УСТРОЙСТВО РОЗЛИВА НАПИТКОВ В ЁМКОСТЬ

Область техники
Изобретение относится к пищевой промышленности, а также может быть использоваться в химической, микробиологической и медицинской, где стоит задача розлива жидкости в емкости, выполненные из материала, температура размягчения которого ниже температуры разливаемого жидкого продукта.
Актуальное значение для пищевой промышленности, особенно, в соковой индустрии, имеет разработка технологий и оборудования, способствующих повышению сроков хранения продуктов, сохранению их химических и физических свойств, что обеспечивается главным образом в результате интенсивного воздействия на микрофлору, а возможность продления срока хранения продуктов во многом осуществляется применением упаковочных материалов и степенью их бактериологической чистоты, а также возможностью фасовки и закупоривания в чистой воздушной среде.
Для соблюдения микробиологической чистоты разлитой и укупоренной жидкости (соки; напитки, содержащие сок; молоко, молочные напитки; напитки, содержащие натуральные добавки) требуется высокая температура разливаемой жидкости, при которой, горячий розлив напитка гарантирует микробную стабилизацию, и не ухудшает показатель качества.
При горячем розливе жидкого продукта происходит термическая обработка внутренней поверхности стенки наполняемой емкости за счет того, что напиток имеет температуру порядка 85-97°С, а после остывания напитка в емкости, наполненной и укупоренной горячим способом, внутри емкости обеспечивается отсутствие бактерий и микроорганизмов, что позволяет хранить напитки в течение длительного промежутка времени (порядка двенадцати месяцев).
Предшествующий уровень техники
Известен способ розлива жидкости (см. Prep. Food, 1981, 150, №1, pp. 76-80, GB), основанный на горячем розливе напитка высокой порядка 90-97°С температуры в стеклянную тару.
Недостаток известного способа является неэкономичность стеклянной тары, что повышает себестоимость этого способа розлива, кроме того, потребительские качества стеклянной тары имеют ряд ограничений по применению, например, в школах, на спортивных мероприятиях, что ограничивает область использования стеклянной емкости
и требуется ее замена на более безопасную упаковку с заполненным безалкогольным напитком.
Известен способ розлива горячего напитка в емкости из модифицированного полиэтилентерефталата, основанный на пастеризации напитка; стерилизации емкостей и крышек емкостей; заполнении емкостей пастеризованным напитком температурой порядка 85-97°С; укупоривании и охлаждении до комнатной температуры.
Этот процесс розлива горячего напитка, при температуре порядка 90°С, разработан с использования специальных видов емкостей, устойчивых к высоким температурам, позволяющий осуществлять горячий розлив напитков в емкость из модифицированного полиэтилентерефталата, без возникновения дефектов емкостей или деформации емкости (см., например, полимерная тонкостенная бутылка, патент US №4877141 МПК B 65 D 23/00, от 31.10.89, изготовленная пневмоформированием из полиэтилентерефталата с 2-осно ориентированной молекулярной структурой и обладающей повышенной стойкостью к внутреннему и наружному давлению после снижения температуры горячего продукта, причем корпус бутылки имеет 6 продольных ребер жесткости и плоских удлиненных вдоль оси бутылки участков, на каждом участке симметрично его геометрическому центру отформовано ромбовидное углубление с верхней и нижней вершиной по большой оси, параллельно оси бутылки, углубление относительно плоскости большого участка не превышает 1 мм, сочетание этих участков с ребрами жесткости позволяет толщине стенки бутылки порядка 0,33-0,35 мм избежать видимой деформации после охлаждения пищевого продукта разлитого при температуре 90°С).
Недостатком розлива в емкости из модифицированного полиэтилентерефталата является его высокая себестоимость из-за сложности производства и дороговизны материалов, а также ограничения в дизайне бутылки.
Известен способ розлива жидкости в емкость (см. Austral. Pag-kag, 1983, 131, №5, р. 21, GB), основанный в наполнении горячего налитка, температурой порядка 95°С, в упаковку типа пакет в коробку из термостойкой пластмассы, обеспечивая надежную асептику процессу и большой срок хранения жидкости без добавки консервантов.
Известен способ розлива напитков в емкости из немодифицированного полиэтилентерефталата (см. патент FR №2772365 МПК В 67 С 03/14, от 18.06.99), основанный на пастеризации напитка; охлаждении пастеризованного напитка до температуры более низкой, чем температура, при которой происходит деформация емкостей; стерилизации емкостей и крышек емкостей; заполнении емкостей
пастеризованным охлажденным напитком; закупоривании стерилизованных и заполненных емкостей и дополнительной пастеризации заполненной и закупоренной емкости при температуре более низкой, чем при деформации емкостей под воздействием избыточного нагревания.
Изготовленный налиток направляется по трубопроводу к установке пастеризации, где жидкость пастеризуется при температуре порядка 96-97°С, в течение 15-45 секунд, после чего напиток охлаждается в установке до температуры порядка 35°С с последующей передачей его по трубопроводу к разливочной установке, причем емкость из немодифицированного полиэтилентерефталата и крышки стерилизуются в "горячей среде" при температуре порядка 85°С и транспортируются к разливочной установке, на которой напиток разливается и емкость закупоривается, после чего заполненные емкости транспортируются к установке для вторичной пастеризации при температуре 65°С в течение 30 минут.
Известный способ довольно сложен из-за многостадийности выполнения операций: пастеризации напитка, охлаждение до очень низкой температуры, отдельная стерилизация бутылок и пробок, розлив при низкой температуре и повторная пастеризация при температуре 65°С, что является не всегда достаточным.
За наиболее близкий аналог принят способ горячего розлива напитка (см. Beverages, 1983, 43, №1, pp. 14-16, GB), основанный в наполнении горячим напитком с температурой 85-97°С, в стеклянную тару на высокопроизводительной линии фирмы Krones AG.
Известному способу так же присущи недостатки горячего розлива в стеклянную тару, указанные выше.
Известно оборудование для розливочной высокопроизводительной линии (см. Food Process, hid., 1979, 48, №557, pp. 51-59, GB), содержащая моечную машину, наполнительный автомат типа Veloce, укупорочную машину и охладитель бутылок с соком в виде однопоточного тоннельного охладителя типа Semonazzi Vesubio IT, фирмы Semonazzi.
Розлив основан на мойке емкостей и подачи на модульном транспортере к разливочной машине, где осуществляется горячее наполнение жидким продуктом (соком) в стеклянную емкость, далее емкость укупоривают и охлаждают в тоннеле.
За наиболее близкий аналог принято устройство горячего розлива напитка (см. Beverages, 1983, 43, №1, pp. 14-16, GB), осуществляющий наполнение стеклянной тары горячей жидкостью.
Высокое качество напитков сохраняется за счет того, что напитки разливаются при высокой температуре порядка 85-97°С, что обеспечивает полную термическую обработку напитком емкости и, укупоренные горячим способом емкости можно хранить длительное время без ухудшения их качества, однако известному способу и устройству присущи недостатки горячего розлива в стеклянную тару (см. выше).
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение и удешевление процесса горячего розлива при требуемой высокой биологической чистоте разливаемого напитка, осуществляемого в емкость из немодифицированного полиэтилентерефталата.
Раскрытие изобретения
Указанная техническая задача решается за счет того, что в способе розлива напитков, заключающемся в том, что емкость заполняют горячей жидкостью, наружную поверхность емкости, температура размягчения материала которой ниже температуры наполняемой жидкости, охлаждают соответственно до, во время и после процесса розлива.
Кроме того, охлаждение осуществляют орошением емкостей охлаждающей жидкостью через подвижные и неподвижные головки. Предварительно экспериментальным путем при заданных параметрах емкости и температуре разливаемой жидкости определяют для одной емкости температуру и расход охлаждающей жидкости, а момент размягчения определяют по потере формоустойчивости автоматически и/или визуально. В качестве материала емкости может быть использован немодифицированный полиэтилентерефталат.
Указанная техническая задача решается также за счет того, что устройство розлива напитков в емкость, содержащее конвейер для подачи пустых емкостей, разливочное устройство, промежуточные звезды, укупорочную машину, конвейер укупоренных емкостей, туннель охлаждения и конвейер охлажденных емкостей, дополнительно снабжено подвижными и неподвижными орошающими головками, коммутатором, системой подачи охлаждающей жидкости и переключателем потока для обеспечения режима бегущей дорожки за наполняемыми емкостями, при этом подача жидкости на подвижные и неподвижные головки осуществляется через коммутатор и переключатель потока.
Кроме того, в устройстве розлива напитков в емкость подвижная и неподвижные головки могут имеют форму полуцилиндра и могут быть выполнены из нержавеющей
стали с перфорированными отверстиями для орошения наружную поверхность емкости, а в донной части подвижной головки может быть размещена форсунка для орошения днища емкости.
Причем напорные подвижная и неподвижная полукруглые головки выполнены в виде емкости уменьшающего переменного сечения по высоте к днищу.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что наиболее популярная емкость из полиэтилентерефталата (polyethylene terephth alate), обладает хорошими технологическими и механическими и свойствами, затраты на изготовления емкости в 2-3 раза меньше и она в 10 раз легче, чем стеклянная тара, оптически прозрачна и не уступает по этому показателю стеклянной таре, причем тара из полиэтилентерефталата обладает великолепным внешним видом, в ней отсутствуют добавки, примеси, она устойчива к химическим реагентам, обладает высокой прочностью и ударной вязкостью, имеет низкую тепловую усадку и ползучесть, в ней отсутствуют токсичные примеси, она эксплуатируется при температуре от -40° до +60°С. Емкости из этого материала не могут быть использован при розливе горячих (85-97°С) напитков, они непригодны для этого, так как температура размягчения материала лежит ниже (60-70°С) температуры наполняемой горячей жидкости, и происходит существенное снижение прочностных характеристик емкости. Однако, за счет внешнего охлаждения стенок происходит неравномерное нагревание поверхностей емкости по толщине стенки, а так как внутренняя и внешние поверхности стенок нагреваются соответственно до температур близкой к температуре наполняемой жидкости и температуре, определяемой внешним охлаждением, поэтому при заранее подобранном режиме охлаждения: температуры и скорости теплосъема, наружная поверхность будет иметь температуру ниже температуры размягчения материала емкости и сохраняет прочность, достаточную для удержания заданной формы в течение всего процесса наполнения и последующего остывания наполненного в емкость напитка.
Кроме того, предлагаемый розлив горячих напитков в емкости из немодифицированного полиэтилентерефталата сохраняет всю процедуру технологического процесса горячего розлива в стеклянную тару, обладая ее достоинствами.
Сущность предлагаемого технического решения будет понятна из следующего описания и приложенного к нему графического материала.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображено устройство, реализующее предложенный способ, на фиг.2 - система подачи охлаждающей жидкости для орошения емкости, на фиг.3. - система орошения днища, на фиг.4. - зависимость, полученная экспериментальным путем для установки требуемого технологического режима: температура и расход охлаждающей жидкости.
Лучший вариант осуществления изобретения
Устройство содержит: разливочную машину 1; промежуточные звезды 2; укупорочную машину 3; конвейер укупоренных емкостей 4; тоннель-охладитель 5; конвейер охлажденных емкостей 6; конвейер подачи пустых емкостей 7; емкость 8; ограждение разливочной машины 9; поддоны 10; охладитель охлаждающей жидкости (чиллер) 11; трубопровод возврата 12, трубопровод подачи 13 охлаждающей жидкости; напорные подвижные 14 и неподвижные 15 орошающие головки с перфорированными стенками; гибкая подводка охлаждающей жидкости 16; направляющие 17; дренажные отверстия 18; трубопровод подвода охлаждающей жидкости к донной части емкости 19; форсунка 20; коммутатор 21 и переключатель потока 22.
Способ реализуется следующим образом.
Предварительно до начала розлива горячей жидкости для известных параметров емкости: объема, материала, толщины стенок, температуры разливаемой жидкости экспериментальным путем определяют расход и диапазон температур охлаждающей жидкости в расчете на одну емкость. На фиг.4 показан экспериментально полученный график зависимости температуры и расхода охлаждающей жидкости в расчете на одну емкость объемом 0,5 л из полиэтилентерефталата при температуре разливаемой жидкости 95°С.
После установления требуемых температур и расхода охлаждающей жидкости, создаются технологические режимы процесса розлива, который происходит следующим образом:
Каждое место для емкости 8 укомплектовано движущейся напорной орошающей головкой 14, подключенной через коммутатор 21 потока к системе оборотного водоснабжения. Жидкость, подаваемая к коммутатору 21, имеет заранее установленную по графику фиг.4 температуру, например +5°С, которая собирается в поддоны 10 и циркуляционным насосом (не показан) подается через охладитель 11 снова на коммутатор 21. В охладителе 11 нагретая вода охлаждается до первоначальной температуры.
Коммутатор 21 переключает потоки к напорным орошаемым головкам 14, таким образом, что охлаждающая жидкость попадает на емкости 8 только в зоне, непосредственно предшествующей подаче горячей жидкости, в зоне наполнения емкости 8 и после наполнения.
Напорные неподвижные головки 15 через переключатель потока 22 орошают движущиеся относительно них емкости 8, образуя бегущую волну орошения вместе с движущимися емкостями. Напорные неподвижные головки 15, напротив которых нет емкости 8, не питаются водой, что позволяет существенно уменьшить расход охлаждающей жидкости и уменьшить непреднамеренное охлаждение разливочного бака разливочной машины 1.
Во внутреннюю усеченную полость головок 14 и 15 подается охлаждающая жидкость, которая, через перфорированную стенку, попадает на наружную поверхность емкости 8.
В нижней опоре напорной подвижной головки 14 установлена форсунка 20 для охлаждения донной части емкости 8. Отвод воды от донной части осуществляется через дренажные отверстия 18 в опоре.
Поддержание температуры и расхода охлаждающей жидкости осуществляется системой автоматики, которая является стандартной для чиллера 11.
Таким образом, экспериментально подтверждена неочевидность поведения емкости изготовленной из широко известного немодифицированного полиэтилентерефталата с сохранением формоустойчивости при создании технологических режимов реализации предложенного изобретения: температура горячей жидкости +95°С при толщине стенки 0,35 мм и температуре охлаждающей жидкости +5°С при расходе 4 л/мин.
Технико-экономическим эффектом изобретения является возможность применения для розлива горячей жидкости в емкость из немодифицированного полиэтилентерефталата, что существенно удешевляет и упрощает процесс розлива горячей жидкости.