Способ пастеризации или стерилизации жидких или пастообразных сред

 

Использование, стерилизация или пастеризация жидких или пастообразных сред в пищевой, микробиологической, медицинской и химикофотографической промышленности. Сущность изобретения: способ пастеризации или стерилизации жидких или пастообразных сред включает обработку среды в зазоре между ротором и статором стерилизатора-гомогенизатора. Обработку ведут при значениях градиентов скоростей от 5,2 · 10⁵ до 6,8 · 10⁶ м/с · м. 7 табл., 1 ил.

Изобретение относится к способам пастеризации или стерилизации жидких или пастообразных сред и может быть использовано в пищевой, микробиологической, фармацевтической, медицинской, химико-фотографической промышленности.

Известны способы пастеризации молока и жидких молочных продуктов в потоке, заключающиеся в нагревании их при повышенных температурах (75-90^оС) с использованием пастеризаторов, в основном, пластичного типа [1] или способы, предусматривающие нагрев молока путем непосредственного его контакта с теплоносителем [2] Известные способы пастеризации молока обеспечивают уничтожение патогенной микрофлоры, снижение общей бактериальной обсемененности, получение продукта, безопасного для потребителя в санитарно-гигиеническом отношении [3] Однако указанные выше способы пастеризации не обеспечивают сохранность молока при умеренных температурах (15-16^о) более 36 часов [4] из-за его скисания под воздействием молочно-кислых бактерий.

Наиболее близким к предлагаемому является способ пастеризации жидких сред путем обработки среды в зазоре между ротором и статором стерилизатора-гомогенизатора [5] прототип.

Согласно указанному способу жидкая среда (например, жидкий молочный продукт) подается в стерилизатор-гомогенизатор при температуре 70^оС, обрабатывается в течение 0,5 с и выходит стерилизованной из аппарата с температурой 150^оС. При этом размер частиц (дисперсная фаза) продукта составляет 10-40 мкм.

Недостатком указанного способа является низкая эффективность процессов пастеризации и стерилизации, а также большие размеры частиц дисперсной фазы стерилизованных продуктов, что является неудовлетворительным при изготовлении некоторых видов молочной продукции (например, при восстановлении сухого молока, изготовлении молочных смесей).

Целью изобретения является повышение эффективности пастеризации и стерилизации и уменьшение размеров частиц дисперсной фазы.

Это достигается тем, что в способе пастеризации или стерилизации жидких или пастообразных сред путем обработки среды в зазоре между статором и вращающимся ротором стерилизатора-гомогенизатора, обработку ведут при значениях градиентов скоростей от 5,2˙10⁶ до 6,8˙10⁶ м/с˙м.

На чертеже изображен элемент зазора между статором и ротором, где 1 ротор, 2 статор, б зазор между ротором и статором, ω- угловая скорость вращения ротора, при этом Р-Wp-0 эпюра скоростей движения жидкости в зазоре между ротором и статором.

Градиент скоростей (Δ W) определяется по расчетной формуле ΔW где W_p линейная скорость вращения ротора; W_c=0 скорость вращения статора (неподвижен); δ величина зазора между ротором и статором.

При подстановке в приведенную выше расчетную формулу величины скорости вращения ротора, величины зазора и диаметра, указанных в прототипе [5] для способа прототипа получены значения градиента скорости равные от 0,2˙10⁵ до 0,5˙10⁵ м/c ˙м ΔW₁= 0,20923 0,2 ·10⁵ где W_c=0 ΔW₂= 52338,9 0,5 ·10⁵
где W_c=0
Осуществление предложенного способа с предлагаемыми величинами градиента скорости от 5,2˙10⁵ до 6,8˙10⁶ м/с˙м позволяет значительно повысить эффективность пастеризации и стерилизации обрабатываемых сред. Так, молоко, обработанное предложенным способом, хранится при комнатной температуре в негерметичной емкости до 9 сут без признаков скисания. По прототипу в тех же условиях молоко хранится не более 1,5 сут. Кроме того, значительно повышается дисперсность молочного жира, при этом достигается средний диаметр капель жира до 0,25 мкм в зависимости от времени нахождения обрабатываемой среды в диспергаторе. В сравнимых условиях по способу прототипу [5] достигается средний размер частиц от 2 до 2,5 мкм.

Процесс пастеризации или стерилизации жидких или пастообразных сред в зазоре между ротором и статором при значениях градиентов скоростей от 5,2˙10⁵ до 6,8˙10⁶ м/с ˙м осуществляется в стерилизаторе-гомогенизаторе, который содержит корпус, выполненный в виде улитки с входным, расположенным по оси, патрубком, и выходным, расположенным тангенциально, патрубком. В корпусе на валу установлен ротор, выполненный в виде диска, на торцах которого размещены коаксиальные цилиндры с прорезями. Ротор с двух сторон охватывает статор, установленный с возможностью совершать крутильные колебания. На торцах статора, обращенных к ротору, установлены коаксиальные цилиндры с проточными каналами.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемая жидкая среда через входной патрубок поступает в корпус. Вращающийся вместе с валом ротор прокачивает жидкую среду через ступени ротор-статор. Протекая в каналах ротора и статора, в зазорах между ротором и статором жидкая среда нагревается, подвергаясь пастеризации, стерилизации и, одновременно, диспергированию и гомогенизации.

П р и м е р 1. Пастеризация и стерилизация молока.

Процесс пастеризации и стерилизации молока может осуществляться на молочных заводах, на заготовительных пунктах молока, животноводческих фермах.

1. Пастеризация молока.

В емкость из нержавеющей стали объемом 100 л, снабженную входным и выходным патрубками, загружали 60 л цельного молока с температурой 14^оС. Стерилизатор-гомогенизатор, имеющий также входной и выходной патрубки, соединяли с емкостью с помощью трубопроводов. Молоко за счет насосного эффекта поступало из емкости в стерилизатор-гомогенизатор и после обработки вновь возвращалось в емкость. Обработка молока в стерилизато- ре-гомогенизаторе осуществлялась при скорости вращения ротора от 6 до 7 тыс.оборотов в 1 мин, при этом в зазоре между ротором и статором обработка велась при значениях градиентов скоростей от 5,2˙10⁵ до 6,8˙10⁶ м/с ˙м. Через 5 мин обработки температура молока в емкости достигла 80^оС (пастеризация).

Исследование стойкости пастеризованного молока при хранении, оцениваемое по изменению титруемой кислотности в градусах Тернера (^оТ), проводили по ГОСТ 3624-67 (см.табл.1); определение завершения пастеризации (по отсутствию реакции на фермент фосфатазу) ГОСТ 3623-73; определение пищевой и биологической ценности молока по ГОСТ 13277-79, ГОСТ 7047-55; микробиологический контроль пастеризованного и стерилизованного молока (по общему микробному числу и содержанию бактерий группы кишечной палочки, по наличию синегнойной палочки) по ГОСТ 9225-84; содержание токсичных элементов определялось в соответствии с ГОСТ 26927-86, 26930-86, 26934-86, 23327-78 (см. табл.2), средний диаметр частиц дисперсной фазы (d) молочного жира определялся электронномикроскопическим методом по методике авт. свид. СССР N 1405540, 1986 (см. табл.1).

Для сравнения ниже приведены нормы ГОСТ 13277-79 на пастеризованное молоко: Массовая дола жира, 1,5-6,0 Плотность, г/см³ 1,027 Массовая доля белка, 1,8-2,8 Реакция на фос- фатазу (Эффектив- ность пастеризации) Отрицатель-
ная Кислотность, ^оТ Не более 21.

Норма токсичных элементов в пастеризованном молоке (по МБТ), ГОСТ 13277-79. Массовая доля мг/кг: Cвинец, не более 0,1 Кадмий, не более 0,03 Мышьяк, не более 0,05 Ртуть, не более 0,005 Медь, не более 1,0 Цинк, не более 5,0
Биологическая ценность молока определялась по содержанию витамина С, каротиноидов, витамина Е. Результаты представлены в табл.3.

Микробиологические показатели молока, пастеризованного по предлагаемому способу, оценивались по нарастанию общего микробного числа (ОМЧ) в 1 г продукта и содержанию бактерий группы кишечной палочки (БГКП). Результаты приведены в табл.4.

Для сравнения в табл.5 приведены микробиологические показатели пастеризованного молока массового потребления и пастеризованной смеси для детского питания, причем стерилизация указанных продуктов осуществляется при 140-160^оС.

Обнаруженная в исходном молоке синегнойная палочка не высеивалась после обработки молока при всех температурных режимах, начиная с 40^оС.

2. Стерилизация молока.

По описанной выше технологии 60,0 л молока, имеющего температуру 13^оС, стерилизовали в соответствии с предложенным способом в стерилизато- ре-гомогенизаторе в течение 3 мин при температуре от 85 до 95^оС, отбирая пробы через 5^оС.

Эффективность стерилизации оценивали по микробиологическим показателям, а именно, по нарастанию общего микробного числа (ОМЧ) в 1 г продукта и содержанию бактерий группы кишечной палочки (БГКП) в молоке в процессе хранения. Результаты представлены в табл.6.

Для сравнения в табл.7 приведены микробиологические показатели стерилизованного молока массового потребления и стерилизованной детской смеси "Малютка".

Стерилизованное по предлагаемому способу молоко хранится в негерметичной таре при 15^оС, время хранения, оцениваемое по изменению показателей титруемой кислотности (^оТ), равнялось 9 сут. Показатели пищевой и биологической ценности стерилизованного молока, содержание токсичных элементов находились на уровне аналогичных показателей пастеризованного по заявленному способу молока и соответствовали нормам ГОСТ. Средний диаметр капель молочного жира равнялся 0,52 мкм.

Из приведенных выше примеров следует, что предложенный способ позволяет повысить эффективность пастеризации и стерилизации молока (т.к. эффект достигается при более низких температурах) и уменьшить средний диаметр капель молочного жира, следствием чего является отсутствие свободного деэмульгированного жира в молоке при хранении, что повышает пищевую ценность молока и улучшает его качество.

П р и м е р 2. Восстановление сухого молока.

В емкость из нержавеющей стали, объемом 100 л загружали 70,0 л воды с температурой 45^оС и 10,5 кг сухого цельного молока 25%-ной жирности. В соответствии с технологией примера 1 смесь обрабатывали в стерилизаторе-гомогенизаторе в течение 3 мин, при этом наблюдалось полное растворение сухого молока. Полученный продукт соответствовал нормам ГОСТ на восстановленное молоко с жирностью 3,2% Средний диаметр капель молочного жира равнялся 0,5 мкм.

П р и м е р 3. Получение пастообразных продуктов (сред).

По технологии примера 2 в стерилизаторе-гомогенизаторе подвергают обработке смесь, состоящую из 40 л воды и 30 кг сухого молока 25%-ной жирности. После обработки в течение 3 мин получают однородную пастообразную молочную массу с вязкостью 160 сантипуаз с содержанием жира 9,35% со средним диаметром капель жира 0,25 мкм. Полученный продукт может быть использован в технологии производства молока и молочных смесей.

П р и м е р 4. Получение дисперсий цветообразующих компонент в химико-фотографической промышленности, например, для цветной обращаемой фотопленки ЦО-100-М (ТУ 6-44-959. П-89)
В аппарат из нержавеющей стали емкостью 100 л, снабженный рубашкой для охлаждения, донным клапаном и выносным стерилизатором-гомогенизатором загружают 36,55 л воды, 1,2 л смачивателя додецилбензолсульфоната натрия (СВ-81), 0,175 кг аэросила марки А-300. При перемешивании смеси с помощью стерилизатора-гомогенизатора (по примеру 1) при температуре 60^оС в аппарат подают раствор, например: 3,9 кг пурпурной цветообразующей компоненты М-651-1-(2', 4', 6'-трихлорфенил-3-2^II-хлор-5- октадецинилсукциноиламинфениламино пиразолона-5 в смеси растворителей, состоящей из 4,05 кг трибутилфосфата, 2,7 кг дибутилфталата, 1,35 кг трифенилфосфата и 0,24 кг сополимера, общей формулы
-CH₂--CH₂- где Х и Y массовые числа; Х=6,6-6,9, Y 0,4-0,6 с удельной вязкостью 0,5%-ного раствора в ацетоне 0,16-0,40.

Смесь обрабатывают в течение 7 мин в стерилизаторе гомогенизаторе при скорости вращения ротора 7 тыс. оборотов в 1 мин при значениях градиента скорости между ротором и статором 6,8˙10⁶ м/с˙ м при температуре 75-78^оС. Получают эмульсию (дисперсию) пурпурной цветообразующей компоненты М-651 с содержанием основного вещества 7,8% со средним диаметром частиц 0,1 мкм.

По аналогичной технологии получают дисперсии голубых и желтых цветообразующих компонент, смесей голубых или пурпурных цветообразующих компонент со средним диаметром частиц 0,1-0,12 мкм, которые используют в производстве цветных обращаемых, телевизионных, негативных, позитивных фотопленок, цветных фотобумаг.

Полученные по предлагаемому способу дисперсии хранятся в течение года без признаков загнивания и расслоения, что характеризует чрезвычайно высокую эффективность стерилизации дисперсии.

Для сравнения, дисперсии аналогичного состава, полученные с использованием в качестве диспергирующего устройства гомогенизаторов высокого давления, имеют срок хранения не более 5 сут и средний диаметр частиц более 0,5 мкм.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что предложенный способ позволяет значительно повысить эффективность пастеризации и стерилизации жидких и пастообразных сред, значительно уменьшить средний диаметр капель дисперсной фазы эмульсионных систем.

Формула изобретения

СПОСОБ ПАСТЕРИЗАЦИИ ИЛИ СТЕРИЛИЗАЦИИ ЖИДКИХ ИЛИ ПАСТООБРАЗНЫХ СРЕД путем обработки среды в зазоре между ротором и статором стерилизатора-гомогенизатора, отличающийся тем, что обработку ведут при значениях градиентов скоростей от 5,2 · 10⁵ до 6,8 · 10⁶ м/с · м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5