способ производства высокожирных молочных продуктов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ производства высокожирных молочных продуктов, например сливок, предусматривающий проведение процесса гомогенизации в камере, отличающийся тем, что исходный продукт предварительно вакуумируют и подают в камеру, где его подвергают многократной обработке, включающей чередование тонкого диспергирования жировых шариков в условиях постоянной, равномерной и регулируемой интенсивности кавитационной зоны магнитострикционных преобразователей с последующим прохождением периода стабилизации их силами поверхностного натяжения в среде кавитационных взрывов, генерируемых отраженным звуковым полем преобразователей.

2. Устройство для гомогенизации высокожирных молочных продуктов, например сливок, состоящее из цилиндрической камеры и колебательного контура, отличающееся тем, что колебательный контур выполнен в виде цилиндрических магнитострикционных преобразователей, установленных вне зоны обработки на наружной поверхности камеры, с питанием от внешнего электрорегулируемого генератора, а для снятия пика интенсивности звукового поля преобразователей и выравнивания его по всей внутренней поверхности цилиндра преобразователи выполнены с кольцом треугольного сечения, неподвижно установленным посередине с их внутренней стороны, при этом для создания зоны стабилизации жировых шариков силами поверхностного натяжения в камере установлена колонна, составленная из усеченных конусов, вершиной направленных в направлении перемещения продукта, причем нижнее основание преобразователей и основание усеченных конусов колонны установлены в одной плоскости, перпендикулярной ее оси.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для охлаждения преобразователей и с целью нагрева обрабатываемого продукта до температуры не выше 60^oС с наружной стороны камеры герметично одет кожух с патрубками входа и выхода жидкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области молочной промышленности, а именно, к технике гомогенизации сливок.

Известен способ производства высокожирных сливок с применением двухступенчатой гомогенизации (см. а.с. СССР N 214233. Опубл. 20.03.68. Бюлл. N 11). В основу данного способа заложена обработка эффектом кавитации отдельных порций продукта, которые подаются в камеру обработки плунжерной парой при такте нагнетания. Плунжерная пара приводится в возвратно-поступательное движение кривошипно-шатунным механизмом. Кавитационная зона создается в результате перемещения продукта под давлением (в первой ступени 200 атм = 20 МПа, во второй - 50 атм = 5 МПа) плунжерной парой при такте нагнетания через кольцевую щель при открытом клапане. В кольцевой щели скорость истечения продукта доходит, например, в первой ступени, до 100 м/с, и при проникновении его в камере обработки в неподвижные слои жидкого продукта возникает гидравлический удар с пиком интенсивности в начале процесса. Описываемый выше процесс в литературе рассматривается, как работа затопленных струй.

Ударная волна сопровождается гидроакустическими колебаниями, которые в камере обработки создают развитую зону кавитации. При схлопывании кавитационных пузырьков тонко диспергируют жировые шарики, а в пике интенсивности гидравлического удара кавитационные процессы сопровождаются выделением вредных химических веществ с образованием радикалов OH^-, H⁺, перекиси водорода H₂O₂. Азотные и азотистые кислоты в зоне обработки образуются при наличии растворенного воздуха в продукте.

К недостаткам данного способа необходимо отнести следующее.

1. Продукт обрабатывается отдельными порциями в зоне кавитации с пиком интенсивности, которая сопровождается процессом свечения и интенсивными химическими реакциями с образованием радикалов и кислот.

2. Накопление свободных радикалов в организме приводит к разрушению клеток, а наличие перекиси водорода, кислот и других химических веществ обесценивает пищевую ценность обрабатываемого продукта.

3. Частицы износа плунжерной пары и кавитационной эрозии клапанного механизма после обработки остаются в продукте.

Известен также способ производства высокожирных молочных продуктов (см. а. с. СССР N 1068077. Опубл. 23.01.84. Бюлл. N 3) кавитационным эффектом без пиков интенсивности при непрерывной обработке.

Способ осуществляется в следующей последовательности. Продукт под давлением, например 100 атм = 10 МПа, подают в сопло, где он приобретает необходимую скорость истечения и поступает в камеру обработки с размещенным внутри нее колебательным контуром, собранным из тонких пластин.

Колебательный контур под действием струй, выходящих из сопла создает в камере звуковое поле, которое генерирует кавитационную зону без пика интенсивности излучения. Каждая пластина создает под действием струи узкий спектр колебаний, а суммарное значение колебаний всех пластин контура организует в зоне обработки камеры сплошное по всему объему камеры звуковое поле.

К недостаткам описанного способа необходимо отнести следующее.

1. Для придания высокожирным, вязким молочным продуктам в сопле скоростного напора обеспечивают устройство высоконапорными энергоемкими насосами.

2. Каждая пластина под действием струи совершает колебательное движение и создает узкую зону кавитации, так как практически работает только незакрепленный конец ее. С увеличением числа пластин гидросопротивление колебательного контура возрастает, и потери энергии увеличиваются.

3. Для обеспечения одинаковой интенсивности колебаний каждой пластины необходимо расчленение основной струи на ряд отдельных струй, что связано также дополнительными затратами энергии не по назначению.

4. Частицы износа деталей сопла и кавитационной эрозии пластин остаются в продукте и влияют в сторону ухудшения качества его.

5. Тонкое диспергирование продукта данным способом достигается многократным по круговому контуру циркулированием.

6. Способ допускает грубое регулирование скоростного напора струи при обеспечении устройства многоступенчатым электродвигателем.

7. Колебательный контур не обеспечивает обратной связи в процессе регулирования для получения тонкодиспергированных жировых шариков.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков способа, повышение производительности и качества получаемого продукта.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе производства высокожирных молочных продуктов колебательные движения создают по всему объему обработки постоянной, равномерной, регулируемой интенсивности с обратной связью при помощи электромагнитных преобразователей с внешним электрическим питанием.

Другое отличие в том, что многократную обработку продукта проводят с чередованием процесса тонкого диспергирования жировых шариков и последующего периода стабилизации их силами поверхностного натяжения.

Кроме того, обработку продукта осуществляют после предварительного вакуумирования для удаления из него растворенного воздуха.

Предлагаемый способ производства высокожирных молочных продуктов по сравнению с существующими имеет ряд преимуществ.

1. Колебательные движения для генерирования в зоне обработки кавитационных процессов образуют вследствие электромагнитных явлений.

2. По сравнению с колебательным контуром электромагнитные явления осуществляют процесс тонкого диспергирования просто и надежно в сочетании, измерительными приборами с обратной связью.

3. Использование электромагнитных явлений в процессе обработки позволяет вести технологический цикл по заданной и запланированной заранее программе (плавной, ступенчатой, прерывистой, и т.д.).

Предлагаемый способ может быть реализован с использованием магнитострикционных преобразователей.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к устройствам для гомогенизации сливок.

Известно устройство для производства молочных продуктов (см. а.с. N 214233. Опубл. 20.03.68. Бюлл. N 11) выполненное в виде двухступенчатого гомогенизатора.

Устройство состоит из кривошипно-шатунного механизма для привода плунжерной пары, клапанной коробки и камеры обработки. Двухступенчатый гомогенизатор имеет две плунжерные пары и клапанные коробки. Плунжерная пара высокого давления и низкого давления отличаются только размерами и сальниковой системой герметизации.

Работа устройства заключается в следующем. При движении поршня плунжерной пары в сторону нижней мертвой точки продукт под действием разряжения принудительно поступает во внутреннюю полость цилиндра, а при движении поршня в сторону верхней мертвой точки, порции продукта сжимаются до давления 200 атм = 20 МПа и во второй ступени до - 50 атм = 5 МПа.

При открытии клапана продукт под давлением проталкивают через щель, образованную тарелкой клапана и его седлом, приобретая, например, скорость истечения 100 м/с, и в дальнейшем поступает в камеру обработки, возбуждая в ней затухающие гидроколебания с пиком интенсивности.

К недостаткам устройства можно отнести следующее.

1. Громоздкий кривошипно-шатунный механизм с возвратно-поступательным движением требует точной балансировки и монтирования устройства на фундаменте для устранения вибраций.

2. Работоспособность плунжерной пары, особенно для ступени высокого давления зависит

от точности изготовления (трудоемкая операция притирки),

состояния герметизации сальниковой системы,

наличия системы смазки,

наличия системы тонкой очистки продукта от твердых частиц и включений,

присутствия механизма очистки остатков продукта в плунжерной паре.

Известно также устройство для производства высокожирных молочных продуктов (см. а. с. СССР N 1068077. Опубл. 23.01.84. Бюлл. N 3), где частично устранены вышеперечисленные недостатки.

Устройство позволяет проводить обработку не порциями, а непрерывно и содержит корпус цилиндрической формы с размещенным внутри него колебательным контуром. Колебательный контур выполнен из пакета тонких пластин, жестко прикрепленных одним концом к контуру. Корпус имеет по концам патрубки. Во входном патрубке размещено сопло для придания продукту определенной скорости истечения. Продукт в камеру подается насосом высокого давления.

Обработка продукта в устройстве осуществляется следующим образом.

Продукт насосом высокого давления непрерывно подают через сопло в камеру, где размещен колебательный контур с тонкими пластинами. Под действием напора скоростной струи, выходящей из сопла, торцы незакрепленных тонких пластин начинают совершать колебательные движения, создавая звуковое поле, которое в зоне обработки генерирует кавитационные процессы взрыва пузырьков.

К недостаткам устройства можно отнести следующее.

1. Колебательный контур, собранный из тонких пластин и размещенный в потоке струи, обладает существенным гидравлическим сопротивлением. Уменьшение числа пластин в камере обработки продукта не снижает энергозатраты, так как для увеличение частоты колебания оставшихся пластин потребуется увеличения энергии для скоростного напора.

2. Потоком скоростной струи из сопла в колебательное движение приводится не вся пластина, а только незакрепленный конец.

3. Не все пластины контура поставлены в одинаковые условия в потоке скоростной струи. Скорость струи по боках гасится в результате трения о стенки трубопроводов.

4. Расположение колебательного контура внутри потока способствует частицам износа и кавитационной эрозии сосредотачиваться в продукте.

5. Устройство допускает грубую регулировку колебательного контура путем снабжения его насосом высокого давления со ступенчатым электродвигателем.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, повышение производительности и качества получаемого продукта.

Для достижения этой цели в известном устройстве колебательный контур зеленен на электрические преобразователи, например магнитострикционные с внешним генератором питания. Притом преобразователи создавали звуковое поле без пиков интенсивности излучения, для этого магнитострикционные преобразователи посередине с внутренней стороны цилиндра снабжают кольцом треугольного сечения. Кольцо часть энергии колебания пропускает через себя, а часть этой энергии отражает по периферии, усиливая звуковое поле колебаний. Преобразователи устанавливают не в потоке обработки, а на наружной поверхности камеры.

Звуковое поле преобразователей с кольцом треугольного сечения генерирует кавитационную зону равномерную, одинаковой интенсивностью по всей внутренней поверхности.

Кавитационную зону внутри преобразователя при помощи внешних электрорегулируемых генераторов изменяют в широких пределах в зависимости от выбранной технологии обработки или программированной по показаниям датчиков измерения.

На фиг. 1 изображено устройство для производства высокожирных молочных продуктов, на фиг. 2 дан продольный разрез магнитострикционных преобразователей цилиндрической формы, а на фиг. 3 - преобразователь с кольцом треугольного сечения и с выровненным эпюром звукового поля.

Устройство состоит из емкости 1 с мешалкой 2. Наджидкостное пространство емкости 1 сообщается вакуумопроводом. Из емкости продукт насосом 3 подают в цилиндрическую камеру 4. Внутри цилиндрической камеры 4 но центру неподвижно с кольцевым зазором установлена колонна 5, которая составлена из усеченных конусов 6, вершиной направленных в сторону перемещения продукта. Конструкция усеченного конуса 6 предусматривает многократное отражение звукового поля в сторону перемещения продукта.

На наружной поверхности камеры 4 неподвижно установлены магнитострикционные преобразователи 7 так, что нижняя плоскость преобразователей совпадает с основанием конуса. Магнитострикционные преобразователи 7 снабжены кольцом 8 треугольного сечения. Кольцо 8 расположено по середине цилиндра с внутренней стороны. Кольцо с таким профилем просто в изготовлении и позволяет части звуковой энергии преобразователя проходить через кольцо 8, а часть энергии отражает в сторону оснований цилиндра, тем самым усиливает энергию излучения по периферии его.

Для охлаждения преобразователей 7 от температуры нагрева камера 4 с наружной стороны обеспечена кожухом 9 с патрубками для входа 10 и выхода 11 охлаждающей жидкости.

В устройстве при помощи открытия и закрытия вентилей 12, 13 и 14 предусмотрена обработка продукта по круговому контуру и за один цикл.

Способ производства высокожирных молочных продуктов в устройстве осуществляется следующим образом.

После удаления растворенного воздуха с продукта вакуумированием с емкости 1, снабженной мешалкой 2, насосом 3 подают его в камеру 4. В одно и то же время включают питание преобразователей 7 от злектромашинного генератора (не показан) с широким спектром регулирования интенсивности излучения каждого преобразователя в отдельности. Цилиндрические преобразователи 7 излучают колебания с пиком интенсивности по середине цилиндра. Притом, чем больше потребляемая мощность преобразователя, тем больше энергии колебания сосредотачивается в узкой зоне пика интенсивности. (фиг. 2). Звуковые колебания от преобразователя с пиком интенсивности доходят до кольца 8 треугольного сечения, части колебания отражают боковыми поверхностями кольца 8 и направляют на увеличения интенсивности излучения по периферии его. Выровненное звуковое поле (фиг. 3) проходит через стенку камеры 4 и попадает в кольцевое пространство, образованное внутренней поверхностью камеры 4 и наружной поверхностью колонны 5, составленной из усеченных конусов 6.

В кольцевом пространстве звуковые волны пронизывают обрабатываемый продукт, возбуждая в нем кавитационные процессы, необходимые для тонкого диспергирования жировых шариков. Доходя до колонны 5 звуковые волны отражаются от конических поверхностей в направлении кольцевого пространства между преобразователями, то есть в зону стабилизации жировых шариков. В последующих зонах обработки стабилизированные жировые шарики силами поверхностного натяжения не разрушаются и не изменяют свою форму.

Охлаждающей жидкостью, которая циркулирует по внутренней полости кожуха 9 с входным патрубком 10 и выходным 11, в камере 4 поддерживают температуру не выше 60^oC для ускорения процесса стабилизации жировых шариков и сохранения витаминов, аминокислот и других жизненно важных микроэлементов (выше 60^oC перечисленные элементы разрушаются).

В устройстве для обработки высоковязких сливок предусмотрена при открытии вентилей 12 и 13 обработка по круговому циклу, а при открытии вентилей 12 и 14 продукт после обработки направляется потребителю после одного цикла обработки.

Устройство для производства высокожирных молочных продуктов по сравнению с существующими имеет ряд преимуществ.

1. Преобразователи снабжены кольцом для снятия пика интенсивности излучения.

2. Преобразователи расположены на не рабочей поверхности камеры, что предотвращает попадание в продукт частиц износа при кавитационной эрозии.

3. Питание электромагнитных преобразователей осуществляется от внешнего электрорегулируемого генератора.

4. Температурный режим стабилизации процесса обработки жировых шариков осуществляется охлаждающей жидкостью преобразователей.