способ тепловой обработки жидких продуктов

Формула изобретения

1. СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ, включающий нагрев продукта путем непосредственного смещения его с греющей средой, отличающийся тем, что нагрев ведут со скоростью не менее 1400^oС/с для пастеризации и не менее 7600^oС/с для стерилизации до температуры, не превышающей температуру качественных изменений в жидком продукте.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев проводят конденсирующимся паром.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкий продукт распыляют до диаметра капель не более 0,3 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к пастеризации и стерилизации жидких пищевых продуктов и может быть использовано для стерилизации других жидкостей, например медико-биологических препаратов.

Известны способы тепловой обработки жидких пищевых продуктов, например, молока, с целью уничтожения вредных микроорганизмов и увеличения времени хранения продуктов, описанные в [1] Тепловая обработка пищевых продуктов пастеризация или стерилизация заключается в их нагреве до определенной температуры в течении определенного времени. Существует несколько режимов нагрева:

длительный нагрев продукт нагревают до 65-70^оС и выдерживают при этой температуре 30 мин;

высокотемпературный нагрев продукт нагревают до 70-75^оС и выдерживают 2-4 мин;

кратковременный нагрев продукт нагревают до 95^оС и выдерживают около 30 с;

сверхвысокотемпературный нагрев продукт нагревают до 110-140^оС и выдерживают в течение нескольких секунд.

Перечисленные выше режимы нагрева основаны на зависимости срока жизни микроорганизмов от температуры. Время жизни микроорганизмов при данной, повышенной, температуре называется термостабильным сроком. Этот срок, как правило, тем короче, чем выше температура. Сущность режимов нагрева сводится к тому, чтобы нагреть обрабатываемый продукт до некоторой температуры в течение промежутка времени, который больше термостабильного срока.

Однако такие способы тепловой обработки жидких продуктов приводят к ухудшению качества и вкуса продукта. Это обусловлено тем, что при нагреве пищевых продуктов происходит в той или иной степени разрушение витаминов (инактивация витаминов) и денатурализация белков или даже их свертывание, что уменьшает биологическую ценность. Причем, чем выше температура нагрева и продолжительность выдержки, тем больше разрушаются витамины и денатурируются белки. В результате невозможно повысить эффективность пастеризации или стерилизации. Кроме того, невозможно при обработке продуктов на поверхности нагрева образуются твердые отложения. Так при обработке молока образуется молочный камень, который трудно удалить, он нарушает теплообмен способствует образованию пригара и порче вкуса молока, является накопителем бактерий. В результате ухудшается эффективность обработки. Кроме того, образование отложений приводит к необходимости регулярной мойки теплообменного оборудования с использованием специальных моющих растворов на основе кислот и щелочей. Это, в конечном счете, наносит вред экологии.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ [2] прямого нагрева, представляющий собой нагрев пастеризуемого продукта не через теплопередающую стенку теплообменника, а непосредственным смешением пастеризуемого жидкого продукта с греющей средой, например, водяным паром. Способ включает операции подачи пастеризуемого продукта в пастеризатор, нагрев до заданной температуры путем подачи стерильного водяного пара, приготовленного из питьевой воды, выдержку при данной температуре, охлаждение продукта и удаление излишней воды, попавшей в продукт в виде пара. Этот способ позволяет осуществлять достаточно быстрый нагрев продукта и особенно удобен для применения в режиме сверхвысокотемпературного нагрева. При этом не происходит образования молочного камня в зоне нагрева и уменьшается его отложения в остальных частях оборудования.

Однако этот способ ухудшает качество и вкус пастеризованного продукта, так как происходит разрушение витаминов и свертывание белков. Кроме того, в процессе пастеризации в продукт вводится большое количество воды (в виде пара), а именно до 30% от массы продукта. Удаление воды связано с дополнительными трудностями и энергозатратами.

Задача изобретения создание высокоэффективного способа тепловой обработки жидких продуктов с высокими показателями качества.

Для этого в известном способе тепловой обработки жидких продуктов, включающем нагрев продукта водяным паром путем их смешения, предлагается нагрев осуществить со скоростью не менее 1400^оС/с для пастеризации, не менее 7600^оС/с для стерилизации до температуры, не превышающей температуру качественных изменений в жидком продукте. Нагрев может проводится путем непосредственного контакта продукта с конденсирующимся водяным паром, при этом жидкий продукт следует распылить до диаметра не более 0,3 мм.

Под температурой качественных изменений в жидком продукте понимается такая температура, при которой в продукте происходят необратимые изменения с ухудшением его качества, например инактивация витаминов, денатурализация или свертывание белков. Эта температура различна для разных видов жидких продуктов.

Техническим результатом изобретения является высокая эффективность способа обработки при меньших энергозатратах и улучшение качественных показателей обработанного продукта.

В предлагаемом способе в отличие от аналогов поражающим фактором для микроорганизмов при тепловой обработке является скорость изменения температуры, т.е. скорость нагрева и/или охлаждения. Пример, экспериментальным путем доказано, что для пастеризации скорость должна быть не менее 1400^оС/с, а для стерилизации не менее 7600^оС/с. При этом отсутствует необходимость нагрева продукта, например молока, до 60^оС. Пастеризация осуществляется эффективно и при более низких температурах, а стерилизация достигается при подогреве всего на 40^оС. Таким образом, возможно повышать эффективность обработки, не ухудшая качество продукта.

При распылении продукта до диаметра капель менее 0,3 мм процесс проходит значительно интенсивнее, при этом продукт не приобретает водянистого привкуса.

Предлагаемый способ требует небольшого нагрева пастеризуемого продукта и поэтому является менее энергоемким.

Способ может быть осуществлен, например, в пастеризаторе, схема которого представлена на чертеже.

Пастеризатор содержит распылитель жидкого продукта 1, подлежащего пастеризации, камеру 2 пастеризации, сопловый аппарат 3 для подачи пара, парогенератор 4, нагреватель 5, охладитель 6, вакуумный насос 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Жидкий продукт, например, молоко подают через распылитель 1 в виде струи мелкодисперсных капель в камеру пастеризации 2. Одновременно через сопловый аппарат 3 в камеру подают пар, приготовленный в парогенераторе 4 из питьевой воды с помощью нагревателя 5. Пар конденсируется на каплях продукта, отдает ему теплоту конденсации и нагревает его. Пастеризованный продукт, разбавленный конденсатор, собирается на дне камеры пастеризации. Затем его подают через вентиль и охладитель 6. Далее производят откачку газа (воздуха) и пара из охладителя с помощью вакуумного насоса 7, удаляя тем самым лишнюю воду и охлаждая продукт за счет испарения воды. Для увеличения теплоотдачи при конденсации дегазируют объемы парогенератора и камеры пастеризации с помощью вакуумного насоса. Охлажденный продукт отправляют потребителю или в дальнейшую обработку.

Предлагаемый способ испытан на двух экспериментальных пастеризационных установках производительностью до 1000 кг/ч. Пастеризации подвергали физиологический раствор, молоко, яичный меланж, плазму крови. Все эти жидкости перед пастеризацией обсеменяли бактериями кишечной палочки в концентрациях до 10⁷ 1/см³. После пастеризации число бактерий в 1 см³ оказывалось на пределе чувствительности метода их обнаружения (10% от исходной концентрации) или бактерии вовсе не обнаруживались, и происходила полная стерилизация. Так, например, при нагреве жидкостей со скоростью 4000^оC/с, с начальной температурой 24^оС до конечной температуры 52^оС процент уничтоженных бактерий составил 99% а при нагреве жидкостей со скоростью 7600^оС/с с начальной температурой 24^оС до конечной температуры 60^оС процент уничтоженных бактерий составил 100, т. е. произошла полная стерилизация. Приготовление культуры кишечной палочки и анализы пастеризационных продуктов производилась сотрудниками микробиологической лаборатории Института медицинской радиологии АН РФ. При испытаниях экспериментальных образцов пастеризаторов было установлено, что для получения пастеризованного молока с содержанием бактерий не более 50000 из исходного молока с содержанием бактерий 10⁶-10⁷ шт/см достаточна скорость нагрева 1400^оС/с, а для получения стерилизованного молока 7600^оС/с. Максимальная температура при стерилизации не превышает 60^оС, что гарантирует сохранность всех положительных качеств натурального молока.

Важным результатом испытаний является то, что благодаря низкой температуре и кратковременности воздействия удается пастеризовать такие жидкости, как яичный меланж, идущий на производство сухого яичного порошка. При обычных способах удовлетворительная пастеризация меланжа проблематична, так как белок свертывается уже при 52^оС. Положительные результаты получены и при пастеризации плазмы крови. Этот способ можно использовать также для пастеризации фруктовых и овощных соков, вин, пива, кисломолочных продуктов и т.д.

Использование изобретения позволит обеспечить эффективную пастеризацию (вплоть до полной стерилизации) и сохранить полезные свойства и природные качества исходных пастеризуемых продуктов, т.е. повысить их качество. Предлагаемый способ позволяет также производить высококачественные продукты, например, молочные, в том числе и для детского питания, выпуск которых в настоящее время сильно ограничен, в частности, некачественной пастеризацией. Это достигается применением нового механизма воздействия на микроорганизмы высокоскоростного и кратковременного теплового удара.

Предлагаемый способ является менее энергоемким, позволяет использовать различные источники нагрева (промышленный водяной пар, электрообогрев, органическое топливо), а также более эффективно решить проблему отложения молочного камня.