Стерилизация молока ультрафиолетом: Как работает световой стерилизатор молока?

Содержание

Как работает световой стерилизатор молока?

Молоко – замечательный продукт, являющийся одним из основных продуктов питания, может таить в себе опасность. Молочко само по себе является благоприятной средой для бактерий и микробов, а если оно было получено от больного животного, то может стать причиной многих опасных заболеваний: туберкулеза, бруцеллеза, стафилококковой и стрептококковой инфекций и др. Прежде чем попасть на стол в виде различных молочных продуктов, оно должно пройти специальную обработку – стерилизацию. Провести процедуру можно специальным инструментом – световым стерилизатором для молока (ССМ).

Содержание

  • 1 Типы стерилизации молока
  • 2 Принцип действия ССМ
  • 3 Как применять
  • 4 Способ стерилизации молока в домашних условиях
  • 5 Заключение

Типы стерилизации молока

Существующие технологии обеззараживания молока, которые используются в наши дни на предприятиях молочной промышленности и в домашних условиях, основаны на термической обработке:

  1. Пастеризация выполняется в течение 30 минут при температуре 65°С. Срок хранения такого продукта – 2 недели.
  2. Процесс стерилизации длится в течение 30 минут при температуре 130-150°С. В таких условиях погибают все микроорганизмы, включая и молочнокислые. Срок хранения продукции, прошедшей такую обработку,длится до 1 года.
  3. При ультрапастеризации молоко подвергается очень кратковременному воздействию, буквально, в течение 4-х секунд. Но температура достигает здесь 135°С. Затем продукт постепенно охлаждается до низких температур, примерно до 4-5°С. Такое молочко сохраняет максимум полезных свойств, и срок его хранения достигает 2-х месяцев.

Световой стерилизатор выполняет обеззараживание без применения высоких температур, а с помощью ультрафиолетового излучения, губительного для болезнетворных бактерий и микроорганизмов.

Принцип действия ССМ

Основой ССМ является газоразрядная лампа, вырабатывающая мощный поток ультрафиолетового излучения. Устройства на основе УФ лучей уже давно применяются с целью обеззараживания помещений, водоемов, отдельных предметов. Ученые обнаружили, что ультрафиолет с длиной волны порядка 254 нм, разрушающе действует на ДНК микроорганизмов, лишая их способности воспроизводства.

Как применять

Световой стерилизатор предназначен для обработки молока в промышленных условиях и необходим в каждом животноводческом хозяйстве. Что нужно знать о нем для успешного применения?

  1. ССМ работает от электросети напряжением в 220 В.
  2. Устройство готово к работе через 4 минуты после подключения к сети. Есть способ проверки готовности к работе. Если красный предмет, поднесенный к нему на расстояние одного метра, становится коричневым, то значит прибором можно начинать пользоваться.
  3. Аппарат размещают в емкости с молоком на расстоянии 50 см от поверхности.
  4. Процесс стерилизации должен проходить при непрерывном перемешивании молока. УФ излучение не может проникнуть в глубокие слои молока из-за его непрозрачности.
  5. Через каждые 10 минут воздействия снимаются пробы на наличие патогенной микрофлоры.
  6. Процесс считается завершенным, когда пробы будут отрицательными.

Способ стерилизации молока в домашних условиях

В домашних условиях мы чаще всего пользуемся привычным и доступным способом стерилизации – кипячением. Безусловно, этот способ не сохраняет всех полезных свойств молока.

Современные устройства, изобретенные в помощь мамам, позволяют выполнять более щадящую для молока стерилизацию. Например, стерилизатор, работающий на основе горячего пара. Причем, его можно использовать и в качестве стерилизатора для молокоотсоса, бутылочек и мелких игрушек для грудничков.

Заключение

Молоко, подвергшееся тепловой обработке, безусловно, уступает по полезным свойствам  продукту, обработанному холодным способом. Световой стерилизатор по причине своей высокой стоимости применяется чаще всего только в промышленных условиях, однако им можно пользоваться и дома.

Способ обработки молока ультрафиолетовым излучением

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.

Комиссия EFSA заявляет, что молоко, обработанное ультрафиолетом, безопасно

В 2012 году компания Dairy Crest подала заявку на выпуск на рынок пастеризованного молока, обработанного ультрафиолетовым излучением, в качестве нового продукта питания. Эта УФ-обработка пастеризованного молока предназначена для увеличения срока его хранения с нынешних 12 дней до 21 дня и для увеличения концентрации витамина D3.

Для УФ-обработки предлагаются следующие виды молока: пастеризованное цельное молоко, пастеризованное полуобезжиренное молоко и пастеризованное обезжиренное молоко.

Представитель Dairy Crest сообщил DairyReporter,  «Dairy Crest рада, что EFSA одобрило обработку молока ультрафиолетом как безопасную для потребителей и присвоило ему статус нового продукта питания. Сейчас мы пересматриваем наши возможности в качестве держателя лицензии в будущем».

Государства-члены выражают обеспокоенность

В 2013 году соответствующие органы Ирландии направили в Комиссию свой первоначальный оценочный отчет, в котором был сделан вывод о том, что пастеризованное молоко, обработанное УФ-светом, соответствует критериям принятия в качестве нового продукта питания. После этого Комиссия направила первоначальный отчет об оценке другим государствам-членам, при этом несколько представили комментарии или выдвинули возражения.

Опасения включали запросы данных о концентрации и образовании витамина D3, возможном окислении липидов и белков, реакции витаминов A, B2, C и E на ультрафиолетовое излучение, потенциальных изменениях аллергенного статуса молока и истории использования процесса.

Исследование показало, что не было существенных различий в содержании питательных веществ в молоке, обработанном УФ-излучением, по сравнению с контрольным молоком. Приведенные цифры показали, что повышенные концентрации витамина D3 оставались стабильными в течение 28-дневного исследования срока годности.

Исследованный витамин D3

Обработанное УФ-излучением молоко содержало значительное количество витамина D3, тогда как его содержание в контрольном молоке было ниже предела обнаружения. Помимо витамина D3, не было никаких существенных различий в содержании питательных веществ в молоке, обработанном УФ, по сравнению с контрольным молоком.

Что касается содержания витамина D3, комиссия рассмотрела вопрос о том, будет ли повышенный уровень D3 вредным, и пришла к выводу, что даже если консервативно предположить, что все потребляемое коровье молоко обработано УФ-излучением и содержит максимальные предлагаемые концентрации витамина D3, а также прием Принимая во внимание потребление витамина D с пищей, маловероятно, что допустимые верхние уровни потребления, установленные EFSA для детей в возрасте от 1 до 10 лет, подростков и взрослых, будут превышены.

Группа экспертов отметила, что образование продуктов окисления липидов после УФ-обработки молока не представляет опасности, равно как и образование продуктов окисления белков.

Данные, полученные при анализе различных партий молока, показали, что УФ-обработка не влияла на содержание макронутриентов (например, жира и белка) и микронутриентов.

Опасения по поводу дальнейшей обработки

Государства-члены задали вопрос о возможности дальнейшей переработки молока, обработанного УФ-излучением, в другие продукты (такие как масло, сыр, йогурт и т. д.), что может повлиять на общее потребление витамина D3, а также для решения проблемы возможного комбинированного потребления молока, обработанного УФ-излучением, с добавками витамина D или с другими продуктами, обогащенными витамином D, уже представленными на рынке. Заявитель подтвердил, что заявка предназначена для использования УФ-обработки только коровьего молока (цельного, полуобезжиренного, обезжиренного).

УФ-обработка с целью уменьшения количества микроорганизмов, как сообщается, снижает содержание витаминов в пищевых продуктах, таких как молоко или соки. Для молока, подвергнутого указанной УФ-обработке, сравнение состава питательных веществ, включая рибофлавин и витамин B12, не показало соответствующего снижения.

В заявлении NDA делается следующий вывод:  «Учитывая отсутствие существенных изменений в составе питательных веществ в молоке после предлагаемой УФ-обработки, Комиссия считает указанные параметры приемлемыми. Группа приходит к выводу, что предоставленные данные о производственном процессе достаточны и не вызывают опасений по поводу безопасности».

Самая экологичная пастеризация ультрафиолетовым светом приходит в молочную промышленность США Переработчики молочных продуктов скоро смогут пастеризовать молоко и другие непрозрачные жидкости с помощью запатентованной технологии ультрафиолетового (УФ) излучения, которая использует на 90% меньше энергии и более чем на 60% меньше воды, чем традиционные процессы пастеризации с нагреванием/охлаждением. Представленное сегодня на рынке США компанией Lyras, Inc., безопасное и экологичное решение для холодной пастеризации инактивирует бактерии без нагревания жидкости, сохраняя ее естественный вкус и продлевая срок годности при одновременном снижении содержания углекислого газа (CO

2 ) выбросы, потребность в воде и дорогостоящих моющих средствах и оборудовании.

Благодаря технологии Lyras переработчики молочной продукции быстро снижают эксплуатационные расходы, повышают качество продукции, увеличивают время безотказной работы и более строго соблюдают экологические инициативы.

«Наши заявления могут показаться грандиозными, но наши исследования показывают, что если мировая молочная промышленность перейдет на наш запатентованный процесс пастеризации ультрафиолетовым светом, мы сможем — каждый год — экономить не менее 40 миллионов баррелей сырой нефти и достаточное количество питьевой воды для удовлетворения потребностей из 45 миллионов человек», — сказал Расмус Мортенсен, генеральный директор и основатель Lyras. «Это не включает все трубы, резервуары и очистители, которые больше не понадобятся. Если вы добавите использование этой технологии к сокам, вину, пиву и другим жидкостям, появится потенциал для еще большей экономии окружающей среды».

Ультрафиолетовый свет «так же эффективен, как тепло», исследования показывают

Традиционные процессы пастеризации на большей части территории США и других стран нагревают молоко до 162 градусов по Фаренгейту в течение не менее 15 секунд или до 150 градусов по Фаренгейту в течение 30 минут, после чего оно быстро охлаждается. Оба температурных сдвига требуют значительных энергетических и водных ресурсов. Чтобы устранить отходы и ускорить общий процесс пастеризации без снижения качества, Lyras обратилась к ультрафиолетовому излучению, надежному и стабильному методу, который уже более 100 лет используется для уничтожения бактерий, спор, вирусов и других микроорганизмов в питьевой воде. Однако до недавнего времени ультрафиолетовый свет не мог обрабатывать менее прозрачные жидкости, такие как молоко, до удовлетворительного уровня.

Татьяна Кучма, доктор философии, научный сотрудник Министерства сельского хозяйства и продовольствия Канады, почти 20 лет изучала УФ-свет для жидкостей и напитков с низкой УФ-прозрачностью (УФТ) и работала с производителями, стремясь разработать нетермические методы обработки как жидких, так и твердых веществ. продукты питания. «Мы давно знаем, что УФ-свет может дезинфицировать воду, но, как мы учимся, при использовании правильных методов УФ-свет также способен сохранять и повышать безопасность других менее прозрачных жидкостей, таких как молоко и соки. УФ-излучение так же эффективно, как и тепло, против пищевых патогенов и организмов, вызывающих порчу, но требует меньше энергии и воды, не влияет на вкус и аромат и фактически продлевает срок годности жидкостей».

Lyras посвятила последние шесть лет расширению возможностей ультрафиолетового излучения с помощью запатентованного светофильтра. Этот фильтр пропускает только те длины волн УФ-излучения, которые необходимы для удаления микроорганизмов из молока без его нагревания или охлаждения, а также для инактивации даже самых стойких к термостойкости бактерий и спор без ущерба для качества продукта.

«Наша цель — реально изменить мировую молочную промышленность, обеспечив значительную экономию CO 2 », — сказал Мортенсен, который получил ряд наград для Lyras, таких как «Предприниматель года в области климата 2020» и региональный предприниматель EY. года: «Мы поймем, что добились успеха, когда увидим, что наши клиенты значительно сократили потребление энергии, воды и химикатов благодаря нашей безопасной и энергосберегающей технологии.