способ обработки молока ультрафиолетовым излучением

Формула изобретения

1. Способ нетепловой обработки молока ультрафиолетовым излучением в тонком слое, отличающийся тем, что создают герметичный контролируемый по толщине слой молока и облучают его в диапазоне длин волн 165-185 нм, причем толщина контролируемого слоя составляет 80-120 мкм для указанного диапазона длин волн.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой молока облучают одновременно в диапазоне длин волн 165-185 и 280-310 нм.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к нетепловой обработке молока ультрафиолетовым излучением и может быть использовано в пищевой промышленности.

Способы обработки молока ультрафиолетовыми лучами с "бактерицидной" длиной волны 254 нанометра (нм) известны и описаны давно (см., например, патент СССР №17146, МПК A 23 L 3/28, оп. 30.09.1930; патент США №2072417, НКИ 204-159, оп.02.03.1937).

Известно также, что способность проникновения ультрафиолетовых лучей с длиной волны 254 нм через слой молока невелика и не превышает 40...50 микрон (мкм). В связи с этим в известных способах обработки молока ультрафиолетовым излучением для увеличения слоя обрабатываемого молока применяют перемешивание, турбулизацию и т.п. Однако эти приемы, как правило, усложняют технологический процесс и далеко не всегда дают требуемый результат. С целью устранения недостатков, связанных с низкой прозрачностью молока для ультрафиолетовых лучей, предложен целый ряд разновидностей этих способов обработки (стерилизации) молока. Так, известен способ стерилизации жидкостей, в частности молока, в котором жидкость диспергируют, затем насыщают озоном и турбулизуют с последующим перемешиванием и одновременным облучением ультрафиолетовыми лучами (см. заявка РСТ №W094/26131, МПК A 23 L 3/28, оп.24.11.94). Этот способ обеспечивает более высокую степень стерилизации и улучшает органолептические свойства молока, однако он довольно сложен в технологическом оформлении и не устраняет основной недостаток известных способов обработки молока ультрафиолетовым облучением - низкой прозрачности молока в применяемом на практике диапазоне длин волн.

Известны способы облучения молока ультрафиолетовыми лучами в тонком слое жидкости. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обработки молока, в котором молоко центрифугируют до полного осаждения микрофлоры в тонкий слой < 0,1 мм на прозрачном для ультрафиолетового излучения основании, а облучение осуществляют через это основание до достижения энергетической экспозиции 210-250 Дж/см² (см. авт. св. СССР №1450804, МПК А 23 С 3/07, оп.15.01.89). Недостатками процесса являются его периодичность, малая производительность, сложность контроля полноты осаждения всей микрофлоры в тонкий слой, прозрачный для ультрафиолетового излучения, неселективность обработки. А также усложнение процесса обработки, связанное, как уже выше отмечалось, с малой прозрачностью ультрафиолетового излучения для молока в применяемой на практике области длин волн.

Задачей изобретения было упрощение процесса обработки молока путем достижения максимальной глубины обрабатываемого слоя ультрафиолетовым излучением при одновременном повышении качества получаемого продукта.

Поставленная задача решается тем, что предложен способ обработки молока в тонком слое ультрафиолетовым излучением, при котором облучение осуществляют в герметичном контролируемом по толщине слое молока в диапазоне длин волн 165-185 нм, при этом толщину контролируемого слоя выбирают не более оптической толщины для указанного диапазона длин волн, определяемой законом Бугера-Ламберта. Кроме того, можно осуществлять обработку молока одновременным облучением в диапазоне длин волн 280-310 и 165-185 нм.

Способ основан на том, что автор, изучая спектральные характеристики молока (зависимость коэффициента поглощения от длины волны) нашел, что в диапазоне 280-220 нм коэффициент поглощения ультрафиолетового излучения практически неизменен. Далее, двигаясь в область коротких волн, до 195 нм наблюдается резкое увеличение коэффициента поглощения молока почти вдвое, экстремум в области 195 нм и последующий резкий спад практически в 5-6 раз при приближении к 185 нм (см. график). Таким образом, в области 185 нм и менее автором обнаружено наличие спектрального "окна прозрачности" в спектре поглощения молока, что позволяет проводить облучение на максимальную глубину молока, уничтожая болезнетворные бактерии и в то же время не меняя природную белковую и аминокислотную структуру молока. Кроме того, смещение диапазона облучения в область более коротких волн по сравнению с традиционно известной бактерицидной длиной волны 254 нм приведет к тому, что возросшая энергия квантов в среднем с 5 эВ до 7 эВ позволит значительно сократить время бактерицидной обработки молока при одном и том же расходе. Это, в свою очередь, позволит максимально сохранить природную микробиологию и органолептику молока и улучшить качество его обработки. Обработка молока при длине волны менее 165 нм нецелесообразна, поскольку начинает происходить диссоциация воды и связанная с этим деструкция молока. Создание герметичной контролируемой по толщине пленки молока необходимо в связи с тем, что ультрафиолетовое излучение разлагает кислород воздуха с образованием озона, являющегося сильным окислителем и отрицательно воздействующего на молочный жир, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на органолептических свойствах молока. Для максимального прохода ультрафиолетового излучения необходимо выбирать контролируемую толщину пленки молока величиной не более ее оптической толщины для конкретной длины волны, определяемой из закона Бугера-Ламберта. В частности, для длины волны 185 нм толщина пленки не должна превышать 120 мкм, а для длины волны 165 нм - 100 мкм. Поскольку известно, что при облучении ультрафиолетовым излучением в диапазоне 280-310 нм в молоке происходит синтез витамина "D" (см. С.В.Конев, И.Д.Волотовский. Фотобиология. Минск, 1979, Большая медицинская энциклопедия, том 26, "Советская энциклопедия", М., 1985), так необходимого для детского питания, то возможно одновременно с бактерицидной обработкой в диапазоне 165-185 нм и синтезировать витамин "D", облучая молоко дополнительным источником ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 280-310 нм.

Изобретение иллюстрируется графиком (чертеж), на котором приведена спектральная характеристика молока, полученная автором в результате исследований, где:

1 - спектральная характеристика молока - зависимость коэффициента поглощения молока от длины волны излучения;

2 - спектральное "окно прозрачности молока";

3 - область излучения, способствующая образованию витамина "D".

Способ осуществляется следующим образом. Молоко из емкости подают под избыточным давлением в контролируемый по толщине зазор в виде пленки толщиной 40-45 мкм для традиционной длины волны 254 нм и 80-120 мкм для "окна прозрачности" в области 185 нм. Контролируемый зазор создается между полированными плоскопараллельными пластинами, одна из которых или обе могут быть прозрачными для ультрафиолетового излучения с необходимой длиной волны. В качестве источника излучения служат газоразрядные лампы типа ДРБ-20U, дающие линейчатый спектр ультрафиолетового излучения в областях 254 нм и 185 нм. Излучение, проходя через пленку молока контролируемой толщины, проводит его бактерицидную обработку.

Для традиционной длины волны 254 нм при величине зазора 40 мкм расход молока составлял порядка 20 литров в час, и при интенсивности ультрафиолетового излучения 6 мВт/см ² микробиологическое тестирование не смогло обнаружить ни в одной из проб наличия бактерий E-Coli, но появился некоторый специфический запах "пережженного" молока, который указывает на воздействие ультрафиолетового излучения с длиной волны 254 нм на частицы молочного жира.

Для длины волны излучения 185 нм в области "окна прозрачности" при величине зазора 120 мкм расход молока составил порядка 160 литров в час при том же перепаде давления на пленке молока, как и в первом случае и той же интенсивности ультрафиолетового излучения микробиологическое тестирование не смогло обнаружить ни в одной из проб наличия бактерий E-Coli и не обнаружено никаких изменений вкусовых свойств молока и его органолептики.

Предложенный способ обработки позволяет повысить класс молока, поскольку количество бактерий в готовом продукте уменьшается и уровень качества молока соответственно повышается. Данный способ можно осуществить как в непрерывном, так и в периодическом вариантах.