Устройство и способ для непрерывного охлаждения пищевых продуктов

 

Изобретение касается непрерывного охлаждения пищевых продуктов, нагретых до высокой температуры. Устройство размещено между выдерживающей камерой в установке для тепловой обработки и установкой для дополнительной обработки. Оно содержит две секции непрямого охлаждения. Вторая секция расположена за первой по направлению потока продукта. При осуществлении способа охлаждения нагретый продукт принудительно пропускают через обе секции. Во время первого периода охлаждающую среду пропускают в противотоке с продуктом только через первую секцию. Поэтому охлаждение осуществляется только в первой секции. Во время второго периода охлаждающую среду пропускают также и через вторую секцию. Изобретение позволяет значительно увеличить эксплуатационные периоды при работе устройства без очистки теплообменных поверхностей и сохранении охлаждающей способности. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройству и способу непрерывного охлаждения пищевых продуктов, которые были подвергнуты тепловой обработке путем нагрева до высокой температуры в устройстве для тепловой обработки.

Выполняя тепловую обработку пищевых продуктов при высоких температурах, стремятся добиться определенной комбинации времени и температуры при желательной высокой температуре стерилизации. В этом случае параметры температуры и времени противоречат друг другу в том отношении, что, чем выше температура, тем короче время выдерживания, требуемое для достижения желательного уничтожения микроорганизмов. Обычные соотношения температуры и времени при стерилизации находятся в пределах диапазона 135-150^oC при 10-2 с. Чтобы избежать какого-либо воздействия на различные питательные вещества в продукте, стараются быстро и нагревать, и охлаждать, и при этом стремятся поддерживать как можно более коротким время, в течение которого продукт нагревается до температур свыше 100^oC.

Совсем недавно в различных пищевых продуктах были обнаружены некоторые особенно устойчивые к тепловой обработке споры, что означает, что приходится выполнять тепловую обработку при очень высокой температуре с целью достижения стерильности.

При охлаждении с промежуточным холодоносителем от такой высокой температуры процесс обычно выполняется при сравнительно большом перепаде температур между охлаждающей средой и пищевым продуктом, чтобы обеспечить высокую скорость охлаждения. При таком быстром охлаждении могут возникнуть проблемы, связанные с загрязнением обращенной к продукту стороны используемого охлаждающего средства (теплообменника). Это загрязнение может негативно воздействовать на теплоемкость и тем самым ухудшить охлаждающую способность. Загрязнение также может привести к коротким эксплуатационным периодам, поскольку приходится выполнять очистку теплообменников после всего лишь 10-12 ч работы.

Наиболее близким аналогом к изобретению по технической сущности являются устройство для непрерывного охлаждения пищевых продуктов, подвергнутых тепловой обработке путем нагрева до высокой температуры в установке для тепловой обработки, и способ непрерывного охлаждения пищевых продуктов, подвергнутых обработке путем нагрева до высокой температуры [1].

В соответствии с изобретением предлагается решение этих проблем, которое позволяет значительно увеличить время эксплуатации установки для тепловой обработки до момента, когда ее необходимо будет отключить для очистки охлаждающего устройства.

Устройство в соответствии с изобретением главным образом отличается тем, что оно установлено между выдерживающей камерой в установке для тепловой обработки и установкой для дополнительной обработки и соединено с ними, и тем, что оно содержит по меньшей мере две работающие с промежуточной охлаждающей средой (холодоносителем) секции охлаждения, через которые принудительно пропускается продукт. Во время первого периода процесс охлаждения происходит только в первой секции охлаждения, т.е. охлаждающая среда проходит в противотоке через эту секцию охлаждения, в то время как в течение второго последующего периода приводится в рабочее состояние вторая секция охлаждения, при этом охлаждающая среда проходит также через эту секцию охлаждения в противотоке. Вторая секция охлаждения установлена после первой секции охлаждения, если смотреть в направлении потока продукта. При таком устройстве достигается быстрое увеличение полезной охлаждающей способности (холодопроизводительности) простым образом.

Каждая секция охлаждения может содержать один или несколько трубчатых или пластинчатых теплообменников, соединенных последовательно.

Установка для дополнительной обработки может представлять собой установку, предназначенную для выполнения операции мгновенного испарения, если нагрев продукта до температуры стерилизации выполнялся путем непосредственного нагнетания пара в продукт. Если нагрев осуществляется путем косвенного теплообмена, дополнительная обработка может представлять собой дополнительную операцию охлаждения.

Преимущество конструкции устройства по изобретению заключается в том, что каналы для продукта первой и второй секций охлаждения соединены таким образом, что продукт как в течение первого, так и в течение второго периода проходит через обе секции охлаждения.

Альтернативно, в трубопроводе для продукта может быть выполнено переключение таким образом, что эта вторая секция охлаждения включается в схему сначала во время второго периода. Однако это означает изменение режима потока для продукта, которое мгновенно может привести к падениям (перепадам) давления, нарушающим режим функционирования установки для тепловой обработки.

Устройство по изобретению предпочтительно имеет трубопровод для охлаждающей среды, подсоединенный к стороне выпуска первой секции охлаждения и к средству, предназначенному для постепенного увеличения потока во втором трубопроводе в течение второго периода до тех пор, пока не обеспечено пропускание всего потока охлаждающей среды как через первую, так и через вторую секцию охлаждения.

Устройство по изобретению может содержать регулятор потока (дроссель), установленный в первом трубопроводе, и подпружиненный обратный клапан, установленный во втором трубопроводе между местом его соединения с первым трубопроводом и местом его соединения с первой секцией охлаждения, причем обратный клапан открывается, когда с помощью регулятора потока осуществляется закрытие соединения через первый трубопровод.

В конструкции устройства согласно изобретению управление регулятором потока рациональным образом осуществляется с помощью датчика температуры, который определяет температуру продукта.

Для переключения потока из первого во второй трубопровод альтернативно может использоваться трехпутевой клапан. Этот клапан функционирует как байпасный вентиль и постепенно направляет большую часть потока через второй трубопровод.

В соответствии со способом по изобретению продукт после нагрева до заранее определенной температуры в течение заранее определенного времени принудительно пропускают через по меньшей мере, две секции охлаждения с целью охлаждения его до желательной промежуточной температуры, при этом продукт во время первого периода охлаждается в первой секции охлаждения, а затем при поддерживаемой достигнутой температуре (retained temperature) пропускается через вторую секцию охлаждения, в то время как в течение второго периода продукт охлаждается как в первой, так и во второй секции охлаждения перед его дальнейшей обработкой желательным образом.

В соответствии с изобретением пищевой продукт нагревают до желательной высокой температуры за счет нагнетания пара, вследствие чего продукт, который проходит через секцию охлаждения, состоит из смеси продукта и конденсированного пара.

На чертеже показан вариант выполнения устройства, данный в качестве примера.

На чертеже показана секция 1 охлаждения, содержащая два теплообменника 2, 3, соединенные последовательно, в которых происходит охлаждение. Секция 1 охлаждения трубопроводом 4 для пищевого продукта соединена с выдерживающей камерой (непоказанной) в установке для тепловой обработки. Теплообменники 2 и 3 соединены трубопроводом 5 для продукта. Вторая секция 6 охлаждения содержит два теплообменника 7, 8, соединенные последовательно. Секция 1 охлаждения и секция 6 охлаждения соединены трубопроводом 9 для пищевого продукта. Между теплообменниками 7 и 8 имеется трубопровод 10. Выпускной трубопровод 11 для продукта отходит от теплообменника 8. Охлаждающая среда подается в устройство по трубопроводу 12 от непоказанного источника охлаждения. В трубопроводе 12 имеется регулятор 13 потока, с помощью которого можно регулировать поток, проходящий через трубопровод. Трубопровод 12 ведет к теплообменнику 3. Между теплообменниками 2 и 3 имеется трубопровод 14 для охлаждающей среды, а трубопровод 15, расположенный на входе в теплообменник 2, отводит охлаждающую среду от устройства. Байпасный трубопровод 16 с дополнительным регулятором 17 потока соединяет трубопровод 12 и трубопровод 15. Между трубопроводом 12 и выходом из теплообменника 8 имеется трубопровод 18. Трубопровод 19 для охлаждающей среды соединяет теплообменники 7 и 8. На входе в теплообменник 7 имеется трубопровод 20 для охлаждающей среды и подпружиненный обратный клапан 21. Датчик 22 температуры расположен у выходного канала для продукта, который выходит из секции 6 охлаждения.

Переключение между двумя траекториями потока охлаждающей среды может альтернативно выполняться с помощью трехпутевого клапана, установленного на трубопроводе 12 и соединенного с трубопроводом 18.

Пищевой продукт, который прошел высокотемпературную тепловую обработку в непоказанной обрабатывающей установке, подается в устройство по изобретению при 140-150^oC. Продукт "встречается" с охлаждающей средой, имеющей температуру на входе около 75^oC и поступающей в противотоке, причем эта среда подается в секцию 1 охлаждения по трубопроводу 12. Когда устройство запускается в работу (вводится в эксплуатацию) и все поверхности теплообменников чистые, часть потока охлаждающей среды может направляться через регулятор 17 потока и байпасный трубопровод 16. Регулирование охлаждения в секции охлаждения осуществляется с помощью датчика 22 температуры, расположенного на выходе из секции 6 охлаждения. Продукт охлаждается до 100 - 120^oC. Когда охлаждающая способность теплообменников 2 и 3 снижается т.е. когда температура продукта повышается, приводится в действие регулятор 17 потока таким образом, что все большая и большая часть потока охлаждающей среды принудительно подается в теплообменник 3 по трубопроводу 12. Во время этой фазы охлаждения регулятор 13 потока полностью открыт. Происходит заполнение охлаждающей средой трубопроводов 18 и 19 и пространств для охлаждающей среды в теплообменниках 7 и 8. Однако на этой траектории поток охлаждающей среды отсутствует, поскольку обратный клапан 21 закрыт. Продукт, который вышел из секции 1 охлаждения, проходит через секцию 6 охлаждения, но дополнительно не охлаждается, поскольку температура охлаждающей среды, находящейся в застойном состоянии, быстро достигает температуры продукта.

Когда вся охлаждающая среда проходит через секцию 1 охлаждения и регулятор 17 потока закрывается, но температура продукта, которую определяет датчик 22 температуры, начинает повышаться, начинает работать секция 6 охлаждения. С помощью регулятора 13 потока принудительно уменьшают поток, проходящий через трубопровод 12, и давление в трубопроводе 20 возрастает таким образом, что обратный клапан 21 открывается. Все большая и большая часть охлаждающей среды принудительно поступает в секцию 6 охлаждения и затем направляется дальше в секцию 1 охлаждения. В конце обеспечивают направление всего потока охлаждающей среды по этой траектории. Когда больше нет возможности удерживать температуру продукта на выходе из теплообменника на уровне желательной температуры (определяемой датчиком 22 температуры), процесс должен быть остановлен для очистки установки.

Устройство, которое работает вышеописанным образом, чрезвычайно пригодно для обеспечения плавного охлаждения пищевого продукта. Поскольку продукт как в течение первого периода (когда работает только секция 1 охлаждения), так и в течение второго периода (когда работают обе секции 1 и 6 охлаждения) перемещается по одной и той же траектории потока, отсутствуют какие-либо перепады давления или внезапные колебания температуры, которые могли бы повлиять на обработку как до охлаждения, так и после него.

Если продукт подвергается тепловой обработке путем нагнетания пара непосредственно в продукт, так что продукт, который подлежит охлаждению, состоит из смеси продукта и конденсированного пара, то, как показала практика, охлаждение в описанном выше устройстве выполняется особенно хорошо.

Формула изобретения

1. Устройство для непрерывного охлаждения пищевых продуктов, подвергнутых тепловой обработке, путем нагрева до высокой температуры в установке для тепловой обработки, отличающееся тем, что устройство подсоединено между выдерживающей камерой в установке для тепловой обработки и установкой для дальнейшей обработки и содержит по меньшей мере две секции (1,6) непрямого охлаждения, через которые принудительно пропускается продукт, причем во время первого периода процесса охлаждения работает только первая секция (1) охлаждения, то есть охлаждающая среда проходит в противотоке только через эту секцию охлаждения, в то время как в течение второго последующего периода включается в работу и вторая (6) секция охлаждения, расположенная за первой секцией охлаждения, если смотреть в направлении потока продукта, за счет того, что охлаждающую среду подают также и через эту вторую секцию охлаждения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй каналы секции охлаждения соединены таким образом, что продукт как по время первого периода, так и во время второго периода проходит через обе секции охлаждения.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что первый трубопровод (12) для охлаждающей среды подсоединен к выпускной стороне первой секции (1) охлаждения, второй трубопровод (18) для охлаждающей среды соединен с первым трубопроводом (12) и выпускной стороной второй секции (6) охлаждения и со средством для постепенного увеличения потока во втором трубопроводе во время второго периода до тех пор, пока весь поток охлаждающей среды не будет проходить как через первую, так и через вторую секцию охлаждения.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что имеет клапанный регулятор потока (13), установленный в первом трубопроводе, и подпружиненный обратный клапан (21), установленный во втором трубопроводе между местом его соединения с первым трубопроводом и соединительным каналом для охлаждающей среды между первой и второй секциями охлаждения.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что управление клапаном регулятора (13) потока осуществляется с помощью датчика (22) температуры.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что трехходовой клапан действует как байпасный вентиль, направляющий и затем делящий поток между первым и вторым трубопроводами.

7. Способ непрерывного охлаждения пищевых продуктов, подвергнутых обработке путем нагрева до высокой температуры, отличающийся тем, что продукт после нагрева до заранее определенной температуры в течение предварительно заданного времени принудительно пропускают через по меньшей мере две секции охлаждения (1,6) с целью его охлаждения до желательной промежуточной температуры, при этом продукт во время первого периода охлаждается в первой секции (1) охлаждения, а затем при сохранении достигнутой температуры пропускается через вторую секцию (6) охлаждения, в то время как в течение второго периода продукт охлаждают как в первой (1), так и во второй (2) секции охлаждения перед его дальнейшей обработкой желательным образом.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что охлаждаемый пищевой продукт был нагрет до желательной высокой температуры путем нагнетания пара, вследствие чего продукт, который пропускают через секции охлаждения, состоит из смеси продукта и конденсированного пара.

РИСУНКИ

Рисунок 1