СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТА ПУТЕМ МИКРОПАРТИКУЛЯЦИИ ИСХОДНОЙ СМЕСИ
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCT MANUFACTURE BY WAY OF INITIAL MIXTURE MICROPARTICULATION

Изобретение касается способа производства продукта путем микропартикуляции исходной смеси, содержащей сывороточные протеины, в частности, микропартикуляции ретентатов фильтрации, а также устройства для осуществления этого способа.
При этом осуществляется комбинированная термическая и механическая обработка, а также при необходимости другая термообработка концентратов протеинов, таких как, например, ретентатов фильтрации, в частности, сывороточных протеинов в ультрафильтрационных сывороточных концентратах.
Целью микропартикуляции является производство ретентатов фильтрации, таких как, например, частиц сывороточных с размерами в диапазоне нескольких микрометров. Это достигается путем комбинирования индуцированного нагревом денатурирования и агрегатирования сывороточных протеинов при непрерывной механической обработке, такой как, например, сдвиг частиц. То есть для процесса партикуляции используют наложение двух противодействующих процессов агрегатирования и дробления частиц, чтобы получить определенное распределение размеров частиц.
Путем микропартикуляции ретентат фильтрации, т.е. например, агрегат сывороточного протеина, может быть адаптирован к специальным требованиям для продуктов разного рода. Например, сывороточные протеины в виде агрегатов в диапазоне размеров менее микрона могут интегрироваться в матрицу сыра. При применении способа для производства сыра, например, повышается выход продукта из молочного сырья и улучшаются текстурные свойства, в частности, сыров с пониженным содержанием жира как продукта.
Значительное повышение выхода может быть также достигнуто при производстве молодого сыра. Полученные путем микропартикуляции агрегаты в определенном, как можно более узком диапазоне размеров, могут, например, также аналогичным образом использоваться при производстве молочных десертов или сливочного или молочного мороженого. У этих продуктов решающую роль для образования желе играет, в частности, содержание сахара в обрабатываемом растворе. Также применение взамен традиционного нагрева молока для йогурта или нагрева молока в сырном котле, например, для творога является областью применения для продуктов с природными или только слегка повышенными значениями содержания сывороточных протеинов.
Устройство для микропартикуляции известно, например, из диссертации «Термическое денатурирование и агрегатирование сывороточных протеинов в ультрафильтрационных сывороточных концентратах - кинетика реакции и партикуляция в скребковом теплообменнике», вышедшей в издательстве Shaker Verlag под номером ISBN 3-8265-6233-Х в 1999 году.
В известном из этой диссертации устройстве для микропартикуляции как процесс термообработки, так и процесс механической обработки, то есть механического измельчения, частиц осуществляется одновременно в одном и том же аппарате совмещенным образом. При этом используется скребковый теплообменник, в который вводятся сывороточные протеины из ультрафильтрационного сывороточного концентрата. В скребковом теплообменнике ультрафильтрационный сывороточный концентрат, с одной стороны, нагревается за счет передачи тепла на теплопередающей поверхности, то есть теплообменнике скребкового теплообменника. С другой стороны, вращающиеся внутри скребкового теплообменника скребки создают усилие сдвига, благодаря которому обеспечивается механическое измельчение частиц из ультрафильтрационного сывороточного концентрата. Скребковые теплообменники также физически ограничены по скорости, сдвига.
У скребковых теплообменников для микропартикуляции процесс нагрева, который вызывает агрегатирование частиц, непосредственно связан с процессом механического измельчения частиц. Так, передача тепла ретентату фильтрации может варьироваться только путем повышения частоты вращения скребков, что, однако, неизбежно приводит также к изменению эффекта механического измельчения. Поэтому невозможно оказывать воздействие на противоположные процессы агрегатйрования, вызванного термообработкой, и измельчения, вызванного механической нагрузкой сдвига, как на независимые параметры процесса. Недостаток при этом заключается в том, что у скребковых теплообменников имеется только ограниченная возможность получения частиц в предварительно выбранном узком диапазоне размеров. Для получения частиц в диапазонах особо малых размеров, равных нескольким микронам, ротор со скребками должен работать с очень высокой скоростью вращения. Недостаток при этом заключается в том, что износ скребкового теплообменника особенно велик. Кроме того, работа с высокой скоростью вращения приводит к повышенному расходу энергии. Кроме того, известные установки имеют очень большой объем, так что нагрев и денатурирование из-за разного времени нагрева и агломерации обычно приводит к времени тепловой выдержки продукта от 30 с до 120 с.
Для улучшения микропартикуляции в WO 2006/024395 А1 предлагается в устройстве для микропартикуляции ретентатов фильтрации, снабженном скребковым теплообменником, после прохождения через скребковый теплообменник пропускать продукт через гомогенизатор и таким образом осуществлять дополнительную, независимую от скребкового теплообменника механическую обработку продукта. Однако полное разделение механической и термической обработки при этом не достигается, так как в скребковом теплообменнике две этих обработки не разделены.
В основу изобретения положена задача, предложить способ и устройство для производства продукта, в частности молочного продукта, путем микропартикуляции исходной смеси, с помощью которых предотвращаются недостатки уровня техники, в частности, при которых путем включающей в себя механическую обработку и термообработку микропартикуляции рецептур на базе ретентатов фильтрации, в частности, сывороточных протеинов в ультрафильтрационных сывороточных концентратах обеспечивается возможность особенно высокого выхода частиц с высокой водоудерживающей способностью и кремистые свойства продукта при экономном расходовании ресурсов.
Эта задача решается с помощью способа и устройства согласно независимым пунктам патентной формулы изобретения. Зависимые пункты представляют собой предпочтительные варианты осуществления изобретения.
В предлагаемом, согласно изобретению, способе (способ микропартикуляции) производства продукта путем микропартикуляции исходной смеси, содержащей сывороточные протеины, осуществляются следующие технологические шаги:
- приготовление исходной смеси, например, в баке или непосредственно в виде ретентата фильтра из микрофильтрационной установки,
- подача исходной смеси, например, из бака в диспергатор (диспегрирующее устройство), при этом в диспергаторе вращающимся ротором, который находится во взаимодействии со статором, предпочтительно постоянно, создаются усилия сдвига для механической обработки исходной смеси, и
- вывод микропактикулированного продукта из диспергатора. Продуктом называется обработанная в диспергаторе исходная смесь, т.е. исходная смесь, после ее обработке в диспергаторе.
В частности, осуществляется прямой паровой нагрев продукта посредством диспергатора. Благодаря введенному в продукт при прямом паровом нагреве водяному пару может произойти разбавление продукта водой, составляющее от одного до трех объемных процентов по сравнению с исходной смесью.
Итак, в соответствии с изобретением с помощью системы ротор/статор осуществляется сдвиг частиц в исходной смеси и, тем самым, механическая обработка, т.е. измельчение и/или растяжение частиц. Такое диспергирующее устройство работает с высокими скоростями сдвига.
Благодаря взаимодействию ротора со статором исходная смесь продавливается по меньшей мере через один зазор, предпочтительно с шириной зазора в миллиметровом диапазоне, т.е., например, от 1 до 5 мм.
Процесс осуществляется предпочтительно при температурах, равных от 60°С до 100°С.
Чтобы в значительной степени исключить проблемы фагов, при применении микропартикулята, т.е. продукта, произведенного предлагаемым изобретением способом, для сквашивающихся продуктов температура поддерживается в диапазоне свыше 90°С.
Под исходной смесью, содержащей сывороточные протеины, понимается исходная смесь, в которой имеется значительное количество, т.е. достаточная концентрация сывороточных протеинов. Под исходной смесью понимается рецептура, т.е. смесь компонентов.
Итак, в предлагаемом изобретением способе микропартикуляции применяется устройство для механической обработки, которое выполнено в виде диспергирующего устройства, снабженного ротором и статором.
Как правило, достаточно и одной выполненной в области ротора зоны диспергирования, однако, для особых продуктов могут быть предпочтительны многоступенчатые диспергирующие головки. Посредством системы ротор/статор возможно осуществление практически любого измельчения частиц в исходной смеси. Независимая от механической обработки, т.е. независимо управляемая термическая обработка осуществляется путем прямого парового нагрева. При этом пар, который предпочтительно получается из молочного продукта, вводится непосредственно в продукт (инъецируется). Таким образом можно достичь быстрого и полного нагрева продукта, позволяющего регулировать размеры частиц в продукте при процессах агломерации.
Прямой паровой нагрев приводит к тому, что вся масса продукта одновременно нагревается, и продукт на поверхности теплообменника не испытывает более высокую термическую нагрузку, чем продукт в центре трубы, как при опосредствованном способе нагрева. Это предпочтительно приводит к улучшению выхода и уменьшению рассеяния размеров частиц.
Уникальным является режим времени выдержки предлагаемого способа по сравнению со способами, известными из уровня техники. Благодаря одновременному нагреву всего молочного потока, а не только частичного потока, направленного к наружной стенке теплообменника, возможно управление температурой в гораздо более широком спектре, чем при известных способах с теплообменником. При этом случаи пригорания продукта исключены. При этом возможно получение частиц, которые, в частности, при введении в сыр не оказывают негативного влияния на его способность к нарезанию. Это является существенной проблемой при применении микропартикулятов в полном объеме по уровню техники. Диапазон концентрации сывороточных протеинов в исходном материале, т.е. в исходной смеси, подлежащей микропартикуляции с помощью предлагаемого изобретением способа, при предлагаемом способе может варьироваться в пределах 1,5%-30% (весовых процентов), в частности, возможна переработка исходных смесей, содержащих свыше 5 вес.% сывороточных протеинов. Это значит, что в соответствии с изобретением возможна переработка значительно большего спектра исходных смесей, чем при известных до сих пор способах.
Для усовершенствования изобретения инъецированный пар получается, на выбор, с помощью парогенератора непрямого действия из обратноосмотического пермеата устройства обратного осмоса, интегрированного в фильтрационную установку для концентрата протеина, или из другой подготовленной воды. Применение непрямого пара может быть предпочтительно возможным на производствах, на которых получение пара происходит таким образом, что пар не может или не должен инъецироваться непосредственно в пищевые продукты.
Предлагаемый изобретением способ является особенно энергосберегающим, а устройство для осуществления предлагаемого способа работает с особенно малым износом. Предлагаемый способ может осуществляться в устройстве с очень малыми инвестициями, благодаря чему при осуществлении предлагаемого способа могут быть сильно уменьшены потери при пуске и останове по сравнению с существующими способами. Объем инвестиций может составлять только приблизительно 20% от объема инвестиций известных сравнимых систем. Благодаря небольшому объему инвестиций, предлагаемый изобретением способ, подходит также, в частности, для режима периодического пуска-останова, например, при добавлении в сыроизготовители или в промышленности по производству мороженого. Возможно, например, индивидуальное оптимизированное по рецепту производство микропартикулятов, например, при наличии различных содержаний сывороточных протеинов в сырье и различных параметров нагрева и сдвига.
В соответствии с изобретением для микропартикуляции предлагается способ без скребкового теплообменника со значительно более высокими скоростями сдвига, чем в способах, известных из уровня техники. Благодаря этому возможно не только производство микропартикулированных ретентатов фильтрации, но и микрогелей всех видов на основе сывороточных протеинов. Микрогели могут производиться как на основе взаимодействий сывороточных протеинов, сывороточных протеинов и Сахаров, так и сывороточных протеинов и казеина. Применение способа подходит для гораздо большего диапазона концентраций сывороточных протеинов в исходной смеси и возможно также для обработки готовых рецептур продуктов вместо промежуточных продуктов. Репрезентативная скорость сдвига известных процессов со скребковыми теплообменниками лежит в диапазоне, равном от 500/с до 3000/с.С помощью диспергатора, применяемого в предлагаемом изобретением способе, снабженного системой из ротора и статора, могут достигаться скорости сдвига, равные от 500/с до 5000000/с, то есть, в частности, скорости сдвига от более 3000/с до 5000000/с.Поэтому спектр достижимых свойств желе, рабочей температуры, а также концентрации в исходном материале гораздо шире, чем при всех известных до сих пор способах.
Предпочтительно исходная смесь между баком и диспергатором проходит через теплообменник, в частности, предназначенный для предварительного нагрева до температуры, равной от 70° до 90°С, и/или через гомогенизатор.
При этом дополнительное устройство для термообработки, т.е. теплообменник, расположено выше по потоку от устройства для механической обработки. Благодаря этому на первом этапе происходит агрегатирование сывороточных протеинов в исходной смеси. Только после того, как этот процесс агрегатирования закончен, при выбираемых очень точно и независимо от процесса нагрева параметрах происходит механическое измельчение агрегатов.
После вывода из диспергатора продукт может предпочтительно проходить через теплообменник или охладитель. С помощью теплообменника может осуществляться тепловая выдержка продукта после прохождения через диспергатор.
Итак, при предлагаемом изобретением способе микропартикуляции, если оба указанных теплообменника выполнены в виде противоточных теплообменников, может дополнительно осуществляться теплообмен между исходной смесью, например, содержащимся в ней ретентатом фильтрации, и конечным продуктом микропартикуляции.
Теплообменник может представлять собой пластинчатый теплообменник для теплообмена между ретентатами фильтрации в конечном продукте микропартикуляции. При этом энергетически особенно выгодном варианте ретентат фильтрации предварительно нагревается перед впуском в диспергатор или в какое-либо другое устройство для термообработки, при этом одновременно конечный продукт микропартикуляции может продолжать охлаждаться. В частности, гарантируется, что в конечном продукте не протекают нежелательным образом никакие другие процессы агрегатирования.
После вывода продукта из диспергатора для определенных продуктов, например, для производства рикотты, может осуществляться горячая фасовка продукта. Поддержание в горячем состоянии может осуществляться с возвратом продукта в диспергатор или без.
В частности, в случае производства в качестве продукта предлагаемого способа промежуточного продукта, подлежащего дальнейшей переработке/ продукт может подводиться в линии без охлаждения к другому промежуточному продукту, например, молоку для производства сыра. Также в случае производства высоковязкого продукта может быть предпочтительной горячая фасовка без охлаждения или только с небольшим охлаждением продукта после вывода из диспергатора. Продукт может также непосредственно после своего выхода из диспергатора подаваться к распылительной сушилке или к системе охлаждения мгновенного действия.
Очень предпочтительно, если исходная смесь перед диспергатором проходит через подающий насос, а продукт после диспергатора проходит через отводящий насос, при этом относительное падение напора регулируется с помощью частоты вращения подающего и отводящего насосов.
Точное регулирование установки, т.е. устройства, предназначенного для осуществления предлагаемого способа, возможно по существу посредством трех параметров. Путем регулирования частоты вращения ротора можно оптимизировать сдвиг продукта. Чрезвычайно точное управление температурой может быть обеспечено посредством парового регулировочного клапана прямого парового нагрева. С помощью относительного падения напора в установке, регулируемого посредством частоты вращения подающего и отводящего насоса, возможно точное регулирование давления в зоне смешивания или, соответственно, в зоне сдвига.
Благодаря точному регулированию относительного падения напора предотвращается пригорание продукта, вследствие чего, в частности, оптимизируется возможный срок эксплуатации между двумя чистками. Кроме того, в частности, температурные программы с сильным нагревом, как правило, требуют более высокого относительного падения напора, чем щадящие способы нагрева.
Предлагаемый способ подходит, в частности, для микропартикуляции исходной смеси, если исходная смесь содержит ретентат фильтрации, в частности, ультрафильтрационный сывороточный концентрат на основе сывороточных протеинов, или состоит из него. Такие ретентаты фильтрации могут подмешиваться, в частности, к молочным продуктам без потерь качества, или молочные продукты могут полностью производиться из них.
При предлагаемом способе микропартикуляции ретентаты фильтрации, в частности, сывороточные протеины в ультрафильтрационных сывороточных концентратах подвергаются механической обработке и термообработке (процесс нагрева), при этом термообработка и механическая обработка в пространственном и временном отношении происходят практически одновременно, будучи ограниченными узким временным окном. Регулирование параметров сдвига при механической обработке и процесса нагрева осуществляется при этом абсолютно независимо друг от друга.
Предлагаемое устройство (устройство для микропартикуляции), предназначенное для осуществления предлагаемого способа производства продукта путем микрпартикуляции исходной смеси, содержащей сывороточные протеины, содержит:
- бак для приготовления исходной смеси,
- диспергатор и систему трубопроводов, предназначенную для подачи исходной смеси из бака в диспергатор, при этом в диспергаторе имеется диспергирующая камера, снабженная ротором и статором, так что в диспергаторе вращающийся ротор, который находится во взаимодействии со статором, предпочтительно постоянно, создает усилия сдвига для механической обработки исходной смеси, при этом
- предпочтительно предусмотрен прямой паровой нагрев продукта, при этом предпочтительно диспергатор включает в себя предпочтительно отделенную от системы подачи исходной смеси систему подачи пара, предназначенную для прямого парового нагрева продукта, и
- систему отводящих трубопроводов, предназначенную для вывода микропартикулированных продуктов из диспергатора.
Предпочтительно предусмотрено регулировочное устройство, служащее для регулирования парового потока прямого парового нагрева, причем путем этого регулирования может осуществляться контролируемое управление температурой прямого парового нагрева продукта. То есть регулировочное устройство регулирует паровой поток и позволяет осуществлять контролируемое управление температурой.
В предлагаемом изобретением устройстве для микропартикуляции устройство для термообработки может быть выполнено в виде устройства прямого парового нагрева в диспергаторе. В диспергаторе вращающийся ротор, который совместно со статором, постоянно создает усилия сдвига. Благодаря отдельной подаче пара и продукта таким образом, что смешивание и вместе с тем нагрев осуществляется непосредственно в области перед зоной сдвига, обеспечен оптимальный нагрев без образования осадка, т.е. отложений в диспергаторе. Устройство прямого парового нагрева представляет собой устройство для термообработки исходной смеси или, соответственно, продукта. Это приводит к очень эффективной передаче тепла при небольшой термической нагрузке, в частности, у чувствительных продуктов, а также к значительному улучшению сроков службы по сравнению с устройствами согласно уровню техники.
Таким образом, в предлагаемом устройстве для микропартикуляции, включающей в себя механическую обработку и термообработку ретентатов фильрации, в частности, сывороточных протеинов в ультрафильтрационных концентратах, предусмотрено отдельное регулируемое устройство для термообработки, а также отдельное регулируемое устройство для механической обработки в одном комбинированном устройстве, т.е. в диспергаторе с прямым паровым нагревом. Таким образом, предпочтительно возможно целенаправленное варьирование как нагрева, так и механической обработки как независимых друг от друга параметров. Благодаря этому возможно точное получение желаемого диапазона размеров частиц. Выход частиц в пределах оптимального спектра размеров частиц, таким образом, предпочтительно улучшается. Благодаря тому, что предусмотрено отдельное устройство для механической обработки, возможен предварительный выбор желаемого распределения частиц в большем диапазоне, чем в уровне техники. Кроме того, предпочтительно, что можно обойтись без дорогих компонентов установки, таких как скребковые теплообменники или гомогенизаторы. Это позволяет при повышенном качестве получить более низкие инвестиционные и эксплуатационные затраты, а также сократить время технического обслуживания и уменьшить затраты на техническое обслуживание.
В особом варианте осуществления изобретения в роторе и/или статоре имеется сквозной зазор в пределах нескольких миллиметров. Это дает то преимущество, что каждый ретентат фильтрации, который прошел через устройство, имеет максимальный размер частиц, заданный шириной сквозного зазора и сдвигом.
Чтобы получить возможность применения предлагаемого изобретением устройства для микропартикуляции в особенно широкой области предусмотрено, что ширина сквозного зазора выполнена с возможностью варьируемого регулирования с помощью различных вставок. При сохранении указанных свойств, касающихся выбора размера частиц, таким образом, предпочтительно достигается, что среднее значение узкого распределения размеров частиц может смещаться в рамках диапазона по выбору, прежде всего, для различных продуктов. Благодаря этому предлагаемое устройство может быть с успехом адаптировано к обработке ретентатов фильтрации для самых разных случаев применения, что благоприятным образом влияет на экономичность. Так, на одной и той же установке, может, например, нагреваться бактофугат, производиться рикотта, могут нагреваться рецептуры мороженого или йогурта с пониженным содержанием жира или же производиться микропартикулят.
Предпочтительно в системе трубопроводов между баком и диспергатором предусмотреть теплообменник и/или гомогенизатор, с помощью которого возможна гомогенизация вероятных долей жира исходной смеси перед подачей в диспергатор. Этот способ, в частности, предпочтителен в области производства сливочного или молочного мороженого, йогурта/десертов. Но гомогенизация не является обязательно необходимой, если она запрещена, как для биопродуктов.
В зависимости от производимого продукта может быть предпочтительно, если в системе отводящих трубопроводов предусмотрен теплообменник и/или охладитель. Охладитель может использоваться как в качестве предварительного охладителя, так и в качестве глубокого охладителя. В первом случае продукт сразу же подвергается дальнейшей переработке, во втором случае продукт для дальнейшей переработки на продолжительный период времени помещается на промежуточное хранение. Производимый в предлагаемом изобретением устройстве продукт, то есть микропартикулят, в случае применения этого продукта в качестве полуфабриката может подводиться в линии без охлаждения к такому полуфабрикату, как, например, молоко для производства сыра. Высоковязкие продукты могут без охлаждения или только с небольшим охлаждением после получения предлагаемым способом подвергаться горячей фасовке.
Целесообразно предусмотреть в системе трубопроводов перед диспергатором подающий насос, а в системе отводящих трубопроводов после диспергатора - отводящий насос, при этом с помощью частоты вращения подающего и отводящего насоса может регулироваться относительное падение напора. Насосы для подачи и отвода в зависимости от вязкости производимых продуктов могут быть выполнены в виде центробежных или объемных насосов.
Предпочтительно в системе отводящих трубопроводов имеется петля трубопровода и/или предусмотрена рециркуляция, при этом соединение системы отводящих трубопроводов с системой трубопроводов предусмотрено между баком и диспергатором. С помощью петли трубопровода реализован участок выдержки с гомогенным спектром времени выдержки, через который должен проходить продукт.
Предлагаемое изобретением устройство для микропатикуляции может быть адаптировано к особым продуктам, если после устройства термообработки и устройства механической обработки расположен такой участок выдержки, или продукт в процессе рециркуляции многократно проходит через установку. Благодаря этому может быть предпочтительно полностью завершать процесс агрегатирования вне диспергатора, после того как произошло механическое измельчение. Тем самым успешно предотвращается продолжение агрегатирования после осуществленного механического измельчения, что нежелательным образом исказило бы требуемое распределение размеров.
Особенно выгодное усовершенствование предлагаемого способа микропарикуляции получается, когда ретентат фильтрации временно накапливается в участке выдержки. Предпочтительно в комбинации с рециркуляцией при этом благоприятным образом обеспечивается поддержание продукта в горячем состоянии в течение заданного времени на некотором температурном уровне после прохождения через устройство, чтобы таким образом завершить образование агрегатов для как можно более высокой доли ретентата.
Ниже изобретение поясняется подробнее с помощью примеров осуществления со ссылкой на чертежи.
На фиг.1 показано общее изображение конструкции предлагаемого изобретением устройства для микропартикуляции.
На фиг.2 показан один из вариантов осуществления предлагаемого изобретением устройства для микропартикуляции, который особенно хорошо подходит для производства сыра.
На фиг.3 показано изображение одного из вариантов осуществления предлагаемого изобретением устройства для микропартикуляции с горячей фасовкой продукта.
На фиг.4 показано изображение диспергатора с прямым паровым нагревом, применяемого в предлагаемом изобретением способе.
На фиг.5 показано, как осуществляется взаимодействие ротора в диспергаторе, показанном на фиг.4, со статором.
На фигурах предмет изобретения показан сильно схематизированно и без соблюдения масштаба. Отдельные составные части предмета изобретения изображены так, чтобы могла быть хорошо видна их конструкция.
На фиг.1 показано общее изображение конструкции предлагаемого устройства для микропартикуляции. В баке 3 приготавливается исходная смесь 4 (Feed), содержащая сывороточные протеины. Исходная смесь 4 из бака 3 по системе 5 трубопроводов направляется в диспергатор 7. При этом исходная смесь 4 проходит через подающий насос 8. Между подающим насосом 8 и диспергатором 7 расположены два теплообменника 10, 11, один нагреватель 12 и один гомогенизатор 13 в системе 5 трубопроводов, через которые также проходит исходная смесь 4. Направление течения исходной смеси на фигуре символически изображено острием стрелки на системе 5 трубопроводов.
В диспергаторе 7 имеется диспергирующая камера, снабженная ротором и статором, таким образом, что в диспергаторе 7 вращающимся ротором, который находится во взаимодействии со статором, постоянно создаются усилия сдвига, действующие на частицы, имеющиеся в исходной смеси 4. Ротор и статор на фиг.1 показаны только символически перекрещивающимися линиями в диспергаторе 7.
В диспергаторе 7 предусмотрен прямой паровой нагрев 20. Это устройство должно применяться только для производства при исходных смесях с высокой концентрацией сывороточных протеинов. При этом в диспергаторе 7 имеется отдельная от системы 22 подачи исходной смеси, т.е. впускного отверстия для подачи исходной смеси 4 в диспергатор 7, система подачи пара, служащего для прямого парового нагрева продукта. Пар для проведения прямого парового нагрева 20 подается в диспергатор 7 через регулировочный клапан 23.
Предусмотрена система 30 отводящих трубопроводов, предназначенная для вывода микропартикулированного продукта из диспергатора 7. В системе 30 отводящих трубопроводов предусмотрен отводящий насос 32, посредством которого продукт нагнетается к цели 34. Эта цель 34 выполнена, например, в виде установки для фасовки. Положение отводящего насоса в системе является варьируемым и зависит от потери напора в теплообменниках. При высоких значениях потери напора в идеальном случае он будет находиться за диспергатором.
Между диспергатором 7 и отводящим насосом 32 в системе 30 отводящих трубопроводов расположены два теплообменника 10, 11 и один охладитель 35 через которые протекает продукт.Теплообменники 10, 11 являются теми теплообменниками 10, 11, через которые также протекает исходная смесь 4. Теплообменники 10, 11 работают по противоточному методу так, что обеспечивается теплообмен 10, 11 между исходной смесью 4 и микропартикулированным продуктом.
Из бака 3 исходная смесь (Feed) посредством подающего насоса 8 подводится к теплообменнику 10. В теплообменнике 10 исходная смесь предварительно нагревается с помощью уже микропартикулированного продукта. В зависимости от состава исходной смеси, может быть предпочтительна гомогенизация в гомогенизаторе 13. Затем продукт в другом теплообменнике 11 нагревается в противотоке обычно до 70-75°С. В зависимости от состава исходной смеси, теперь выполняется нагрев до температуры сдвига в нагревателе 12 или непосредственно в диспергаторе 7, т.е. в его камере сдвига, или, соответственно, диспергирующей камере, посредством прямого парового нагрева 20 с помощью регулировочного клапана 23. Произведенный в диспергаторе 7 сдвиг в исходной смеси вызывает микрожелатинзацию/партикуляцию исходной смеси 4. Как уже указывалось, охлаждение продукта происходит в противотоке в теплообменниках 10, 11. Если продукт не должен подвергаться дальнейшей обработке в линии, он обычно охлаждается посредством охладителя 35. Важным является отводящий насос 32. В случае противодавления позади диспергатора 7 отводящий насос 32 позволяет точно осуществлять регулировку давления в диспергирующей камере.
Этот рассмотренный процесс содержит все технологические шаги, или, соответственно, все варианты предлагаемого способа, причем для определенных случаев применения всегда выбираются только необходимые технологические шаги. Важным при этом является прохождение через диспергатор 7 и прямой паровой нагрев 20.
На фиг.2 изображен один из вариантов осуществления предлагаемого изобретением устройства для микропартикуляции, который особенно хорошо подходит для производства сыра. В отличие от предлагаемого устройства, показанного на фиг.1, в этом варианте осуществления предусмотрено прохождение только через один теплообменник 10 методом противотока. После прохождения через теплообменник 10 продукт проходит через охладитель 35. Кроме того, не предусмотрен нагреватель, или, соответственно, исходная смесь не подвергается предварительному нагреву перед прохождением через диспергатор 7 и не предусмотрен гомогенизатор и, следовательно, гомогенизация исходной смеси.
Путем добавления микропартикулированного концентрата сывороточного белка WPC35-60 в исходную смесь сухая масса сыра может быть уменьшена более, чем на 2% и возможно производство гораздо более кремистого сыра. Положение отводящего насоса в системе является варьируемым и зависит от относительного падения напора теплообменников. При высоких значениях относительного падения напора в идеальном случае он будет находиться за диспергатором. Регулирование температуры на выходе может осуществляться посредством охладителя/вторичного подогревателя 35 или посредством перепускного вентиля на теплообменнике 10.
На фиг.3 показано изображение одного из вариантов осуществления предлагаемого изобретением устройства для микропартикуляции с горячей фасовкой продукта. Способ пригоден также для прямой загрузки распылительной сушилки. В противоположность вариантам осуществления, показанным на фиг.1 и фиг.2, продукт при этом не проходит через охладитель (максимум через минимальное устройство дополнительного темперирования). Как и в варианте осуществления, показанном на фиг.1, прохождение исходной смеси 4 через нагреватель 12 предусмотрено перед ее подачей в диспергатор 7. Этот вариант предлагаемого изобретением способа пригоден, например, для производства высоковязких продуктов, таких как рикотта. Насос 32 при этом необходим не для всех процессов.
На фиг.4 показан применяемый при предлагаемом изобретением способе диспергатор 7 с прямым паровым нагревом 20. Прямой паровой нагрев 20 образуется впуском, через который водяной пар 55 вводится таким образом, что он вместе с исходной смесью 4, вводимой через систему 22 подачи исходной смеси в диспергатор 7, посредством ротора диспергатора 7 продавливается через статор 51 диспергатора 7. При этом в исходной смеси 4 водяной пар 55 конденсируется, так что продукт, выведенный в систему 30 отводящих трубопроводов из диспергатора 7, по сравнению с исходной смесью 4 несколько разбавлен водой. Направления течений водяного пара 55, исходной смеси 4 и продукта на фиг.4 символически изображены стрелками. Так как ротор вращается внутри статора 51, ротор на фиг.4 скрыт статором 51 и поэтому не изображен.
На фиг.5 показано, как осуществляется взаимодействие ротора 50 со статором в диспергаторе 7 по фиг.4. Здесь также направления течений водяного пара 55, исходной смеси 4 и продукта символически изображены стрелками. Ротор 50 выполнен в виде пластины 57 с надетым зубчатым венцом 58. На фиг.5 показан только один участок ротора 50 с одним зубом 58. Ось вращения ротора 50 располагается вертикально в плоскости чертежа. В статоре 51 имеются зазоры 59, через которые смесь исходной смеси и водяного пара прокачивается ротором 50.
Предлагается способ для производства продукта путем микропартикуляции исходной смеси 4, содержащей сывороточные протеины, и устройство для осуществления этого способа. Способ включает в себя следующие технологические шаги:
- приготовление исходной смеси 4, предпочтительно в баке 3,
- подача исходной смеси 4 в диспергатор 7, при этом в диспергаторе вращающимся ротором, который находится во взаимодействии со статором, постоянно создаются усилия сдвига,
прямой паровой нагрев 20 продукта, предпочтительно посредством прямого парового нагрева 20 в диспергаторе 7, предпочтительно до температуры, равной от 60 до 100°С, и
- вывод микропактикулированного продукта из диспергатора 7.
Изобретение не ограничивается приведенными выше примерами осуществления. Более того, возможно некоторое количество вариантов, которые могут также применяться и при принципиально ином осуществлении признаков изобретения.