Способ пастеризации и гомогенизации жидких пищевых продуктов и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к тепловой обработке жидких пищевых продуктов. Подачу пара в устройство осуществляют одновременно в два независимых друг от друга канала, размещенных один в другом. Причем наружный канал выполняют в виде эжектирующего продукт внутрь канала сопла, обеспечивают перемешивание и первоначальный прогрев продукта паром. Внутренним каналом исходный пар подают в первоначально прогретый продукт на выходе из сопла и обеспечивают пастеризацию продукта. При этом продукт подвергают воздействию акустических волн, чем создают гомогенный продукт. Изобретение повышает эффективность, снижает энергозатраты и расширяет арсенал технических средств этого назначения. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к пищевой и химико-фармацевтической промышленности, может быть использовано, в частности, для моментальной пастеризации и гомогенизации молока и напитков из него, пива, соков и их смесей и прочее.

Известны способы моментальной пастеризации и гомогенизации жидких пищевых продуктов. Способ [1] заключается в том, что воздействие тепловыделяющего струйного аппарата на жидкий продукт включает подачу в последовательно расположенные сопла пара с образованием последним, за первым соплом, посредством эжекции с жидким продуктом двухфазного потока, в котором создают скачок давления, поднимающий в продукте температуру. Посредством повторного разгона продукта в последующем сопле, до вскипания одной из фаз, за счет образования парогазовых пузырьков, продукт догревается. При этом скорости течения продукта по последовательно расположенным соплам должны быть такими, что число MAXa за одним соплом больше 1, за другим равно 1.

Недостатком этого способа является то, что он требует значительных исходных энергозатрат по напору пара перед подачей его в первое сопло.

Известен способ моментальной пастеризации и гомогенизации жидких пищевых продуктов [2] - прототип, включающий пастеризацию продукта путем инжекционного смешения его с греющим паром, последующего разделения продукта на паровую и жидкую фазу в сопле струйного аппарата и гомогенизацию жидкой фазы путем восстановления статического давления (скачка уплотнения) в ней при движении в диффузоре струйного охладителя. Инжектор содержит корпус, в котором размещено сопло и боковой патрубок для подачи пара.

Недостатком способа является то, что он также требует больших энергозатрат. Так пастеризация продукта (молока) при смешивании его с паром происходит при температуре 95^oC. Для этого используется газоструйный эжектор с температурой пара 145^oC. Это не только повышает энергозатраты способа, но и усложняет конструкцию устройства.

Гомогенизация продукта происходит после разделения его на жидкую и паровую фракцию. При этом в жидкой фракции (молоке) должен состояться скачок уплотнения, возникающий при торможении потока в диффузоре. Как сказано в описании к изобретению, скачок уплотнения реализуется "из-за неполного разделения двухфазного потока с пузырьковой структурой". Таким образом, потребителю будет подано молоко с пониженной плотностью, то есть разбавленное водой. Это делает способ не только энергозатратным, но и малоэффективным.

Существенными признаками этого способа являются: 1. Моментальный пароконтактный способ пастеризации при температуре продукта 95^oC.

2. Одновременно способ реализует и гомогенизацию продукта.

3. Гомогенизация продукта осуществляется после отделения его от паровой фазы и путем восстановления статического давления при движении в диффузоре струйного аппарата в скачке уплотнения, реализующимся из-за неполного разделения фаз при сепарации при попадании в диффузор двухфазного потока с пузырьковой структурой.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа пастеризации и гомогенизации жидких пищевых продуктов путем снижения энергозатрат. Моментальная низкотемпературная пастеризация происходит при температуре 50^oC одновременно с гомогенизацией продукта без разделения фаз.

Указанный технический результат достигается тем, что подачу пара в эжектор осуществляют одновременно по двум независимым друг от друга каналами, размещенным один в другом, причем наружный канал выполняют в виде эжектирующего продукт внутрь канала сопла, где обеспечивают первоначальный прогрев продукта паром, а внутренним каналом исходный пар подают в продукт на выходе из сопла, чем осуществляют догрев продукта, при этом одновременно с тепловой обработкой продукт подвергают воздействию вибрационных и импульсных акустических волн и обеспечивают пастеризацию и гомогенизацию продукта.

Отличительными признаками этого способа являются: 1. Низкотемпературная пастеризация продукта 45-50^oC.

2. Гомогенизация продукта осуществляется совместно с паровой фазой.

3. Двухкратный подогрев продукта паром.

4. Одновременное и комплексное воздействие на продукт пара, вибрационных и, импульсных акустических волн.

Более подробно сущность изобретения будет изложена ниже с помощью устройства, схематический чертеж которого приведен на фиг. 1. Жидким пищевым продуктом примем молоко.

Устройство (см. чертеж) состоит из цилиндрического корпуса 1, в центральном канале которого размещено сопло 2, сообщающееся с источником пара (на чертеже источник пара не показан). Сопло 2 снабжено фланцем 3, который опирается на фланец 4 корпуса 1. Диффузорная часть сопла 2 снабжена эжектирующими отверстиями 5, перекрываемыми подвижной гильзой 6. Сопло 2 снабжено проточкой 7. Корпус 1 соединяется с боковым патрубком 8 подвода жидкого пищевого продукта. Место нахождения проточки 7 совпадает с патрубком 8.

Внутри сопла 2, по его оси, размещена трубка 9, снабженная в верхней части центрирующим перфорированным диском 10 и приемной сопловой насадкой 11, а в нижней части - центрирующим и фиксирующим кавитатором 12, на котором установлена пружина-вибратор 13.

На нижней части трубки 9 закреплен излучатель вибрационных акустических волн 14. Излучатель вибрационных акустических волн 14 состоит из конусообразного обтекателя 15 с каналом 16, выполненным в ножке 17 обтекателя 15. Канал 16 является продолжением трубки 9. В нижней части канала 16, в ножке 17, выполнены со смещением от центра в противоположные стороны сопловые отверстия 18 (см. сечение А-А). На ножке 17, на резьбе, закреплена чашка обтекаемой формы 19, которая совместно с обтекателем 15 образует полость 20, в которой помещен шарик 21. Полость 20 имеет кольцевую щель - сопло 22. Ножка 17 имеет дроссельный канал 23, оканчивающийся щелью (на фиг. 1 не показана), в которой закреплена пластина 24.

В верхней и нижней части корпуса 1 пунктирной линией показан трубопровод, по которому сверху подается пар, а снизу отводится готовый продукт.

Работает устройство по заявленному способу следующим образом.

Пар подается по трубопроводу в приемную сопловую насадку 11 и сопло 2. В конфузорной (приемной) части сопла пар разгоняется и в критической части сопла (наименьшее проходное сечение) пар приобретает максимальную скорость и минимальное давление. В производственных условиях пастеризации и гомогенизации молока по заявленному способу давление пара составляло 0,4 МПа, а внутренний диаметр всех молокопроводов составлял 36 мм. В диффузорной части, обтекая со всех сторон проточку 7, через отверстия 5 в сопло 2 засасывается (эжектируется) жидкий пищевой продукт - молоко, которое поступает по патрубку 8. Площадь отверстий 5 регулируется гильзой 6 и подбирается экспериментальным путем в зависимости от расхода пара и продукта. Эжектируемое молоко уменьшает проходное сечение центрального канала сопла 2 равномерно со всех сторон и пар, увеличивая скорость, увлекает за собой молоко. Так начинается процесс пастеризации молока. При изменении расхода пара синхронно изменяется и количество эжектируемого молока. Это делает процесс управляемым. Исключаются флуктуации молока в паре, как это случается при инжекции. При смешивании молока и пара молоко прогревается, при этом снижается микробиальная обсемененность молока.

На пути молока и пара размещена пружина-вибратор 13, которая улучшает условия теплообмена молока и пара путем турбулентного их перемешивания. При этом пружина-вибратор 13 начинает вибрировать и механически, а также посредством создаваемых колебаний молока воздействовать на жировые шарики, частично разрушая их. Так начинается процесс гомогенизации молока. Кроме того, этим воздействиям подвергается также оставшаяся в "живых" после взаимодействия с паром микробиальная микрофлора молока, что приводит к ее дальнейшему ослаблению.

Далее на пути молока встречается кавитатор 12, на котором происходит разрыв сплошности потока. При этом образуются вакуумные полости, которые, схлопываясь, порождают хаотично возникающие кавитационные акустические волны-импульсы.

Эти импульсы имеют крутой передний и задний фронт и узкую фазу сжатия, т. е. являются бризантными (дробящими). Такие волны-импульсы пагубно влияют на микробиальную микрофлору молока, улучшая этим условия пастеризации, эффективно участвуют в процессе гомогенизации, разрушая жировые шарики.

Далее молоко по молокопроводу (показан пунктирной линией) входит в кольцевой зазор, образованный молокопроводом и излучателем вибрационных акустических волн 14, который имеет обтекаемую, эллипсовидную в средней и конусообразную в верхней части, форму тела вращения.

Исходный пар через приемную сопловую насадку 11 по трубке 9 поступает в канал 16 излучателя вибрационных акустических волн 14. Далее пар поступает в сопловые отверстия 18 и струи пара начинают воздействовать на шарик 21, помещенный в полости 20. Шарик 21 начинает вращаться по кругу в чашке 19, которая от вращения шарика начинает вибрировать и излучать вибрационные акустические волны. За каждой фазой сжатия волны следует фаза разрежения, в которой возникают растягивающие усилия и жидкость разрывается. В ней образуются, как и в кавитаторе 12, большое количество кавитационных пузырьков, при схлопывании которых возникают мгновенные давления в сотни атмосфер. Возникают также локальные повышения температуры.

К вибрационному излучателю вибрационных акустических волн 14 жестко крепится упругая пластина 24, которая, совершая вибрационные колебания, передаваемые ей излучателем 14, повышает площадь излучения акустических волн, то есть повышается КПД излучателя, увеличивая его эффективность по гомогенизации молока и действует поражающе на ослабленную предыдущим воздействиями микробиальную микрофлору, завершая процесс пастеризации молока.

Образовавшийся от пара в излучателе 14 конденсат удаляется через дроссельный канал 22.

Если из излучателя 14 убрать шарик 21, то полость 20 будет выполнять роль резонатора, и излучатель будет работать в режиме паровой сирены или свистка, излучая ультразвуковые импульсы, которые также действуют поражающе на микробиальную микрофлору, пастеризуя молоко.

Возможно использование способа и без вибрационных или импульсных (кавитационных) волн. Однако отсутствие тех или других волн приводит к повышению температуры пастеризации молока. Гомогенизация же продолжает оставаться хорошей. Это объясняется тем, что отсутствие тех или других волн уменьшает ослабленность микробиальной микрофлоры, что требует компенсации этого явления температурой. В то же время по гомогенизации имеется большой запас.

Таким образом, при установившемся режиме работы в устройстве одновременно существует пакет волн, которые, отражаясь от стенок и накладываясь друг на друга, усиливаясь и ослабляясь, дают широкий частотный спектр, что является положительным фактором при воздействии на семейство разных микробов, имеющих и разную частотную восприимчивость к волнам, которые пагубно влияют на них.

В результате суммарного и комплексного воздействия пара и различных волн, возникающих под действием этого же пара или самого продукта, температура пастеризации молока снижается до 50^oС. При этом продукт имеет хорошую гомогенизацию. Энергоемкость процесса снижается, что обеспечивает достижение технического результата.

Способ и устройство проверено на практике. Устройство показало достижение технического результата, промышленно применимо. Его выпуск возможен в условиях механических мастерских.

Источники информации 1. Патент РФ N 2110701 F 04 F 5/54 "Способ работы тепловыделяющего струйного аппарата (варианты)".

2. Патент РФ N 2048115 6 А 23 С 3/02, A 23 L 3/16 "Способ обработки жидкого пищевого продукта" - прототип.

Формула изобретения

1. Способ пастеризации и гомогенизации жидких пищевых продуктов, включающий нагрев продукта паром и гомогенизацию продукта, отличающийся тем, что подачу пара осуществляют одновременно по двум независимым друг от друга каналам, размещенным один в другом, причем наружный канал выполняют в виде эжектирующего продукт внутрь канала сопла, где обеспечивают первоначальный прогрев продукта паром, а внутренним каналом исходный пар подают в продукт на выходе из сопла и подвергают воздействию вибрационных и импульсных акустических волн.

2. Устройство пастеризации и гомогенизации жидких пищевых продуктов, содержащее цилиндрический корпус с центральным каналом, в котором расположено сопло и боковой патрубок подачи продукта, отличающееся тем, что сопло, расположенное в центральном канале и сообщающееся с источником пара, снабжено в закритической части эжектрирующими отверстиями, сообщающими полость сопла с боковым патрубком подачи жидкого пищевого продукта, а внутри сопла, по его оси, проходит трубка, одним концом сообщающаяся с источником пара, а другой выходит за сопло, конец трубки снабжен излучателем акустических волн.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2004

Извещение опубликовано: 20.05.2004