RU2052967C1 - Method for heat-treatment of liquid products - Google Patents

Abstract

FIELD: food industry. SUBSTANCE: method involves heating the product by its direct mixing with the heating medium. The product is heated with condensing steam at the rate of at least 1400 C/s for pasteurization and at least 7600 C/s for sterilization. Heating is conducted to a temperature not higher than that at which qualitative changes develop in the product. In the course of heating the liquid product is pulverized into drops with a diameter not over 0.3 mm. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к пастеризации и стерилизации жидких пищевых продуктов и может быть использовано для стерилизации других жидкостей, например медико-биологических препаратов. The invention relates to the food industry, in particular to pasteurization and sterilization of liquid food products and can be used to sterilize other liquids, for example biomedical preparations.

Известны способы тепловой обработки жидких пищевых продуктов, например, молока, с целью уничтожения вредных микроорганизмов и увеличения времени хранения продуктов, описанные в [1] Тепловая обработка пищевых продуктов пастеризация или стерилизация заключается в их нагреве до определенной температуры в течении определенного времени. Существует несколько режимов нагрева:
длительный нагрев продукт нагревают до 65-70^оС и выдерживают при этой температуре 30 мин;
высокотемпературный нагрев продукт нагревают до 70-75^оС и выдерживают 2-4 мин;
кратковременный нагрев продукт нагревают до 95^оС и выдерживают около 30 с;
сверхвысокотемпературный нагрев продукт нагревают до 110-140^оС и выдерживают в течение нескольких секунд.Known methods of heat treatment of liquid food products, for example milk, in order to destroy harmful microorganisms and increase the storage time of products described in [1] Heat treatment of food products, pasteurization or sterilization consists in heating them to a certain temperature for a certain time. There are several heating modes:
prolonged heating, the product is heated to 65-70 ^about C and maintained at this temperature for 30 minutes;
high-temperature heating, the product is heated to 70-75 ^about C and incubated for 2-4 minutes;
short-term heating, the product is heated to 95 ^° C and held for about 30 s;
ultra-high temperature heating, the product is heated to 110-140 ^about C and incubated for several seconds.

Перечисленные выше режимы нагрева основаны на зависимости срока жизни микроорганизмов от температуры. Время жизни микроорганизмов при данной, повышенной, температуре называется термостабильным сроком. Этот срок, как правило, тем короче, чем выше температура. Сущность режимов нагрева сводится к тому, чтобы нагреть обрабатываемый продукт до некоторой температуры в течение промежутка времени, который больше термостабильного срока. The heating modes listed above are based on the temperature dependence of the life of microorganisms. The lifetime of microorganisms at a given elevated temperature is called the thermostable term. This period, as a rule, the shorter the higher the temperature. The essence of heating modes is to ensure that the processed product is heated to a certain temperature for a period of time that is longer than the thermostable period.

Однако такие способы тепловой обработки жидких продуктов приводят к ухудшению качества и вкуса продукта. Это обусловлено тем, что при нагреве пищевых продуктов происходит в той или иной степени разрушение витаминов (инактивация витаминов) и денатурализация белков или даже их свертывание, что уменьшает биологическую ценность. Причем, чем выше температура нагрева и продолжительность выдержки, тем больше разрушаются витамины и денатурируются белки. В результате невозможно повысить эффективность пастеризации или стерилизации. Кроме того, невозможно при обработке продуктов на поверхности нагрева образуются твердые отложения. Так при обработке молока образуется молочный камень, который трудно удалить, он нарушает теплообмен способствует образованию пригара и порче вкуса молока, является накопителем бактерий. В результате ухудшается эффективность обработки. Кроме того, образование отложений приводит к необходимости регулярной мойки теплообменного оборудования с использованием специальных моющих растворов на основе кислот и щелочей. Это, в конечном счете, наносит вред экологии. However, such methods of heat treatment of liquid products lead to a deterioration in the quality and taste of the product. This is due to the fact that when food is heated, to some extent, the destruction of vitamins (inactivation of vitamins) and protein denaturation or even coagulation occur, which reduces biological value. Moreover, the higher the heating temperature and the exposure time, the more vitamins are destroyed and proteins are denatured. As a result, it is impossible to increase the efficiency of pasteurization or sterilization. In addition, it is impossible when processing products on the heating surface to form solid deposits. So, when milk is processed, milk stone is formed, which is difficult to remove, it disrupts heat transfer, contributes to the formation of burns and spoils the taste of milk, and is a bacterium accumulator. As a result, processing efficiency is degraded. In addition, the formation of deposits leads to the need for regular washing of heat exchange equipment using special cleaning solutions based on acids and alkalis. This ultimately harms the environment.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ [2] прямого нагрева, представляющий собой нагрев пастеризуемого продукта не через теплопередающую стенку теплообменника, а непосредственным смешением пастеризуемого жидкого продукта с греющей средой, например, водяным паром. Способ включает операции подачи пастеризуемого продукта в пастеризатор, нагрев до заданной температуры путем подачи стерильного водяного пара, приготовленного из питьевой воды, выдержку при данной температуре, охлаждение продукта и удаление излишней воды, попавшей в продукт в виде пара. Этот способ позволяет осуществлять достаточно быстрый нагрев продукта и особенно удобен для применения в режиме сверхвысокотемпературного нагрева. При этом не происходит образования молочного камня в зоне нагрева и уменьшается его отложения в остальных частях оборудования. Closest to the proposed technical essence is the method [2] of direct heating, which is heating the pasteurized product not through the heat transfer wall of the heat exchanger, but by directly mixing the pasteurized liquid product with a heating medium, for example, water vapor. The method includes the operation of feeding the pasteurized product into the pasteurizer, heating to a predetermined temperature by supplying sterile water vapor prepared from drinking water, holding at this temperature, cooling the product and removing excess water that has entered the product as steam. This method allows for a fairly quick heating of the product and is particularly convenient for use in ultra-high temperature heating. In this case, there is no formation of milk stone in the heating zone and its deposition in other parts of the equipment is reduced.

Однако этот способ ухудшает качество и вкус пастеризованного продукта, так как происходит разрушение витаминов и свертывание белков. Кроме того, в процессе пастеризации в продукт вводится большое количество воды (в виде пара), а именно до 30% от массы продукта. Удаление воды связано с дополнительными трудностями и энергозатратами. However, this method degrades the quality and taste of the pasteurized product, since there is a destruction of vitamins and coagulation of proteins. In addition, during the pasteurization process, a large amount of water (in the form of steam) is introduced into the product, namely up to 30% by weight of the product. Water removal is associated with additional difficulties and energy costs.

Задача изобретения создание высокоэффективного способа тепловой обработки жидких продуктов с высокими показателями качества. The objective of the invention is the creation of a highly efficient method of heat treatment of liquid products with high quality indicators.

Для этого в известном способе тепловой обработки жидких продуктов, включающем нагрев продукта водяным паром путем их смешения, предлагается нагрев осуществить со скоростью не менее 1400^оС/с для пастеризации, не менее 7600^оС/с для стерилизации до температуры, не превышающей температуру качественных изменений в жидком продукте. Нагрев может проводится путем непосредственного контакта продукта с конденсирующимся водяным паром, при этом жидкий продукт следует распылить до диаметра не более 0,3 мм.For this purpose, the heat treatment of liquid products, comprising steam heating of the product by mixing them in the known method, it is proposed heating implement a rate not less than ¹⁴⁰⁰ C / s to pasteurization, no less than 7600 ^C / s for sterilization to a temperature not higher than the temperature value changes in the liquid product. Heating can be carried out by direct contact of the product with condensing water vapor, while the liquid product should be sprayed to a diameter of not more than 0.3 mm.

Под температурой качественных изменений в жидком продукте понимается такая температура, при которой в продукте происходят необратимые изменения с ухудшением его качества, например инактивация витаминов, денатурализация или свертывание белков. Эта температура различна для разных видов жидких продуктов. The temperature of qualitative changes in a liquid product refers to the temperature at which irreversible changes occur in the product with a deterioration in its quality, for example, inactivation of vitamins, denaturation or coagulation of proteins. This temperature is different for different types of liquid products.

Техническим результатом изобретения является высокая эффективность способа обработки при меньших энергозатратах и улучшение качественных показателей обработанного продукта. The technical result of the invention is the high efficiency of the processing method with less energy and improving the quality indicators of the processed product.

В предлагаемом способе в отличие от аналогов поражающим фактором для микроорганизмов при тепловой обработке является скорость изменения температуры, т.е. скорость нагрева и/или охлаждения. Пример, экспериментальным путем доказано, что для пастеризации скорость должна быть не менее 1400^оС/с, а для стерилизации не менее 7600^оС/с. При этом отсутствует необходимость нагрева продукта, например молока, до 60^оС. Пастеризация осуществляется эффективно и при более низких температурах, а стерилизация достигается при подогреве всего на 40^оС. Таким образом, возможно повышать эффективность обработки, не ухудшая качество продукта.In the proposed method, in contrast to analogues, the damaging factor for microorganisms during heat treatment is the rate of change of temperature, i.e. heating and / or cooling rate. Example experimentally proved that the pasteurization rate should be not less than ¹⁴⁰⁰ C / s, and for sterilization of at least 7600 ^{° C} / s. Thus there is no need for heating the product, such as milk, up to 60 ° ^C. Pasteurisation is carried out efficiently and at lower temperatures, sterilization is achieved by heating the whole at 40 ° ^C. It is thus possible to increase the processing efficiency, without compromising product quality.

При распылении продукта до диаметра капель менее 0,3 мм процесс проходит значительно интенсивнее, при этом продукт не приобретает водянистого привкуса. When spraying the product to a droplet diameter of less than 0.3 mm, the process is much more intense, while the product does not acquire a watery taste.

Предлагаемый способ требует небольшого нагрева пастеризуемого продукта и поэтому является менее энергоемким. The proposed method requires a little heating of the pasteurized product and therefore is less energy intensive.

Способ может быть осуществлен, например, в пастеризаторе, схема которого представлена на чертеже. The method can be implemented, for example, in a pasteurizer, a diagram of which is shown in the drawing.

Пастеризатор содержит распылитель жидкого продукта 1, подлежащего пастеризации, камеру 2 пастеризации, сопловый аппарат 3 для подачи пара, парогенератор 4, нагреватель 5, охладитель 6, вакуумный насос 7. The pasteurizer contains a spray of the liquid product 1 to be pasteurized, a pasteurization chamber 2, a nozzle apparatus 3 for supplying steam, a steam generator 4, a heater 5, a cooler 6, a vacuum pump 7.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Жидкий продукт, например, молоко подают через распылитель 1 в виде струи мелкодисперсных капель в камеру пастеризации 2. Одновременно через сопловый аппарат 3 в камеру подают пар, приготовленный в парогенераторе 4 из питьевой воды с помощью нагревателя 5. Пар конденсируется на каплях продукта, отдает ему теплоту конденсации и нагревает его. Пастеризованный продукт, разбавленный конденсатор, собирается на дне камеры пастеризации. Затем его подают через вентиль и охладитель 6. Далее производят откачку газа (воздуха) и пара из охладителя с помощью вакуумного насоса 7, удаляя тем самым лишнюю воду и охлаждая продукт за счет испарения воды. Для увеличения теплоотдачи при конденсации дегазируют объемы парогенератора и камеры пастеризации с помощью вакуумного насоса. Охлажденный продукт отправляют потребителю или в дальнейшую обработку. A liquid product, for example, milk is fed through an atomizer 1 in the form of a stream of fine droplets into the pasteurization chamber 2. At the same time, steam prepared in the steam generator 4 from drinking water using the heater 5 is fed through the nozzle apparatus 3 into the chamber. The steam condenses on the product droplets, gives it the heat of condensation and heats it. The pasteurized product, a diluted condenser, is collected at the bottom of the pasteurization chamber. Then it is fed through the valve and cooler 6. Next, gas (air) and steam are pumped out from the cooler using a vacuum pump 7, thereby removing excess water and cooling the product by evaporation of water. To increase heat transfer during condensation, the volumes of the steam generator and pasteurization chamber are degassed using a vacuum pump. The chilled product is sent to the consumer or for further processing.

Предлагаемый способ испытан на двух экспериментальных пастеризационных установках производительностью до 1000 кг/ч. Пастеризации подвергали физиологический раствор, молоко, яичный меланж, плазму крови. Все эти жидкости перед пастеризацией обсеменяли бактериями кишечной палочки в концентрациях до 10⁷ 1/см³. После пастеризации число бактерий в 1 см³ оказывалось на пределе чувствительности метода их обнаружения (10% от исходной концентрации) или бактерии вовсе не обнаруживались, и происходила полная стерилизация. Так, например, при нагреве жидкостей со скоростью 4000^оC/с, с начальной температурой 24^оС до конечной температуры 52^оС процент уничтоженных бактерий составил 99% а при нагреве жидкостей со скоростью 7600^оС/с с начальной температурой 24^оС до конечной температуры 60^оС процент уничтоженных бактерий составил 100, т. е. произошла полная стерилизация. Приготовление культуры кишечной палочки и анализы пастеризационных продуктов производилась сотрудниками микробиологической лаборатории Института медицинской радиологии АН РФ. При испытаниях экспериментальных образцов пастеризаторов было установлено, что для получения пастеризованного молока с содержанием бактерий не более 50000 из исходного молока с содержанием бактерий 10⁶-10⁷ шт/см достаточна скорость нагрева 1400^оС/с, а для получения стерилизованного молока 7600^оС/с. Максимальная температура при стерилизации не превышает 60^оС, что гарантирует сохранность всех положительных качеств натурального молока.The proposed method was tested on two experimental pasteurization plants with a capacity of up to 1000 kg / h. Saline, milk, egg melange, and blood plasma were pasteurized. Before pasteurization, all of these liquids were seeded with E. coli bacteria at concentrations up to 10 ⁷ 1 / cm ³ . After pasteurization, the number of bacteria in 1 cm ³ was at the limit of sensitivity of the method for their detection (10% of the initial concentration) or bacteria were not detected at all, and complete sterilization took place. For example, when heating fluids at 4000 ^on C / s, with an initial temperature of 24 ^{° C} to a final temperature of 52 ^{° C} the percentage of killed bacteria was 99% and for heating of liquids with a velocity 7600 ^{° C} / s initial temperature of 24 ^C. to a final temperature of 60 ^{° C} the percentage of bacteria killed was 100 m. e. there was a complete sterilization. The preparation of Escherichia coli culture and analysis of pasteurization products was carried out by employees of the microbiological laboratory of the Institute of Medical Radiology of the Russian Academy of Sciences. When tested experimental samples pasteurizers been found that for obtaining a pasteurized milk with a bacteria count no more than 50,000 from the starting milk with a bacteria count of 10 ⁶ -10 ⁷ pcs / cm is sufficient heating rate ¹⁴⁰⁰ / s, and for sterilized milk 7600 ^C. /from. Maximum temperature of sterilization does not exceed 60 ^{° C,} which guarantees the safety of all the positive qualities of natural milk.

Важным результатом испытаний является то, что благодаря низкой температуре и кратковременности воздействия удается пастеризовать такие жидкости, как яичный меланж, идущий на производство сухого яичного порошка. При обычных способах удовлетворительная пастеризация меланжа проблематична, так как белок свертывается уже при 52^оС. Положительные результаты получены и при пастеризации плазмы крови. Этот способ можно использовать также для пастеризации фруктовых и овощных соков, вин, пива, кисломолочных продуктов и т.д.An important test result is that due to the low temperature and the short duration of exposure, it is possible to pasteurize liquids such as egg melange, which goes into the production of dry egg powder. In conventional processes satisfactory pasteurization melange problematic because the protein coagulates already at 52 ^C. Positive results were obtained with blood plasma pasteurization. This method can also be used for pasteurization of fruit and vegetable juices, wines, beer, fermented milk products, etc.

Использование изобретения позволит обеспечить эффективную пастеризацию (вплоть до полной стерилизации) и сохранить полезные свойства и природные качества исходных пастеризуемых продуктов, т.е. повысить их качество. Предлагаемый способ позволяет также производить высококачественные продукты, например, молочные, в том числе и для детского питания, выпуск которых в настоящее время сильно ограничен, в частности, некачественной пастеризацией. Это достигается применением нового механизма воздействия на микроорганизмы высокоскоростного и кратковременного теплового удара. Using the invention will ensure effective pasteurization (up to complete sterilization) and preserve the beneficial properties and natural qualities of the initial pasteurized products, i.e. improve their quality. The proposed method also allows the production of high-quality products, for example, dairy, including for baby food, the production of which is currently very limited, in particular, poor-quality pasteurization. This is achieved by applying a new mechanism of exposure to microorganisms of high-speed and short-term heat stroke.

Предлагаемый способ является менее энергоемким, позволяет использовать различные источники нагрева (промышленный водяной пар, электрообогрев, органическое топливо), а также более эффективно решить проблему отложения молочного камня. The proposed method is less energy-intensive, allows the use of various sources of heating (industrial water vapor, electric heating, fossil fuels), and also more effectively solve the problem of deposits of milk stone.

Claims (3)

1. СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ, включающий нагрев продукта путем непосредственного смещения его с греющей средой, отличающийся тем, что нагрев ведут со скоростью не менее 1400^oС/с для пастеризации и не менее 7600^oС/с для стерилизации до температуры, не превышающей температуру качественных изменений в жидком продукте.1. METHOD FOR THERMAL TREATMENT OF LIQUID PRODUCTS, including heating the product by directly displacing it with a heating medium, characterized in that the heating is carried out at a speed of at least 1400 ^o C / s for pasteurization and at least 7600 ^o C / s for sterilization to a temperature not exceeding the temperature of qualitative changes in the liquid product. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев проводят конденсирующимся паром. 2. The method according to claim 1, characterized in that the heating is carried out by condensing steam. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкий продукт распыляют до диаметра капель не более 0,3 мм. 3. The method according to p. 1, characterized in that the liquid product is sprayed to a diameter of droplets of not more than 0.3 mm

Images