излучения;
2 - спектральное "окно прозрачности молока";
3 - область излучения, способствующая образованию витамина "D".
Способ осуществляется следующим образом. Молоко из емкости подают под избыточным давлением в контролируемый по толщине зазор в виде пленки толщиной 40-45 мкм для традиционной длины волны 254 нм и 80-120 мкм для "окна прозрачности" в области 185 нм. Контролируемый зазор создается между полированными плоскопараллельными пластинами, одна из которых или обе могут быть прозрачными для ультрафиолетового излучения с необходимой длиной волны. В качестве источника излучения служат газоразрядные лампы типа ДРБ-20U, дающие линейчатый спектр ультрафиолетового излучения в областях 254 нм и 185 нм. Излучение, проходя через пленку молока контролируемой толщины, проводит его бактерицидную обработку.
Для традиционной длины волны 254 нм при величине зазора 40 мкм расход молока составлял порядка 20 литров в час, и при интенсивности ультрафиолетового излучения 6 мВт/см 2 микробиологическое тестирование не смогло обнаружить ни в одной из проб наличия бактерий E-Coli, но появился некоторый специфический запах "пережженного" молока, который указывает на воздействие ультрафиолетового излучения с длиной волны 254 нм на частицы молочного жира.
Для длины волны излучения 185 нм в области "окна прозрачности" при величине зазора 120 мкм расход молока составил порядка 160 литров в час при том же перепаде давления на пленке молока, как и в первом случае и той же интенсивности ультрафиолетового излучения микробиологическое тестирование не смогло обнаружить ни в одной из проб наличия бактерий E-Coli и не обнаружено никаких изменений вкусовых свойств молока и его органолептики.
Предложенный способ обработки позволяет повысить класс молока, поскольку количество бактерий в готовом продукте уменьшается и уровень качества молока соответственно повышается. Данный способ можно осуществить как в непрерывном, так и в периодическом вариантах.
1. Способ нетепловой обработки молока ультрафиолетовым излучением в тонком слое, отличающийся тем, что создают герметичный контролируемый по толщине слой молока и облучают его в диапазоне длин волн 165-185 нм, причем толщина контролируемого слоя составляет 80-120 мкм для указанного диапазона длин волн.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой молока облучают одновременно в диапазоне длин волн 165-185 и 280-310 нм.
www.freepatent.ru
Настоящее изобретение относится к нетепловой обработке молока ультрафиолетовым излучением и может быть использовано в пищевой промышленности.
Способы обработки молока ультрафиолетовыми лучами с "бактерицидной" длиной волны 254 нанометра (нм) известны и описаны давно (см., например, патент СССР №17146, МПК A 23 L 3/28, оп. 30.09.1930; патент США №2072417, НКИ 204-159, оп.02.03.1937).
Известно также, что способность проникновения ультрафиолетовых лучей с длиной волны 254 нм через слой молока невелика и не превышает 40...50 микрон (мкм). В связи с этим в известных способах обработки молока ультрафиолетовым излучением для увеличения слоя обрабатываемого молока применяют перемешивание, турбулизацию и т.п. Однако эти приемы, как правило, усложняют технологический процесс и далеко не всегда дают требуемый результат. С целью устранения недостатков, связанных с низкой прозрачностью молока для ультрафиолетовых лучей, предложен целый ряд разновидностей этих способов обработки (стерилизации) молока. Так, известен способ стерилизации жидкостей, в частности молока, в котором жидкость диспергируют, затем насыщают озоном и турбулизуют с последующим перемешиванием и одновременным облучением ультрафиолетовыми лучами (см. заявка РСТ №W094/26131, МПК A 23 L 3/28, оп.24.11.94). Этот способ обеспечивает более высокую степень стерилизации и улучшает органолептические свойства молока, однако он довольно сложен в технологическом оформлении и не устраняет основной недостаток известных способов обработки молока ультрафиолетовым облучением - низкой прозрачности молока в применяемом на практике диапазоне длин волн.
Известны способы облучения молока ультрафиолетовыми лучами в тонком слое жидкости. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обработки молока, в котором молоко центрифугируют до полного осаждения микрофлоры в тонкий слой < 0,1 мм на прозрачном для ультрафиолетового излучения основании, а облучение осуществляют через это основание до достижения энергетической экспозиции 210-250 Дж/см2 (см. авт. св. СССР №1450804, МПК А 23 С 3/07, оп.15.01.89). Недостатками процесса являются его периодичность, малая производительность, сложность контроля полноты осаждения всей микрофлоры в тонкий слой, прозрачный для ультрафиолетового излучения, неселективность обработки. А также усложнение процесса обработки, связанное, как уже выше отмечалось, с малой прозрачностью ультрафиолетового излучения для молока в применяемой на практике области длин волн.
Задачей изобретения было упрощение процесса обработки молока путем достижения максимальной глубины обрабатываемого слоя ультрафиолетовым излучением при одновременном повышении качества получаемого продукта.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ обработки молока в тонком слое ультрафиолетовым излучением, при котором облучение осуществляют в герметичном контролируемом по толщине слое молока в диапазоне длин волн 165-185 нм, при этом толщину контролируемого слоя выбирают не более оптической толщины для указанного диапазона длин волн, определяемой законом Бугера-Ламберта. Кроме того, можно осуществлять обработку молока одновременным облучением в диапазоне длин волн 280-310 и 165-185 нм.
Способ основан на том, что автор, изучая спектральные характеристики молока (зависимость коэффициента поглощения от длины волны) нашел, что в диапазоне 280-220 нм коэффициент поглощения ультрафиолетового излучения практически неизменен. Далее, двигаясь в область коротких волн, до 195 нм наблюдается резкое увеличение коэффициента поглощения молока почти вдвое, экстремум в области 195 нм и последующий резкий спад практически в 5-6 раз при приближении к 185 нм (см. график). Таким образом, в области 185 нм и менее автором обнаружено наличие спектрального "окна прозрачности" в спектре поглощения молока, что позволяет проводить облучение на максимальную глубину молока, уничтожая болезнетворные бактерии и в то же время не меняя природную белковую и аминокислотную структуру молока. Кроме того, смещение диапазона облучения в область более коротких волн по сравнению с традиционно известной бактерицидной длиной волны 254 нм приведет к тому, что возросшая энергия квантов в среднем с 5 эВ до 7 эВ позволит значительно сократить время бактерицидной обработки молока при одном и том же расходе. Это, в свою очередь, позволит максимально сохранить природную микробиологию и органолептику молока и улучшить качество его обработки. Обработка молока при длине волны менее 165 нм нецелесообразна, поскольку начинает происходить диссоциация воды и связанная с этим деструкция молока. Создание герметичной контролируемой по толщине пленки молока необходимо в связи с тем, что ультрафиолетовое излучение разлагает кислород воздуха с образованием озона, являющегося сильным окислителем и отрицательно воздействующего на молочный жир, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на органолептических свойствах молока. Для максимального прохода ультрафиолетового излучения необходимо выбирать контролируемую толщину пленки молока величиной не более ее оптической толщины для конкретной длины волны, определяемой из закона Бугера-Ламберта. В частности, для длины волны 185 нм толщина пленки не должна превышать 120 мкм, а для длины волны 165 нм - 100 мкм. Поскольку известно, что при облучении ультрафиолетовым излучением в диапазоне 280-310 нм в молоке происходит синтез витамина "D" (см. С.В.Конев, И.Д.Волотовский. Фотобиология. Минск, 1979, Большая медицинская энциклопедия, том 26, "Советская энциклопедия", М., 1985), так необходимого для детского питания, то возможно одновременно с бактерицидной обработкой в диапазоне 165-185 нм и синтезировать витамин "D", облучая молоко дополнительным источником ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 280-310 нм.
Изобретение иллюстрируется графиком (чертеж), на котором приведена спектральная характеристика молока, полученная автором в результате исследований, где:
1 - спектральная характеристика молока - зависимость коэффициента поглощения молока от длины волны излучения;
2 - спектральное "окно прозрачности молока";
3 - область излучения, способствующая образованию витамина "D".
Способ осуществляется следующим образом. Молоко из емкости подают под избыточным давлением в контролируемый по толщине зазор в виде пленки толщиной 40-45 мкм для традиционной длины волны 254 нм и 80-120 мкм для "окна прозрачности" в области 185 нм. Контролируемый зазор создается между полированными плоскопараллельными пластинами, одна из которых или обе могут быть прозрачными для ультрафиолетового излучения с необходимой длиной волны. В качестве источника излучения служат газоразрядные лампы типа ДРБ-20U, дающие линейчатый спектр ультрафиолетового излучения в областях 254 нм и 185 нм. Излучение, проходя через пленку молока контролируемой толщины, проводит его бактерицидную обработку.
Для традиционной длины волны 254 нм при величине зазора 40 мкм расход молока составлял порядка 20 литров в час, и при интенсивности ультрафиолетового излучения 6 мВт/см 2 микробиологическое тестирование не смогло обнаружить ни в одной из проб наличия бактерий E-Coli, но появился некоторый специфический запах "пережженного" молока, который указывает на воздействие ультрафиолетового излучения с длиной волны 254 нм на частицы молочного жира.
Для длины волны излучения 185 нм в области "окна прозрачности" при величине зазора 120 мкм расход молока составил порядка 160 литров в час при том же перепаде давления на пленке молока, как и в первом случае и той же интенсивности ультрафиолетового излучения микробиологическое тестирование не смогло обнаружить ни в одной из проб наличия бактерий E-Coli и не обнаружено никаких изменений вкусовых свойств молока и его органолептики.
Предложенный способ обработки позволяет повысить класс молока, поскольку количество бактерий в готовом продукте уменьшается и уровень качества молока соответственно повышается. Данный способ можно осуществить как в непрерывном, так и в периодическом вариантах.
bankpatentov.ru
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2496021/13 (22) 06.06.77 (46) 15.1293 Бюл Ма 45-46 (71) 8сесоюзный научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства о9) Я (1ц б5б297 А1 (5Ц (72) Гизатулин 8Г. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОбРАБОТКИ МОЛОКА
УЛЬТРАФИОЛЕТОЕЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ (57) 656297
20
35
Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к оборудованию для обработки молока ультрафиолетовым излучением.
Известна установка для обработки молока ультрафиолетовым излучением, включающая фильтр, сепаратор, аппарат для обработки молока;. охладитель и расфасовочный аппарат.
Однако в процессе эксплуатации имеют местсгслучаи нарушения режима работы источников ультрафиолетового излучения, например изменение напряжения питания и температуры окружающего воздуха приводит к изменению потока излучения ламп и 15 снижению эффекта облучения, в результате чего снижается образование в молоке витамина Д.
Целью изобретения является интенсификация процесса витэминообразования.
Указанная цель достигается тем, что установка снабжена воздухоподогревателем и воздухоохладителем, связанными воздуховодами с аппаратом для обработки молока.
На чертеже схематично изображена установка для обработки жидкостей ультрафиолетовым излучением.
Установка содержит фильтр 1, сепаратор 2, ультрафиолетовый облучатель 3, охладитель 4, расфасовочный автомат 5, воэдухоохладител ь 6, воздухоподогреватель 7, а также системы автоматики и коммуникации, которые обеспечивают нормальную работу установки и взаимосвязь всех технологических звеньев. При необходимости установка может быть дополнена подогревателем молока (на чертеже не показан).
Установка работает следующим обраэом. Первоначально устанавливается требуемый температурный режим в зоне размещения облучателей включением в работу воздухоохладителя 6 или воздухоподогревателя 7 посредством терморегулятора.
Затем подается напряжение питания на лампы и контролируется поток излучения.
После этого, через фильтр 1 молоко направФормула изобретения
УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ МОЛОКА УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ, включающая фильтр, сепаратор, аппарат для облучения молокэ, охладитель 55 и расфэсовочный аппарат, отличающаяся ляется, например на нормализацию, пройдя сепаратор 2, поступает в облучатель 3 и далее в охладйтель 4, Охлажденное молоко расфасовывается в автомате 5.
Обеспечение требуемой температуры воздуха в зоне размещения ламп обосновано тем, что наибольший, например, эритемный поток лампы типа ЛЭ излучают при температуре окружающего воздуха в пределах 15 — 25 С. При температуре 10 С и ниже лампы могут не зажигаться, при повышении до 40 С поток снижается на 30% от номинального. Изменения потока излучения приводит к нарушению технологического режима обработки продукта, что не дает должного эффекта и даже может привести к снижению качества продукта, Применение фильтра 1 обеспечивает очистку продукта от механических примесей, а сепаратор 2 — доведение молока до требуемой жирности и очистку от микроорганизмов. Ультрафиолетовый облучатель 3 предназначен для повышения содержания в молоке витамина Д и частичного обеззараживания. Охладитель 4 обеспечивает быстрое охлаждение молока, следовательно, предотвращает рост микроорганизмов. При использовании установки на фермах для выращивания молодняка охлаждать молоко не обязательно в случае его потребления сразу же после обработки. Расфасовочный автомат 5 обеспечивает доэирование и упаковку продукта. Воздухоохладитель 6 предназначен для охлаждения воздуха в зоне размещения ламп, а воэдухоподогревэтель 7 — для подогрева.
Использование изобретения позволит повысить эффективность витаминообраэования и в других пищевых жидкостях. содержащих провитамины группы Д (жидкие кормовые и пекарские дрожжи и др.), а при использовании бактерицидных ламп типа
ДБ — для интенсификации процесса стерилизации (вода и др.), старения (вино и др.). (56) Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, Q 3, 1973, с. 56 — 58. тем, что, с целью интенсификации проц сса витэминообраэовэния в молоке, онэ снабжена воздухопсдогревателем и воздухоохлэдителем. связанными воздухоаодэми с аппаратом для облучения молока.
65б297
Составитель, Редактор О.Кузнецова Техред М,Моргентал Корректор М.Куль-.
Тираж .Подписное
НПО "Поиск" Роспатента
113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5
Заказ 3347
Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
www.findpatent.ru
Родионова Анастасия Валерьевна
аспирант ФГБОУ ВПО ЧГСХА г. Чебоксары
E-mail:
TECHNOLOGY FOR THE DISINFECTION OF MILK COMPLEX INFLUENCE OF ELECTROMAGNETIC RADIATION OF DIFFERENT WAVELENGTHS
Rodionova Anastasia
Post-graduate Student of the Chuvash State Agricultural Academy, Cheboksary
АННОТАЦИЯ
Представлена технология низкотемпературного обеззараживания молока комплексным воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты, ультразвуковых колебаний и бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей
ABSTRACT
The technology of low-temperature disinfection of milk combined action of the electromagnetic field of ultrahigh frequency ultrasonic vibrations and flow germicidal ultraviolet rays.
Ключевые слова: электромагнитное излучение сверхвысокой частоты; резонаторная камера; кавитация; пьезоэлектрические элементы; бактерицидный поток ультрафиолетовых лучей.
Keywords: electromagnetic radiation of ultra-high-frequency; resonator chamber; cavitation; piezoelectric elements; germicidal UV flux.
Приоритетным направлением государственной программы развития сельского хозяйства на 2013—2020 гг. является молочная отрасль. В рамках данной программы ожидается повышение доли молока высшего и первого сортов к общему объёму перерабатываемой продукции, увеличение объёмов производства молока до 36 млн. тонн. Поэтому исследования по разработке и внедрению техники нового поколения с использованием физических факторов, обеспечивающих снижение энергетических затрат, повышение производства высококачественного и конкурентоспособного продукта, пользующегося потребительским спросом на рынке, является актуальным.
Поэтому целью исследования является — разработка и обоснование конструктивно-технологических параметров и режимов работы установки проточного типа для обеззараживания молока комплексным воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты, ультразвуковых колебаний и бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей, позволяющей улучшить качество обработанного молока при сниженных энергетических затратах.
Главная задача — это получение высококачественного молока с более длительным сроком хранения. Поэтому был проведен анализ существующих установок для низкотемпературной обработки молока воздействием таких электрофизических факторов как, электромагнитное поле сверхвысокой частоты, ультразвуковые колебания и ультрафиолетовое излучение.
Известна установка для высокоинтенсивной кавитационной обработки жидких и жидкодисперсных сред (молока, соков, напитков и т. д.) в тонком слое при помощи многозонного ультразвукового излучателя [1]. В состав установки производительностью 25 л/мин входит электронный генератор с таймером и регулятором выходной мощности (20—100 %), пьезоэлектрическая колебательная система, технологический объем из прозрачного стекла для визуального контроля. Однако степень снижения бактериальной обсемененности не достигает требуемого значения, вследствие не значительного времени экспозиции в акустическом поле.
Известна также сверхвысокочастотная установка для обезвреживания молока, состоящая из двух модулей, каждый из которых содержит два источника СВЧ энергии, с общей резонаторной камерой низкой напряженности в виде параллелепипеда, из двух дополнительных резонаторных камер низкой напряженности, цилиндрической формы с крышкой, (расположенных в каждом модуле) внутри которых находятся соответствующий излучатель и гибкий молокопровод, уложенный в виде спирали [4].
Известно устройство для повышения эффективности микроволновых печей, содержащее камеру нагрева, изготовленную из тонкого листового металла, на верхней стенке которой установлена полосковая антенна, элементами которой являются излучатель. На нижней стенке камеры нагрева установлен источник УЗ-колебаний [2].
Известна установка для комбинированного воздействия бактерицидным потоком ультрафиолетовых лучей и электромагнитным полем сверхвысокой частоты [3], содержащая излучатель энергии в виде волновода круглого сечения с определенным рабочим типом волны и лампы ультрафиолетового излучения.
Однако единственной реально изготовленной бактерицидной установкой для обеззараживания жидкостей с использованием комплексного воздействия физических факторов, ультрафиолетовых лучей и ультразвуковых колебаний является агрегат серии «Лазурь», используемый на предприятиях по производству напитков, мясной и молочной промышленности [5].
Совместное использование разных методов актуально, если один из методов не обладает необходимым свойством и/(ли) их комплексное или комбинированное воздействие позволяет интенсифицировать процесс термообработки молока. Так, например, УФ облучение не обеспечивает последействия. Вклад ультразвука в инактивацию патогенной микрофлоры по сравнению с УФ облучением незначителен, а сам процесс обеззараживания молока достаточно энергоёмок. Механизм влияния ультразвуковой обработки до стадии обработки ультрафиолетовыми лучами заключается в том, что ультразвук разрушает большие взвешенные частицы, и эффективность обеззараживания УФ излучением частиц, которые находились внутри, возрастает. Аналогично воздействие ЭМПСВЧ на обработанное ультразвуком молоко. Скорость торможения развития бактерий вегетативной формы в гомогенизированном ультразвуком молоке увеличивается за счет непосредственного поглощения раздробленной частицей энергии сверхвысоких частот. Дополнительное приращение температуры кавитирующего молока за счет токов поляризации позволяет снизить общее микробное число и достичь эффекта стерилизации. Поэтому изучение теории взаимовлияния ЭМПСВЧ и ультразвуковых колебаний актуально.
С целью снижения энергетических затрат и улучшения качества продукции нами предлагается обеспечить комплексное влияние на молоко электромагнитного поля сверхвысокой частоты и ультразвуковых колебаний и комбинированное воздействие ультразвука и бактерицидного потока УФ лучей.
Установка для обеззараживания молока состоит из цилиндрического экранирующего корпуса 1, герметично закрытого крышкой 2, внутри которого коаксиально установлена резонаторная камера 5, причем внутрь неё направлен магнетрон 3 СВЧ генераторного блока 4, находящегося в верхнем основании цилиндрического корпуса, а нижнее его основание через перфорацию в резонаторной камере сообщается с ёмкостью, на дне которой установлены пьезоэлектрические элементы 6 ультразвукового генератора 7. Патрубки подвода и отвода молока соединены с насосом 8, счетчиком молока 9, системой вентилей 14 трубопроводом, в который вмонтирован участок из увиолевого стекла 10, а параллельно ему установлен УФ облучатель 11. Патрубок подвода представляет собой запредельный волновод.
В установке молоко одновременно подвергается:
нагреву молока в результате диссипации механической энергии потока жидкости в тепловую;
кавитационному нагреву за счет пьезоэлектрических элементов 6 ультразвуковых генераторов 7;
диэлектрическому нагреву в резонаторной камере 5 СВЧ генератора 4;
воздействию бактерицидного потока УФ лучей в тонком слое кварцевой трубы 10.
С помощью трубопровода, насоса 8 и системы вентилей 14 возможно проводить как поточную, так и циклическую обработку жидкости.
Рисунок 1. Пространственное изображение установки для обеззараживания молока: 1 — цилиндрический экранирующий корпус, 2 — крышка, 3 — магнетрон, 4 — СВЧ генератор, 5 — резонаторная камера, 6 — пьезоэлементы, 7 — УЗ генератор, 8 — насос, 9 — счетчик молока, 10 — увиолевое стекло, 11 — УФ облучатель, 12 — рамная конструкция, 13 — стол, 14 — вентили, 15 — патрубок подвода молока
Данная установка предназначена для использования в поточных технологических линиях первичной обработки молока на животноводческих фермах.
Разработан и изготовлен лабораторный образец установки для обеззараживания молока комплексным воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты, ультразвуковых колебаний и бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей производительностью 100...250 кг/ч потребляемой мощностью 2 кВт.
Годовой экономический эффект от применения установки составляет 346 752 рубля при объеме выпускаемой продукции свыше 495 тысяч тонн.
Список литературы:
1.ООО "Центр ультразвуковых технологий" Аппараты ультразвуковые // Каталог продукции. — 2013. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://u-sonic.com/upload/price/catalogproduct. (дата обращения: 03.01.2013).
2.Патент РФ № 2355136, 10.05.2009.
3.Патент РФ № 2173561 от 20.09.2001.
4.Пономарев А.Н. Обоснование параметров и режимов работы системы СВЧ обеззараживания молока на фермах: Автореф. дис. канд. техн. наук. — Чебоксары, 2011. — 18 с.
5.Ульянов А.Н. Основные преимущества установок для обеззараживания воды и стоков ультрафиолетом с применением ультразвука серии «Лазурь-М» // Технический каталог статей. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.rusarticles.com/texnologii-statya (дата обращения: 03.01.2013).
sibac.info
