УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к устройствам для тепловой обработки жидких сред или продуктов и может быть использована в медицинской и пищевой промышленности для обработки жидкостей медико-биологического назначения и жидких пищевых продуктов с целью дезактивации микроорганизмов.
Из уровня техники известно устройство для тепловой обработки жидких пищевых продуктов с целью уничтожения вредных микроорганизмов путем непосредственного смешивания продукта с греющей средой в условиях нагрева конденсирующимся паром со скоростью не менее 1400°С/с для пастеризации и не менее 7600°С/с для стерилизации до температуры, не превышающей температуру качественных изменений в жидком продукте. При этом жидкий продукт распыляют до диаметра капель не более 0,3 мм (см. RU 2052967 С1, A23L 3/16, 27.01.1996). Устройство обеспечивает высокоэффективную тепловую обработку жидких продуктов с высокими показателями качества благодаря тому, что поражающим фактором для микроорганизмов является скорость изменения температуры (высокоскоростной кратковременный тепловой удар), при которой эффект пастеризации/стерилизации для конкретного жидкого продукта достигается при более низкой температуре, не превышающей температуру качественных изменений в нем. Устройство реализуется в пастеризаторе, который содержит распылитель пастеризуемого жидкого продукта, камеру пастеризации, сопловый аппарат для подачи пара, парогенератор, камеру охлаждения (охладитель) и вакуумный насос.
Недостатком устройства является разбавление продукта конденсатом, что отражается на органолептической и физико-химической стабильности обрабатываемых жидких продуктов и не гарантирует необходимой микробиологической стабильности в отношении устойчивых форм микроорганизмов.
9
Наиболее близким по технической сущности является устройство для тепловой обработки жидких продуктов путем непосредственного смешения с греющей средой в условиях нагрева со скоростью не более 1100°С/с до температуры, не вызывающей качественных изменений в продукте (RU 2277834, A23L 3/16, 20.06.2006). Скорость изменения давления для жидкого продукта при его распылении составляет не менее 10 Па/с, причем скорость капель составляет не менее 10 м/с.Нагрев ведут в условиях низкого давления ненасыщенным паром, который подают в том же направлении. Устройство для осуществления способа тепловой обработки жидких продуктов состоит из камеры с распылителем, парогенератора, камеры охлаждения и вакуумного насоса и дополнительно включает пароперегреватель, а камера с распылителем дополнительно содержит блок контроля вакуума, обеспечивающий поддержание давления на уровне 0,25 Па.
Однако это устройство также не исключает возможности разбавления продукта конденсатом, что отражается на физико-химических свойствах жидких медицинских сред и органолептических характеристиках пищевых продуктов. При этом устройство включает в себя вакуумных насос и блок контроля вакуума, которые являются дорогостоящими элементами.
Задачей полезной модели является создание дешевого высокоэффективного устройства для тепловой обработки жидкостей, обеспечивающего их микробиологическую, физико-химическую и органолептическую стабильность и полностью исключающее их разбавление.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении степени дезактивации микроорганизмов обработанной жидкости при сохранении стабильности ее качественных показателей.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для тепловой обработки жидкостей содержит камеру распыления, снабженную пневматической форсункой, емкость для обрабатываемой жидкости, соединенную с форсункой посредством трубопровода, на котором установлен насос для подачи жидкости в камеру распыления, и резервуар для рабочего газа, инертного по отношению к обрабатываемой жидкости, соединенный с форсункой посредством трубопровода, на котором установлен подогреватель рабочего газа.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации полезной модели за счет того, что:
- устройство дополнительно содержит по меньшей мере одну емкость для сбора обработанной жидкости, соединенную с камерой распыления,
- диаметр сопла пневматической форсунки составляет не более 0,5 мм,
- устройство дополнительно содержит клапан регулировки давления газа, установленный на трубопроводе, соединяющем резервуар для рабочего газа и форсунку,
9
- устройство выполнено с возможностью уменьшения давления жидкого продукта при его распылении со скоростью не менее 10 Па/с,
- устройство выполнено с возможностью нагрева обрабатываемой жидкости до температуры не более 60°С в течении не более 5 с.
Использование пневматической форсунки, в которую подается обрабатываемая жидкость и подогретый инертный рабочий газ, позволяет значительно повысить степень дезактивации микроорганизмов в жидкости при сохранении стабильности ее качественных показателей (органолептичеких, физико-химических и др. свойств). Это преимущество достигается за счет синергетического эффекта, заключающегося в сочетании резкого изменения давления жидкости (в сторону меньшего давления) в процессе его распыления форсункой и кратковременного нагрева жидкости в форсунке. Данные факторы обусловлены конструкцией предлагаемого устройства.
Использование нагретого рабочего газа, инертного по отношению к обрабатываемой жидкости, в совокупности с конструктивными элементами устройства позволяет создать условия, при которых не происходит разбавления жидкого продукта, и, следовательно, отсутствует необходимость его последующего удаления, сопряженного с дополнительными технологическими трудностями и энергозатратами (размещением вакуумного насоса и камеры охлаждения и т.д.).
Кроме того, дополнительное включение в устройство насоса для подачи обрабатываемой жидкости обеспечивает регулировку скорости ее подачи в пневматическую форсунку.
Заявленное устройство схематично показано на фиг.1.
Устройство содержит емкость 1 для обрабатываемой жидкости (жидкого продукта), камеру распыления 2, снабженную пневматической форсункой 3 для распыления жидкости, резервуар 4 для рабочего газа, инертного по отношению к обрабатываемой жидкости и, при необходимости, по меньшей мере одну емкость (5, 6) для сбора обработанной жидкости, соединенную с камерой распыления 2. Емкость 1 соединена с форсункой 3 посредством трубопровода 7, на котором установлен насос 8 для подачи обрабатываемой жидкости в камеру распыления 2. Резервуар 4 для рабочего газа соединен с форсункой 3 трубопроводом 9, на котором установлен клапан регулировки давления 10 и нагреватель газа 11.
Диаметр пневматической форсунки, предпочтительно, составляет не более 0,5 мм.
9
При этом конструкция устройства, предпочтительно, должна обеспечивать изменение (уменьшение) давления продукта в процессе распыления со скоростью не менее 10 Па/с, а также нагрев обрабатываемой жидкости до температуры не более 60°С в течение не более 5 секунд. Такой режим работы устройства обеспечивает наилучшие условия дезактивации микроорганизмов в жидком продукте. Однако достижение технического результата возможно и при других режимах работы.
Устройство работает следующим образом.
9
Обрабатываемую жидкость из емкости 1 насосом 8 через трубопровод 7 подают во внутреннюю цилиндрическую часть пневматической форсунки 3 при температуре 20°С.Одновременно из резервуара 4 по трубопроводу 9 в наружный цилиндр пневматической форсунки 3 подают рабочий газ, который предварительно подогревают в нагревателе 11, причем расход газа регулируется клапаном 10. В пневматической форсунке 3 осуществляется кратковременный нагрев обрабатываемой жидкости газом и ее распыление. При этом жидкость нагревается до температуры, не вызывающей в ней качественных изменений, что регулируется скоростью прохождения жидкости через форсунку, а также расходом и температурой газа. Жидкость распыляется посредством форсунки 3, предпочтительно, при скорости изменения (уменьшения) ее давления в процессе прохождения сопла форсунки 3 не менее 10 Па/с и скорости распыляемых капель, составляющей не менее 10 м/с. Диаметр образующихся капель при этом составляет не более 0,05 мм. Распыляемая жидкость быстро охлаждается в камере 2 и поступает в емкости 5 и 6 для обработанной жидкости.
Устройство может работать при атмосферном давлении. Перепад (уменьшение) давления при распылении в пневматической форсунке является естественным процессом и не требует создания высокого давления при подаче жидкости.
Пример 1.
8
Жидкая плазма крови, находящаяся в емкости 1 при температуре 20°С, подается насосом 8 во внутреннюю цилиндрическую часть пневматической форсунки 3. Давление на выходе насоса 8 составляет 2 атм. Из баллона (емкости 4) с газообразным аргоном, расход которого регулируется клапаном 10, через нагреватель газа 11 во внешнюю часть пневматической форсунки 3 подается аргон при температуре 100°С и давлении 5 атм. Диаметр выходного сопла пневматической форсунки составляет 0,3 мм. Средний диаметр капель жидкого продукта, которые образуются при его распылении, составляет около 0,04 мм. Скорость обработки составляет 0,1 л/час. Скорость изменения (уменьшения) давления для плазмы крови при распылении в результате прохождения сопла форсунки 3 составляет 0,5-10 Па/сек. Нагретый в форсунке 3 продукт имеет температуру 55°С и после распыления быстро охлаждается в камере 2 до 20°С в течение 3 сек. и направляется в сборные емкости 5 и 6.
Результаты обработки плазмы крови с внесенной культурой E.coli приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Группы микроорганизмов
E.coli до обработки
E.coli после обработки
Содержание в 1 мл плазмы крови
3,9×10<sup>7</sup>
0
Пример 2.
Способ осуществляли, как описано в примере 1, однако в качестве жидкого продукта использовали свежее молоко.
Результаты микробиологического исследования образцов молока до и после тепловой обработки, подтверждающие эффективность заявляемых способа и устройства, представлены в табл.2.
Таблица 2
Результаты микробиологического исследования свежего молока
Группы микроорганизмов КОЕ в 1 мл
До обработки
После обработки
БГКП
6
0
Бактерии
3,6×10<sup>3</sup>
0
КМАФАнМ
4,2×10<sup>4</sup>
8,7×10<sup>2</sup>
Описанные выше примеры не охватывают весь объем заявленной полезной модели, которая может также быть использована для тепловой обработки и других жидких продуктов (сред), в частности медико-биологических жидких сред, таких как продукты и препараты крови, вакцины, плазма крови и т.д.
Предлагаемое устройство позволяет обрабатывать различные жидкости с сохранением необходимых микробиологических, физико-химических и органолептических свойств, что позволяет увеличить, в частности, сроки хранения жидкости. При этом обеспечивается повышение эффективности тепловой обработки, в частности повышение уровня дезактивации микроорганизмов при сохранении состава и полезных свойств жидкого продукта на уровне состава и свойств исходного, что является особенно важным при обработке продуктов и препаратов крови, а также при промышленном производстве жидких пищевых продуктов.