Спосіб безперервної стерилізації рідкого продукту на основі молока та пристрій для його здійснення

Настоящее изобретение относится к способу непрерывной стерилизации жидкого продукта на основе молока и установке для осуществления этого способа и может быть использовано, в частности, в пищевой промышленности. В качестве прототипа принято решение в соответствии с патентом Великобритании [1]. Способ, представленный в решении-прототипе, включает предварительный нагрев путем косвенного подогрева, нагрев до температуры стерилизации путем прямой инжекции пара в продукт и охлаждение путем так называемого мгновенного охлаждения, при котором испаряется количество пара, соответствующее количеству добавленного пара, и окончательное охлаждение путем косвенного охлаждения. ИНТ означает "ультравысокая температура" (ultrahigh temperature). Непрямые процессы для ИНТ-обработки появились как следствие энергетического кризиса в 70 - х года х. В непрямых процессах может быть возвращено огромное количество дополнительной тепловой энергии, тогда как тепловая энергия, отдаваемая молоку, когда тепловая среда добавляется в виде пара, теряется в процессе мгновенного охлаждения. Прямое нагревание молока до температуры стерилизации, следующее за мгновенным испарением, может осуществляться так быстро, что время выдержки при температуре стерилизация может составить только несколько секунд, хотя бактериологическое воздействие все еще является достаточным. Непрямая стерилизация обязательно идет медленнее и промежуток времени, при котором молоко поддерживается при температуре выше 120°C, значительно больше. Чем дольше молоко поддерживают при такой высокой температуре, тем больше подвержены разрушению различные компоненты молока. Жесткая тепловая обработка приводит к высоким значениям лактулозы, что считается критерием порчи молока и свидетельствуе т о его низком качестве. Интерес к прямым ИНТ-процессам теперь снова возрастает, отчасти в связи с тем, что в молоке, поступающем на маслодельни, периодически обнаруживают некоторые очень устойчивые споры бактерий, а также в связи с тем, что желательно получить более высокое качество, т.е. стерилизованные и при этом высококачественные продукты. В основу изобретения поставлена задача в способе непрерывной стерилизации жидкого продукта на основе молока путем осуществления косвенного охлаждения до необходимой температуры, а затем мгновенного охлаждения, а также соблюдения оптимальных режимов нагрева продукта обеспечить высокое качество обработанных продуктов без повышения затрат энергии на стерилизацию. В основу изобретения поставлена задача в установке непрерывной стерилизации жидкого продукта на основе молока путем введения дополнительного теплообменника косвенного действия особой конструкции обеспечить осуществление предлагаемого способа, направленного на достижение высокого качества обработанных продуктов без повышения затрат энергии на стерилизацию. Поставленная задача решается в способе непрерывной стерилизации жидкого продукта на основе молока, включающем предварительный нагрев путем косвенного подогрева, нагрев до температуры стерилизации путем прямой инжекции пара в продукт и охлаждение путем так называемого мгновенного охлаждения, при котором испаряется количество пара, соответствующее количеству добавленного пара, и окончательное охлаждение путем косвенного охлаждения, тем, что перед мгновенным охлаждением продукт охлаждают от температуры стерилизации 140 - 150°C до температуры в интервале 90 - 120°C на первой стадии косвенного охлаждения, после которой продукт охлаждают путем мгновенного охлаждения до температуры 70 - 85°C. При этом предварительный нагрев осуществляют до температуры 90 - 125°C, предпочтительнее, 115 120°C, после чего осуществляют инжекцию пара. Указанный предварительный нагрев включает стадию стабилизации протеина, при которой продукт после нагрева до температуры 80 - 100°C выдерживают при этой температуре в течение 0,5 - 5 минут. Стерилизуемый продукт проходит стадию гомогенизации после мгновенного охлаждения. При этом инжекцию пара осуществляют в сопле для инжекции пара с подачей концентричных потоков пара и продукта. Охлаждение продукта от температуры стерилизации на первой стадии охлаждения осуществляют со скоростью охлаждения выше 5°C/сек. Поставленная задача решается также в установке для непрерывной стерилизации жидкого продукта на основе молока, содержащей первый теплообменник косвенного действия для предварительного нагрева продукта на основе молока, соединенный с емкостью для взвешивания, при этом теплообменник имеет одну или несколько ступеней предварительного нагрева, сопло для инжекции пара, размещенное в трубопроводе, выходящем из теплообменника, секцию выдержки за соплом для инжекции пара, вакуумируемую емкость, в которой продукт охлаждается путем мгновенного охлаждения, и второй теплообменник косвенного действия для охлаждения продукта. тем, что между секцией выдержки и вакуумируемой емкостью установлен дополнительный теплообменник косвенного действия для охлаждения продукта. При этом упомянутый дополнительный теплообменник состоит из трубчатого теплообменника. В дальнейшем объясняется причинно-следственная связь между признаками изобретения и достигаемым техническим результатом. Продукты на основе молока чувстви тельны к механическому воздействию при температурах выше 110°C. Согласно предложенному способу продукт осторожно механически охлаждают до температуры в интервале 30 120°C, и мгновенное охлаждение, т.е. выпаривание паром, начинают сначала при этом более низком уровне. При этой более низкой рабочей температуре получают меньшее количество накипи из корки продуктов на основе молока на стенках вакуумного сосуда. Различные компоненты молока меньше подвергаются разрушению, в связи с чем, согласно изобретению, получают более высококачественный молочный продукт. Не говоря уже о меньшей порче продукта, согласно изобретению лучше выполняется деаэрация и дезодорация. Если продукт необходимо нагреть до температуры стерилизации 140°C, необходимо 25 - 30кг пара/1000кг продукта при работе с теплообменником косвенного нагрева. Для того чтобы нагреть продукт до той же температуры путем инжекции пара и мгновенного испарения, необходимо 135кг пара на 1000кг продукта. Согласно настоящему изобретению используют только 70 - 75кг пара на 1000кг продукта. При использовании непрямых процессов расход воды достаточно мал. Греющая и охлаждающая вода может циркулировать в замкнутых контурах. В системах прямого нагрева и охлаждения расход воды достаточно велик, т.к. для охлаждения сосуда, в котором осуществляют мгновенное охлаждение, необходимо большое количество воды, порядка 1000л охлаждающей воды на 1000л продукта. При использовании способа согласно изобретению необходима только половина этого количества воды, поскольку мгновенное охлаждение осуществляется при более низкой температуре. Согласно способу по изобретению предлагаемый нагрев продукта на основе молока осуществляют п утем косвенного нагрева до температуры 90 - 125°C, предпочтительнее, до температуры 115 - 120°C, после которого осуществляют окончательный нагрев посредством инжекции пара в продукт. Ранее предварительный нагрев проводили только до температуры порядка 80°C. Это означает, что количество пара, необходимое для увеличения температуры в процессе инжектирования пара, уменьшилось. Способ согласно изобретению обычно включает прием стабилизации белков в течение предварительного нагрева. Продукт выдерживают при необходимой температуре в течение 0,5 - 5 минут после нагрева до 80 100°C. Согласно способу по настоящему изобретению стерилизуемый продукт соответствующим образом гомогенизируют на этапе, который следует после мгновенного охлаждения. Обычно, инжекцию пара осуществляют с помощью сопла для инжекции пара, через которое пар и продукт вводят в виде концентричных потоков. Преимуществом предложенного способа является то, что охлаждение продукта от температуры стерилизации сначала осуществляют косвенным охлаждением со скоростью охлаждения выше 5°C/сек. т.е. температура продукта снижается, по крайней мере, на 5°C в секунду. Если позволяет оборудование, то скорость охлаждения может быть увеличена до 7 - 11°C/сек. Жидкие продукты на основе молока могут, не говоря уже о молоке с различным содержанием жира в сливках, быть компонентом для восстановления молока, смесей мороженного, или конденсированного, или выпаренного (сухого) молока. Установка для непрерывной стерилизации жидких продуктов на основе молока согласно способу по изобретению содержит емкость для взвешивания продукта. Первый теплообменник косвенного действия соединен с взвешивающей емкостью. Этот теплообменник имеет одну или несколько ступеней предварительного нагрева. Сопло для инжекции пара расположено в трубопроводе. выходящем из теплообменника, а за соплом для инжекции пара расположена секция выдержки. Установка также содержит вакуумируемую емкость, в которой продукт охлаждают посредством мгновенного охлаждения, и второй теплообменник косвенного действия для охлаждения продукта. Установка главным образом, отличается тем, что между секцией выдержки и вакуумируемой емкостью установлен дополнительный теплообменник косвенного действия для охлаждения продукта после инжекции пара. Преимущественно этот дополнительный теплообменник (охладитель) содержит трубчатый теплообменник, в котором поддерживается высокая разность температур между охлаждающей средой, обычно, водой, и продуктом. Настоящее изобретение далее описывается со ссылками на прилагаемый чертеж (фиг.), на котором представлен вариант изобретения, показанный только в качестве примера. Температуры, указанные на чертеже, также должны рассматриваться как примерные. Емкость 1 для взвешивания продукта, который должен быть обработан в соответствии со способом по изобретению, соединен трубопроводом 2 с насосом 3 соединенным с теплообменником 4 косвенного действия, который в данном случае имеет две ступени предварительного нагрева. Установка содержит ячейку 5 выдержки продукта для стабилизации протеина, связанную с теплообменником 4. Теплообменник 4 также связан с соплом 6 инжекции пара для смешивания обрабатываемого продукта с паром 7. Вслед за соплом 6 по ходу потока продукта расположена короткая секция выдержки 8, а затем теплообменник 9 прямого действия, вакуумируемая емкость 10 и, наконец, теплообменник 11 косвенного действия для охлаждения обработанного продукта. Обработка продукта начинается его подачей в теплообменник 4 косвенного действия. в котором продукт подвергается предварительному нагреванию в двух его степенях. Когда продукт нагрелся до соответствующей температуры, 90°C, его пропускают через ячейку выдержки 5 для стабилизации протеина. Затем продукт возвращают в теплообменник для еще одного предварительного подогрева до 117°C. Затем продукт пропускают через сопло 6 для инжекции пара, в котором продукт смешивается с паром 7 и при этом нагревается о температуры 145°C. После прохождения через короткую секцию выдержки 8 продукт охлаждается водой в теплообменнике прямого действия до температуры 111°C. Из теплообменника 9 продукт последовательно направляется в вакуумируемую емкость 10, в которой продукт мгновенно охлаждается за счет испарения того количества жидкости, которое было добавлено парой. Продукт выходит из вакуумной емкости 10с температурой 80°C и затем охлаждается во втором теплообменнике косвенного действия 11 до температуры 25. В случае необходимости между двумя ступенями предварительного нагрева может быть установлен дополнительный насос для увеличения давления. После вакуумного сосуда или, возможно, после первой ступени предварительного нагрева может быть установлен гомогенизатор для гомогенизации продукта. Источники информации 1. Патент Великобритании №937782, кл. A23C3/02, 1963.