способ и устройство для дезинфицирования продукта путем его поверхностной обработки

Формула изобретения

1. Способ дезинфицирования и/или нагревания твердого продукта путем его поверхностной обработки, причем выпускают пар жидкости, предпочтительно водяной пар, и звук, предпочтительно ультразвук, к поверхности продукта, отличающийся тем, что генерируют ультразвук в то же время, когда выпускают пар, заставляя его колебаться с частотой в ультразвуковом диапазоне при таком высоком акустическом давлении, что миграция отдельных молекул превышает размеры бактерий и микроорганизмов, подлежащих уничтожению, при этом пар направляют к твердому продукту и вводят с ним в контакт.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ультразвук генерируют, не вызывая кавитации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременное генерирование ультразвука обеспечивают путем пропускания пара через генерирующее ультразвук устройство, заставляющее пар колебаться в ультразвуковом диапазоне.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что генерирующее ультразвук устройство образовано из парового инжектора и полости.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что генерирующее ультразвук устройство образовано из свистка для генерирования пара и ультразвука.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что время обработки является относительно коротким.

7. Дезинфицирующее и/или нагревающее устройство для осуществления способа по п.1, содержащее паровое устройство (1) для уничтожения микроорганизмов на поверхности твердого продукта, в частности твердого пищевого продукта, причем упомянутое паровое устройство (1) имеет, по меньшей мере, один проход (3) для пара и отверстие (2), отличающееся тем, что смежно отверстию (2) обеспечена полость (4), в которую при использовании подают струю водяного пара под сравнительно высоким давлением через проход (3) для пара, при этом водяной пар, выпускаемый из отверстия (2), приводится в колебание с частотой, предпочтительно ультразвуковой частотой, определяемой полостью (4), и при этом паровое устройство (1) содержит наружную часть (5), внутренняя стенка которой определяет наружную стенку прохода для пара, и внутреннюю часть (6), по существу образующую наружную стенку прохода (3) для пара, а также ограничивающую отверстие (2), причем указанная полость (4) обеспечена смежно указанному отверстию.

8. Дезинфицирующий аппарат по п.7, отличающийся тем, что полость (4) находится на регулируемом расстоянии от отверстия (2) парового устройства.

9. Дезинфицирующий аппарат по п.7, отличающийся тем, что полость (4) расположена рядом с отверстием (2) и, возможно, выполнена за одно целое с ним.

10. Дезинфицирующий аппарат по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что наружная часть (5) и внутренняя часть (6) так соединены друг с другом, что водяной пар, подаваемый через проход (3) для пара, направляется к полости (4) по существу таким образом, что водяной пар приводится в колебание с частотой, предпочтительно ультразвуковой частотой, определяемой этой полостью.

11. Дезинфицирующий аппарат по любому из пп.7-10, отличающийся тем, что паровое устройство (1) в связи с полостью (4) представляет собой генератор Хартмана, паровой инжектор или дисковый инжектор.

12. Дезинфицирующий аппарат по одному из пп.7-11, отличающийся тем, что паровое устройство выполнено дискообразным.

13. Дезинфицирующий аппарат по одному из пп.7-11, отличающийся тем, что паровое устройство выполнено рельсообразным.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу дезинфицирования продукта путем его поверхностной обработки паром жидкости, предпочтительно водяным паром, и звуком, предпочтительно ультразвуком.

При обработке и последующей упаковке пищевых продуктов желательно уничтожить споры, микроорганизмы и т.п., присутствующие на поверхности пищевых продуктов и на других твердых поверхностях. Известно, что для уничтожения микроорганизмов пищу нужно подвергнуть тепловой обработке. Однако такая тепловая обработка обычно вызывает нежелательные изменения во вкусе и текстуре обработанного продукта и даже может испортить продукт.

Известно также удаление загрязнений с поверхности продукта ультразвуковой обработкой.

Выложенная заявка Японии №07-143999 раскрывает стерилизационное устройство, в котором подлежащие стерилизации инструменты сначала подвергают воздействию ультразвука, затем обрабатывают в автоклаве паром под высоким давлением и, наконец, облучают ультрафиолетовым светом. Этот принцип, однако, не применим для обработки пищевых продуктов, в частности, из-за высоких температур, используемых во время автоклавирования.

Далее, ЕР №0711566 А1 раскрывает способ и устройство для обеззараживания зубоврачебных инструментов. Устройство использует различные принципы для борьбы с микроорганизмами, например обработку струями пара, горячим воздухом, ультразвуковой ванной, электромагнитным излучением и т.д. Это устройство, однако, не пригодно для обработки пищи, т.к. во многих из предложенных методов обрабатываемыми продуктами поглощаются чересчур большие количества теплоты.

Кроме того, известно нагревание поверхности, например, пищевых продуктов посредством пара, чтобы уничтожить микроорганизмы. Однако для того, чтобы получить желательный эффект уничтожения, самые наружные слои обрабатываемого продукта повреждаются в результате чрезмерного воздействия.

Из патента РФ №2000058 известна далее стерилизация жидких пищевых продуктов комбинацией пара и ультразвука. Пищевой продукт подается в контейнер и под действием центробежной силы образуется слой жидкого пищевого продукта. Пар подается в пищевой продукт с внутренней поверхности контейнера. Пар инжектируется через множество сопел, посредством чего в жидком пищевом продукте генерируются ультразвуковые колебания. При конденсации пара возникает кавитация. Использование этого способа обработки ограничено по нескольким причинам: он пригоден только для обработки жидких пищевых продуктов, требуется центрифуга и в пищу попадает вода из-за конденсации водяного пара. Предпочтительно этот тип конденсации следует избегать.

Международная заявка WO 00/01255 раскрывает способ и устройство обработки текучей среды или вещества в ней посредством акустической энергии. Это устройство работает так, что должна происходить конденсация, при этом акустическая энергия генерируется наведенной кавитацией. Акустическая энергия создается при схлопывании паровых полостей.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ дезинфекции продукта, который пригоден для эффективного уничтожения микроорганизмов на поверхности продукта без воздействия на продукт слишком большой теплотой.

Для решения этой задачи в предлагаемом способе дезинфицирования и/или нагревания твердого продукта путем его поверхностной обработки, предусматривающем выпускание пара жидкости, предпочтительно водяного пара, и звука, предпочтительно ультразвука, к поверхности продукта, генерируют ультразвук в то же время, когда выпускают пар, заставляя его колебаться с частотой в ультразвуковом диапазоне при таком высоком акустическом давлении, что миграция отдельных молекул превышает размеры бактерий и микроорганизмов, подлежащих уничтожению, при этом пар направляют к твердому продукту и вводят с ним контакт.

Предпочтительно ультразвук генерируют, не вызывая кавитации.

На практике одновременное генерирование ультразвука обеспечивают путем пропускания пара через генерирующее ультразвук устройство, заставляющее пар колебаться с частотой в ультразвуковом диапазоне.

Генерирующее ультразвук устройство может быть образовано из парового инжектора и полости или из свистка для генерирования пара и ультразвука.

Время обработки сравнительно короткое, предпочтительно несколько секунд.

Ультразвук в паре генерирует такие большие колебания частиц и скорости частиц, что молекулы воды перемещаются то к поверхностям продуктов, то от них. В результате:

1. Мощность подается в виде пара;

2. Паровая зона вокруг продукта непрерывно перемещается для предотвращения конденсации и изоляции.

Естественные микроструктуры в поверхности не препятствуют достижению паром всех микроорганизмов. Это приводит к тому, что:

1. Поверхность продукта нагревается для температуры пара значительно быстрее, чем если бы теплота проводилась через воздушную зону, окружающую продукт.

2. Микроорганизмы, спрятавшиеся в естественных карманах, и споры нагреваются, не повреждая сам продукт.

Во время обработки температура внутри продукта уменьшается как функция от глубины. Это также касается микроорганизмов на поверхности. В биологических продуктах микроорганизмы обычно в несколько раз меньше, чем размер клеток пищевого продукта. Это означает, что микроорганизмы достигают внутренней температуры выше 70°С за время, за которое повышение температуры проникнет лишь на несколько микрометров в поверхность клеток продукта.

Когда после этого обработка завершается, количество энергии, поглощенной клетками продукта, рассеивается и приводит к общему нагреванию продукта. Поскольку объем клеток продукта превосходит объем микроорганизмов, общее количество тепла, наведенного во время обработки, очень мало, а тем самым безвредно для продуктов.

Изобретение также предлагает дезинфицирующее и/или нагревающее устройство для осуществления вышеописанного способа, содержащее паровое устройство для уничтожения микроорганизмов на поверхности твердого продукта, в частности твердого пищевого продукта, причем упомянутое паровое устройство имеет по меньшей мере один проход для пара и отверстие, причем смежно отверстию обеспечена полость, в которую при использовании подают струю водяного пара под сравнительно высоким давлением через проход для пара, при этом водяной пар, выпускаемый из отверстия, приводится в колебание с частотой, предпочтительно ультразвуковой частотой, определяемой полостью, и при этом паровое устройство содержит наружную часть, внутренняя стенка которой определяет наружную стенку прохода для пара, и внутреннюю часть, по существу образующую наружную стенку прохода для пара, а также ограничивающую отверстие, причем указанная полость обеспечена смежно указанному отверстию.

В варианте выполнения полость может находиться на регулируемом расстоянии от отверстия парового устройства.

В альтернативном варианте полость расположена рядом с отверстием и, возможно, выполнена за одно целое с ним.

Предпочтительно наружная и внутренняя части устройства так соединены друг с другом, что водяной пар, подаваемый через проход для пара, направляется к полости по существу таким образом, что водяной пар приводится в колебание с частотой, предпочтительно ультразвуковой частотой, определяемой этой полостью.

Паровое устройство в связи с полостью может представлять собой генератор Хартмана, паровой инжектор или дисковый инжектор.

Паровое устройство может быть выполнено дискообразным или рельсообразным.

Изобретение описывается более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 - выход паровой струи из парового устройства дезинфицирующего аппарата по изобретению;

Фиг.2 - вариант выполнения парового устройства в виде дискообразного дискового инжектора;

Фиг.3 - вид в сечении по диаметру парового устройства на фиг.2;

Фиг.4 - вид парового устройства, выполненного удлиненной формы;

Фиг.5 - паровое устройство того же типа, что и на фиг.4, в форме замкнутой кривой;

Фиг.6 - паровое устройство того же типа, что и на фиг.4, в форме разомкнутой кривой.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения

Показанный на фиг.1 дезинфицирующий аппарат для осуществления способа по изобретению содержит паровое устройство 1 дискообразной формы в виде так называемого дискового инжектора, содержащего наружную часть 5 и внутреннюю часть 6 и показанного в сечении. Находящаяся под давлением вода проходит из паровой камеры 10 через проход 3 для пара, образованный наружной частью 5 и внутренней частью 6, к отверстию 2, из которого пар выбрасывается струей к полости 4, обеспеченной во внутренней части 6. Пар может быть получен из дистиллированной или деминерализованной воды. Если давление пара достаточно высокое, в паре, подаваемом в полость 4, генерируются колебания с частотой, определяемой размерами полости 4. За счет выбора размеров полости 4, например так, чтобы ее естественная акустическая частота составляла 20 - 25 кГц, паровое устройство 1 генерирует акустические колебания из отверстия 2 при условии, что давление пара достаточно высокое. Дальнейшее увеличение давления пара не изменяет частоту в значительной степени, но зато сильно возрастает акустическое давление, нагнетаемое паровым устройством 1. Паровое устройство типа, показанного на фиг.1, способно генерировать ультразвуковые акустические давления до 160 дБ при давлении пара около 4 атмосфер. Паровое устройство 1 может быть выполнено из латуни, алюминия или нержавеющей стали в подходящем нержавеющем материале или в любом другом достаточно жестком материале. Этот материал должен только выдерживать акустическое давление и температуру, которым при использовании подвергается паровое устройство. На фиг.1 показан также способ работы, в котором выпускаемый пар 7 приводится в колебание полостью 4. Выпускаемый колеблющийся пар направляется к нижележащему конвейеру 9, на котором расположены подлежащие дезинфекции продукты 8, к примеру пищевые продукты. Продукты 8 транспортируются с заданной скоростью, соответствующей желательной степени дезинфекции. Выпускаемый колеблющийся пар может при желании использоваться для дезинфекции семян.

Возможный вариант выполнения парового устройства по изобретению, так называемый дисковый инжектор, показан на фиг.2. Паровое устройство 1 содержит кольцевую наружную часть 5 и цилиндрическую внутреннюю часть 6, в углублении которой имеется кольцевая полость 4. Через кольцевой паровой проход 3 пар может выпускаться в кольцевое отверстие 2, из которого он может передаваться в полость 4. Наружная часть 5 может регулироваться относительно внутренней части 6, например, с использованием резьбы или иного регулировочного устройства (не показано) в дне наружной части 5, которая, кроме того, может содержать крепежное средство (не показано) для фиксации наружной части 5 относительно внутренней части 6, когда между ними достигается желательный промежуток. Предпочтительные размеры парового устройства, показанного на фиг.2, могут быть такими: внешний диаметр наружной части 5, к примеру, 80 мм, внутренний диаметр обода отверстия 2 около 22 мм, диаметр вершины внутренней части 6, в которой предусмотрена полость 4, около 15 мм, при этом полость имеет внутренний диаметр около 10 мм и ширину в диапазоне от 1,5 до 2 мм. Такое паровое устройство генерирует частоту около 19 кГц при давлении пара 4 атмосферы. Молекулы пара, таким образом, способны мигрировать на расстояние до 36 мкм примерно 19000 раз в секунду при максимальной скорости 4,5 м/с.Эти значения включены сюда, чтобы просто дать представление о размере и пропорциях парового устройства, но не для ограничения изобретения показанным вариантом выполнения.

На Фиг.3 показано сечение парового устройства 1 по фиг.2, чтобы более ясно показать форму отверстия 2, прохода 3 для пара и полости 4. Понятно, что отверстие 2 является кольцевым. Проход 3 для пара и отверстие 2 ограничены по существу кольцевой наружной частью 5 и расположенной в ней цилиндрической внутренней частью 6. Паровая струя, выпускаемая из отверстия 2, ударяет в по существу круглую полость 4, образованную во внутренней части 6, а затем выходит из парового устройства 1. Как упомянуто выше, наружная часть 5 ограничивает проход 3 для пара и скошена под углом около 30° по наружной поверхности своей внутренней периферии, образующей отверстие парового устройства, из которого с расширением может выпускаться паровая струя. Вместе с соответствующим скосом около 60° на внутренней поверхности внутренней периферии, вышеуказанный скос образует остроугольный окружный край, ограничивающий отверстие 2 снаружи. Внутренняя часть 6 имеет на своей наружной периферии скос около 45°, обращенный к отверстию и ограничивающий отверстие 2 изнутри. Наружная часть 5 может регулироваться относительно внутренней части 6, посредством чего можно регулировать давление паровой струи, бьющей в полость 4. Вершина внутренней части 6, в которой углублена полость 4, также скошена под углом около 45°, чтобы позволить колеблющейся паровой струе расширяться в отверстии парового устройства.

В качестве возможного варианта выполнения парового устройства дезинфицирующего аппарата на фиг.4 показано удлиненное рельсообразное устройство 1, причем упомянутое устройство функционально эквивалентно вариантам выполнения, показанным на фиг.1 и фиг.2, соответственно. В этом варианте выполнения наружная часть устройства содержит две раздельные рельсообразных части 5а и 5b, которые совместно с рельсообразной внутренней частью 6 образуют паровое устройство 1. Между двумя частями 5а и 5b наружной части и внутренней частью 6 предусмотрены два прохода 3а и 3b для пара. Каждый из упомянутых проходов для пара имеет отверстия 2а, 2b, проводящие выпускаемый пар из проходов 3а и 3b для пара в две полости 4а, 4b, обеспеченные во внутренней части 6. Преимущество этого варианта выполнения состоит в том, что устройство рельсообразной формы способно покрыть значительно бульшую поверхность, чем устройство круглой формы. Другое преимущество этого варианта выполнения состоит в том, что паровое устройство можно выполнить из экструдированного алюминия, благодаря чему снижается стоимость материалов.

Вариант выполнения парового устройства, показанный на фиг.4, не обязан быть прямолинейным. На Фиг.5 показано рельсообразное устройство 1, выполненное в виде трех круглых раздельных колец. Наружное кольцо определяет самую внешнюю наружную часть 5а, среднее кольцо определяет внутреннюю часть 6, а внутреннее кольцо определяет самую внутреннюю наружную часть 5b. Эти три части парового устройства вместе образуют поперечное сечение, показанное на фиг.4, в котором во внутренней части имеются две полости 4а и 4b и в котором пространство между самой внешней наружной частью 5а и внутренней частью 6 определяет наружный проход 3а для пара и наружное отверстие 2а соответственно, а пространство между внутренней частью 6 и самой внутренней наружной частью 5b определяет внутренний проход 4b для пара и внутреннее отверстие 2b, соответственно. Этот вариант выполнения парового устройства способен за один прием покрыть очень большую площадь и, таким образом, способен обрабатывать поверхность больших продуктов, таких как пищевые продукты, например целые сыры, большие овощи и полутуши.

Как показано на фиг.6, паровое устройство этого типа также может иметь форму разомкнутой кривой. В этом варианте выполнения функциональные части устройства соответствуют частям, показанным на фиг.4, а дальнейшие детали поясняются в этой части описания. Паровое устройство, выполненное в виде разомкнутой кривой, применимо, когда микроорганизмы подлежат удалению с поверхностей продуктов необычной формы. Предусмотрена система, в которой множество паровых устройств, выполненных в форме разных разомкнутых кривых, расположены в дезинфицирующем аппарате по изобретению и используются в широком диапазоне различных применений.

В общем, дезинфицирующий аппарат может использоваться совместно с паром жидкости, а не обязательно с водяным паром. Дезинфицирующий аппарат может, например, использоваться со спиртом. В последнем случае в жидкость могут быть добавлены различные добавки, возможно газообразные.

Хотя дезинфицирующий аппарат по изобретению описан выше со ссылкой на дезинфекцию поверхности пищевых продуктов, изобретение не ограничивается этим применением. Примеры других возможных применений изобретения включают дезинфекцию поверхностей изделий, дезинфекцию хирургических инструментов, поверхностную активацию продуктов в связи с химическими технологиями и в фармацевтической промышленности или очистку пищевых упаковок перед их использованием.

Изобретение можно, кроме того, использовать на скотобойнях, в целом, в пищевом производстве, в операционных, в особо «чистых» комнатах, в биотехнологических лабораториях и помещениях для домашнего скота и т.д.

Аппарат не обязательно является стационарным, но также может быть мобильным.