CN104411188A - 无菌配料和制备食品材料的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了生产无菌液体食品的方法和设备。该方法包括下列步骤：采用无菌过滤器对热敏感食品材料进行无菌除菌；将无菌热敏材料灌装到具有塑料组件的无菌容器中；采用生产线中的灭菌工艺加热灭菌非热敏感食品材料；采用热封机将填充的无菌容器与生产线连接，在无菌容器的塑料组件与液体向生产线的流动通路之间建立无菌连接；通过定量阀加入已除菌的热敏感食品材料，将已除菌的热敏感食品材料与已灭菌的非热敏感食品材料混合；将混合物填充到第二个容器。
Description
技术领域
概括地讲，本发明涉及制备食品材料的方法和设备。更具体地讲，本发明涉及制备食品材料、特别是需要无菌成份的饮品的方法和设备。
背景技术
在制备液体食品材料，特别是饮品、浓缩液、汤类、奶油类(creamers)、营养产品、烹饪产品等时，公知的是需要提供无菌成份。制备此类食品的一个方法是将所有成份混合到一起，然后将成份经过加热处理步骤以对组合产品灭菌。该方法的问题在于：某些热敏感成份例如香料在加热步骤过程中会分解。另外，如果采用通过蒸汽注入的直接加热方法，那么随后的闪蒸步骤(flashing step)将导致挥发性香料/芳香剂的大量损失。
众所周知的是，可以将液体食物材料无菌配料到采用热处理灭菌的其它饮品成份中。通过将液体材料无菌配料，由于没有使其经过加热处理从而避免了热敏感成份的损失。这可以改善产品的感官特征。在例如饮品中可能会使用各种热敏感食物材料，包括香料、着色剂、维生素、酶、果汁、发酵培养物、益生菌、芳香剂、单和多不饱和脂肪酸、多酚、细菌、药物和抗氧化剂。
在现有技术中，已知的是可以采用作为生产线一部分的在线过滤进行无菌配料。采用作为生产线一部分的在线过滤的示例为Tetra Aldose系统，由Tetra Pak实施。作为生产线一部分的在线除菌的一个问题是：如果滤器破裂，整批产品均被损失。另外，如果需要处理不同的成份例如香料，则该产品线必须停工并清洗。同样，当必须更换滤器时，需要关闭该系统并清洗。
同样众所周知的是，可以采用针注射系统进行无菌配料。针注射系统的示例为Tetra Flexdose，由Tetra Pak实施。
发明内容
发明概述
本发明提供了用于液体食物材料无菌配料的方法和设备。该方法和设备均具有高度灵活性并且是多功能的。它可以应用于生产线的不同部位，较现有设备和方法具有多种优点。
在一个实施方案中，本发明提供了生产食品的方法，该方法包括下列步骤：采用无菌过滤器对热敏感食物原料进行无菌除菌；将该已除菌的热敏感原料填充到配备管子的无菌容器中；采用热封机将已填充的无菌容器与生产线连接，这就在无菌容器的管子与液体向生产线的流动通路之间建立了一个无菌连接；采用生产线中的热灭菌过程对非热敏感食物原料进行热灭菌；通过定量阀输送除菌的热敏感食物原料，将已除菌的热敏感食物原料与已灭菌的非热敏感食物原料混合；将混合物填充到第二个容器中。热敏感食物成份与非热敏感食物成份可以在定量阀中混合。
在一个实施方案中，热敏感食物原料可以选自香料、着色剂、维生素、酶、果汁、发酵培养物、益生菌、芳香剂、单和多不饱和脂肪酸、多酚、细菌、药物和抗氧化剂。
在一个实施方案中，所述方法包括将一个无菌容器自生产线上分离并且将生产线与含有不同无菌除菌的热敏感食物成份的不同容器连接的过程。所述不同容器可以选自含有各种无菌除菌的热敏感成份的库存容器。
所述无菌连接可以通过将所述管子与界定流动通路的第二个管子或软管焊接而建立。另外，该方法可以包括自生产线上无菌分离容器并且将该容器储存以备后用的步骤。
在另一个实施方案中，本发明提供了将液体原料无菌配料到饮品或浓缩液中的方法，该方法包括下列步骤：采用生产线中的热灭菌工艺对第一种食物原料加热灭菌；采用无菌过滤器对第二种食物原料无菌除菌，这个过程不是作为生产线一部分实施的；将已除菌的第二种食物原料填充到配备管子的无菌袋中；采用热封机将已填充的无菌袋与配备定量阀的液体连通中的液体通路连接，这就在无菌袋的管子与进入定量阀的流动通路之间建立了无菌连接；通过定量阀输送已除菌的第二种食物原料；将已灭菌的第一种食物原料与已除菌的第二种食物原料混合；并将第一种和第二种食物原料的无菌混合物填充到容器中。
在另一个实施方案中，本发明提供了用于制备饮品的设备，该设备包括可以与无菌填充袋的塑料管无菌连接的包含塑料组件的生产线，所述塑料组件位于定量阀的上游。提供了原料输送通路，该通路旨在使得热灭菌的食物原料无菌流经此处。定量阀旨在注入原料，原料通过塑料组件流入热灭菌的原料中。
本发明的优点在于提供了液体食物原料无菌配料的改良方法。
本发明的另一个优点在于提供了用于制备含有无菌成分的食物饮品的改良设备。
另外，本发明的优点在于提供了用于制备含有无菌成分的食物饮品的具有高灵活性和多功能的方法和设备。
本发明的另一个优点在于提供了小量无菌原料的精确配料。
另外，本发明的优点在于其能够保存热敏感原料，提供了更好质量的产品。
本发明的另一个优点在于提供了能够提供安全、稳定的无菌操作并且易于清洗的方法和设备。
本发明的另一个优点在于其可以使用未灭菌成分或灭菌成分，在袋配料方法中采用无菌成分开始，在过滤方法中，可以将未灭菌成分转化为灭菌成分。
本文描述了其它特性和优点，通过下列发明详述和附图这些特性和优点而变得显而易见。
附图说明
图1为工艺流程图，描述了本发明方法的实施方案。
图2以图示的方式描述了用于对本发明热敏感成分除菌的方法的实施方案。
图3以图示的方式描述了用于制备产品的方法的实施方案。
图4描述了依据本发明实施方案的容器的实施方案。
发明详述
本发明提供了用于制备包含无菌成分的食物材料的设备和方法。本文中使用的术语“食物材料”包括饮品，例如果汁。根据本发明的实施方案，采用无菌配料以避免热敏感成分损失。其中根据本发明实施方案而使用的热敏感食物材料尤其是包括香料、着色剂、维生素、酶、果汁、发酵培养物、益生菌、芳香剂、单和多不饱和脂肪酸、多酚、细菌、药物和抗氧化剂。为此，将热敏感成分无菌配料到其它液体食物材料中，这些材料先经过热处理。通常，所述热处理的材料为对热敏感度较低的成分，因此可以对其加热以进行灭菌，不会造成材料的损失或材料的感官特征的降低。
本发明提供了具有较好灵活性和多功能系统的方法和设备。即使在较小的配料水平的情况下，也可以获得准确的无菌配料。由于设备的设计，所述无菌操作是安全的并且重现性好，该装置易于清洗。获得的产品具有较好的感官特征，能够获得高质量的成品。
在一个实施方案中，本发明的方法通常如下所述。采用线下无菌过滤器对热敏感食物材料除菌。热敏感材料除菌后，将其填充到密封的无菌容器如袋中。然后可以将所述袋储存直到以后使用。为了制备相关产品，然后将无菌袋与生产线连接以制备最终的饮品。具体地讲，采用下面所述的无菌密封技术将所述袋与定量阀的上游连接。然后将所述袋中的材料配料到该食品的其它成分例如热不敏感成分中，随后填充到容器中。
现在参照图1－3，阐述了用于生产本发明实施方案的产品的方法。如附图中所示，例如在图1中，除了用于制备成品的方法30之外，单独将热敏感材料在方法10中线下除菌。在说明的实施方案中，采用过滤系统对成分进行除菌。图2用图示说明了用于对热敏感材料除菌的方法100。为了简洁和方便起见，有时会同时参照图1和2。
参照图1和2，在将任何成分通过过滤系统10和100之前，先将该系统加热、灭菌，然后冷却。为了保持系统10和100中的无菌状态，在线系统中采用蒸汽屏障和正压力。一旦系统10和100的灭菌完成，将成分112填充到原料罐14和114中。如前面所强调的，这些成分112通常为热敏感食品材料，例如香料。为了方便起见，本申请人在下面的说明书中将具体的热敏感成分指定为香料。然而，应当注意的是，这只是示例而非限定。因此，无论何时使用词语“香料”时，均应当理解它可能是指任何热敏感成分。
将待除菌的香料112置于原料罐14和114中。然后采用泵16和116通过预滤器18和118泵入香料。预滤器18和118的作用是除去较大的污染物。为此，预滤器18和118优选孔径为0.5微米或更大，在一个实施方案中，预滤器的孔径为0.6微米。然而，应当注意，在系统10和110中无需采用预滤器18和118。预滤器可以延伸到无菌过滤器中。
自预滤器18和118开始，然后将香料通过无菌过滤器20、120和122泵入。各种无菌过滤器在本领域中是已知的。为了对材料进行无菌化除菌，滤器的孔径为0.5微米或更小。无菌过滤器20、120和122优选孔径为0.2微米或更小。此类无菌过滤器的示例包括Pall和Millipore销售的过滤器。可以使用的具体过滤器为Ultipor N66。无菌过滤器20、120和122可以对经由其过滤的香料除菌。在说明性实施方案中，可以采用两个无菌过滤器120和122。然而，仅有一个无菌过滤器是必须的。第二个过滤器122作为第一个过滤器120损坏情况下的备用。
尽管提供了“在线”过滤系统10和100，但该过滤也可以是成品生产线的线下操作。因此，在该过滤和除菌工艺10和100过程中的任何问题都不会对生产线30和130造成不利影响。因此，如果一条线损坏或者一个过滤器泄漏，生产线30和130不必关闭。
当香料通过无菌过滤器20和120除菌后，可以将其无菌配料到容器126中。可以采用任一无菌灌装阀24和124灌注到容器126中。在一个实施方案中，采用Raypak灌装阀。
如上所述，在一个实施方案中，将香料配料到容器126。在一个实施方案中，容器126为袋。可以采用能够保持香料无菌状态的任何袋储存该香料。
参照图4，说明了容器126例如袋的实施方案。袋126包含灌装嘴127，它使得香料填充到容器126内部。当容器126被填充后，将灌装嘴密封。容器126包含从其中延伸出去的管子129，它可以与下面所述的生产线30和130连接。应当注意，容器26和126以及灌装嘴127的准确结构和构成可以改变。但必须的是，容器应当保持无菌，可以与上下文中所示生产线30和130连接。
容器126完成填充后，将其密封，可以立即在生产线30和130中使用，或者可以在适当的条件下储存。例如，容器126可以于环境条件下储存，仍然保持无菌。
如下文所示，本发明的优点之一在于其提供了多功能性，在必要的时候，在生产线30和130中可以采用香料，或者采用其它热敏感原料，或者可以交换使用。因此，本发明的方法和设备均具有高度灵活性，这使其可以在生产线中生产各种成品，无需大量停机时间。
参照图3所示，当需要使用香料时，可以将无菌袋126焊接到生产线130上。为此，可以将袋126上的管129焊接到生产线130中相应的塑料组件134上。在一个实施方案中，生产线130中的管136定义为软管或具有柔性的管。该柔性软管或管固定在138一端至142线的140出口以及第二端139至144线的143入口。为此，优选采用夹子或其它装备将该软管与生产线上的组件连接。当对生产线灭菌时，软管或管134的柔性结构使得软管134的内部可以被灭菌。
采用装置146将容器126的管129焊接到柔性管134上，这在两个塑料管之间建立了无菌连接。可以采用在非无菌环境中提供无菌连接的任何设备。可以在热塑性塑料管中提供无菌连接和分离的一个装置为获自Sartorius的Biowelder 30。Biowelder可以用于生物制药生产工艺以便于在连接时保持无菌状态。Biowelder是全自动化装置，在无菌焊接操作中用于连接热塑性塑料管。尽管优选采用外径为1/4至3/4英寸的管，但也可以采用任何其他管。
通过在生产线130与特别是柔性软管134和无菌袋126之间建立无菌连接，在生产工艺中提供了更大的灵活性。如上所述，生产设备包括无菌袋126以及生产线130中香料与香料之间切换清洗的开关，无需完全停机、清洗和再次灭菌。同样，通过采用无菌连接设备146，可以将部分使用的袋126再次密封，在生产过程中再次使用。因此，极大地节约了成本。
如上所述，图3为用于生产食品特别是饮品的生产线的原理图。如图所示，非热敏感材料150通过泵154自罐152输送到灭菌区域156。应当注意，术语“非热敏感材料”广义地包括可以采用传统热灭菌的任何材料，即使其使得产品品质下降。非热敏感材料150可以采用任何热灭菌方法进行热灭菌，例如UHT、HTST、巴氏灭菌或任何其它热灭菌工艺。为此，将材料处理直到无菌。然后将热处理材料输送到配料点172。
如上所述，将无菌袋126与生产线130连接，从而使得热敏感材料例如香料可以配料到热不敏感材料中。为此，将其通过泵输送到定量阀174。在一个实施方案中，定量阀174为CIP/SIP可清洗配料单元。在一个更具体的实施方案中，定量阀174为Gemu定量阀。这些阀可以购自德国的Gemu Valves,Inc.。然而，应当注意，各种阀均可以用作定量阀174。例如，可以采用任何集群定量阀(cluster block dosing valve)以及双室定量阀，例如Aseptomag无菌双室定量阀。需要的是，阀174应当使得灭菌材料经由其流动以及将香料配料到另一种产品中的能力，优选具有CIP(在线清洗)和SIP(在线灭菌)功能。然后将香料和非热敏感材料在配料点170一起混合，然后将获得的产品176转移至无菌罐178中。
与现有配料系统相比，本发明具有多种优点。在传统系统中，在加入香料之前需先加热处理，然后将流体加热，随后添加热敏感香料，在加热步骤中成分会降解。另外，如果采用直接加热并随后进行闪蒸步骤，挥发性香料和芳香剂会损失。相反，在本发明中，热敏感香料完全被保存，进一步提高了灌装产品的质量/风味。
在传统系统中，采用生产线中的在线过滤器，香料注入不可改变，通常适用于单一配料成分的大型生产线。这是由于香料通过只能除去非无菌成分的过滤器的事实。底层流体(base stream)经过加热灭菌、冷却，然后在灌装之前加入无菌香料。因为香料在生产线中在线灭菌，任何香料的改变均需要清洗在线过滤系统和注入系统。此外，在系统清洗之前需要改变过滤器。另外，如果生产过程中过滤器泄漏，无菌状态受到破坏，必须丢弃大量灌装的产品。
相反，在本发明中，如果无菌香料灌装操作过程中出现过滤器的阻塞或损坏，该过滤的香料可以重新加工(过滤已灭菌)，因此可以避免大量产品的损失。香料的改变可以容易地进行，无需对整个香料注入系统灭菌。部分使用的香料袋可以随后再次使用。可以容易地并且迅速地实现产品的多重风味并且无菌储存。
应当理解，对本文中所述现有优选实施方案的各种改变和修改对本领域技术人员而言是显而易见的。可以进行此类改变和修改而不会背离本发明主旨的精神和范围，不会减少其预期的优点。因此，本申请的权利要求应当包含此类改变和修改。
Claims (17)
1.生产食品的方法，该方法包括下列步骤：
采用无菌过滤器对热敏感食品材料进行无菌除菌；
将已除菌的热敏感材料填充到配备管子的无菌容器中；
采用热封机将已填充的无菌容器与生产线相连，这使得无菌容器的管子与液体向生产线的流动通路之间建立了无菌连接；
在生产线中采用热灭菌步骤对非热敏感食品材料进行灭菌；
通过定量阀输送已除菌的热敏感食品材料，将已除菌的热敏感食品材料与已灭菌的非热敏感食品材料混合；并且
将混合物填充到第二个容器中。
2.权利要求1的方法，其中所述热敏感食品材料选自：矫味剂、着色剂、维生素、酶、果汁、发酵培养物、益生菌、香料、单和多不饱和脂肪酸、多酚、细菌、药物和抗氧化剂。
3.权利要求1的方法，该方法包括下列步骤：自生产线上分离无菌容器，将生产线与含有不同无菌除菌的热敏感食品成分的不同容器无菌连接。
4.权利要求3的方法，其中所述不同容器选自库存容器。
5.权利要求1的方法，其中将所述热敏感食品成分和非热敏感食品成分在定量阀中混合。
6.权利要求1的方法，其中所述无菌连接通过将所述管子与界定流动通路的第二个管子连接而建立。
7.权利要求1的方法，该方法包括将上述容器自生产线无菌分离并且储存该容器以备后用的步骤。
8.权利要求1的方法，其中所述容器为具有适当连接管的任何包装器械。
9.将液体材料无菌配料到饮料食品中的方法，该方法包括下列步骤：
在生产线中采用热灭菌方法对第一种食品材料灭菌；
在不作为生产线一部分进行的工艺过程中采用无菌过滤器对第二种食品材料进行无菌除菌；
将已除菌的第二种食品材料灌装到配备管子的无菌袋中；
采用热封机将灌装的无菌袋与配备定量阀的液体连通中的液体通路连接，这在无菌袋的管子与进入定量阀的流动通路之间建立了无菌连接；
通过定量阀输送已除菌的第二种食品材料；
将已灭菌的第一种食品材料与已除菌的第二种食品材料混合；并且
将第一种和第二种食品材料的混合物灌装到容器中。
10.权利要求9的方法，其中所述第一种食品材料选自：矫味剂、着色剂、维生素、酶、果汁、发酵培养物、益生菌、香料、单和多不饱和脂肪酸、多酚、细菌、药物和抗氧化剂。
11.权利要求9的方法，该方法包括下列步骤：自阀上分离无菌袋，将含有不同无菌除菌的食品成分的不同袋与阀无菌连接。
12.权利要求9的方法，其中第一种和第二种食品材料在定量阀中混合。
13.权利要求9的方法，其中所述无菌连接通过将所述管子与界定流动通路的第二个管子焊接而建立。
14.权利要求9的方法，该方法包括自生产线上无菌分离所述袋并且将袋储存以备后用的步骤。
15.制备液体食品的设备，该设备包括：
包括塑料组件的生产线，其可以与容器的塑料管无菌连接，所述塑料组件位于定量阀的上游；
材料输送通路，其目的在于使得已灭菌的食物材料流过；和
定量阀，其目的在于将流经所述塑料组件的无菌材料注入热敏感材料中。
16.权利要求15的设备，其中所述塑料组件为柔性管。
17.权利要求15的设备，该设备包括无菌焊机，其可以将塑料组件的一部分焊接到塑料管的一部分上。
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