CN105214107A - 含温度敏感化合物的粘性产品的制备和杀菌设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含温度敏感化合物的粘性产品的制备和杀菌设备和方法，其特征在于，所述设备包括：热处理单元(15)，所述热处理单元(15)被供以粘性基体(12)，所述粘性基体(12)在所述热处理单元中被杀菌；混合单元(17)，所述混合单元(17)被供以经杀菌的粘性基体(12)和无菌的温度敏感化合物(11)，所述温度敏感化合物(11)在所述混合单元(17)中被加入到所述经杀菌的粘性基体(12)中以形成粘性流体(10)。

Description

含温度敏感化合物的粘性产品的制备和杀菌设备和方法

技术领域

本发明涉及用于对粘性流体进行制备和杀菌的设备和方法，所述粘性流体含有稀释于粘性基体中的温度敏感化合物。所述粘性流体包括但不限于其中稀释有温度敏感化合物的化妆品、药物、植物和动物提取物以及/或者食物产品，所述温度敏感化合物例如为香精或药理活性化合物。本发明尤其适合对含有温度敏感香精的化妆膏霜的制备和杀菌。本发明更通常地涉及用于处理粘性流体的装置、系统和方法。

背景技术

食品的工业生产多年来所面对的问题是无菌生产和封装。这种生产和封装的目的是延长产品保质期，以便在延长的时段内保持营养品质并杀灭对健康具有潜在危害的细菌。政府规定快速限制了能够延长产品保质期的选项的范围并且明确禁止在人们摄取的食物中包含多种防腐剂。

流体食物产品的热处理(出于杀菌目的)是常用的工业生产过程。为了快速地加热到很高的温度(通常超过100℃)，采用了蒸汽。加热可以直接或间接地发生。在间接加热中，使用的是不同类型的热交换器。在直接加热中，蒸汽被直接加入到产品中。已知针对乳制品的杀菌过程通常被称为超高温处理(UHT，即，UltraHeatTreatment或UltraHighTemperature)过程；对温度水平和暴露时间的合适的控制使得能够消灭存在于乳制品中的那些微生物。

具有两种类型的蒸汽加入过程：喷射和浸渍(infusion)。对于喷射而言，蒸汽被喷射到封闭系统中的产品中，而浸渍则意味着产品精细地散布(finelysprayed)并且使产品穿过充满蒸汽的空间。在这两种情况下，快速地供应蒸汽并有效地将产品加热至所需的温度，并且产品随后在给定的预定暴露时间内被保持在这一温度下。随后必须撤除对产品的蒸汽供应以避免稀释产品。

这通常由真空腔室中的通常称为急速冷却的蒸发冷却引起。在加工过程中，在热处理之前，蒸汽被释放并且随着产品被冷却到其具有的相似温度而同时被冷凝。蒸发冷凝通常由于在一定压力下将散发蒸汽的产品供给到真空腔室中而引起。当产品进入真空腔室时，液体沸腾，蒸汽被释放并且在腔室中向上升高，而产品积聚在容器的下部区域中。因此，冷却的产品可从腔室的下部区域中取出。离开产品的蒸汽与未冷凝的气体被冷凝，以便能够排出到出口。

化妆品工业面临相似的问题。在一个示例中，护肤和化妆膏在延长至数月的使用期内被多次使用。为了处理这一问题，化妆品工业包括多种防腐剂(例如，对羟基苯甲酸酯类)，所述防腐剂防止真菌和细菌的生长。多种研究强调了这些防腐剂对人类健康的潜在危害。对其它化合物进行了研究以作为对羟基苯甲酸酯的替代物，但是显示了低的效率和/或仍然对人类健康具有长期影响的风险。因此，规定对加入到化妆品中的防腐剂愈发地限制。

作为加入防腐剂的替代性途径，可考虑对化妆品进行杀菌。产品的高的粘度禁止了过滤器的使用。研究了多个基于加热的方法和装置。特别地，美国专利申请US2009/0148343公开了基于间接加热对化妆品杀菌，其利用的是使产品循环穿过经过加热池(heatingbaths)和冷却池(coolingbaths)的回路。

为了改善杀菌过程的效率，已经开发出基于替代性的直接加热对多种产品进行杀菌的设备和方法。然而，仍然待发现一种使得能够保持稀释在粘性基体中的稳定敏感活性化合物的期望性质的杀菌方法。

发明内容

对化妆品进行杀菌好的方案，其能够延长保质期、长期保持产品性能并同时避免添加多种对健康具有潜在危害的添加剂。一个挑战是消除由于化妆品中含有的温度敏感化合物的热处理引起的变性或至少使所述变性最小化。

本发明的一个目标是：通过提供用于对含有至少一种稀释在粘性基体中的温度敏感化合物的粘性流体进行制备和消毒的设备和方法，来克服现有技术中的缺点。

为此，本发明的特定实施例涉及一种用于对含有稀释在粘性基体中的无菌温度敏感化合物的粘性流体进行制备和杀菌的设备，其特征在于，所述设备包括：

-热处理单元，所述热处理单元被供以粘性基体，粘性基体在热处理单元中被杀菌。

-混合单元，所述混合单元被供以经杀菌的粘性基体和无菌的温度敏感化合物，温度敏感化合物在混合单元中被加入到经杀菌的粘性基体中以形成粘性流体。

本发明的特定实施例还涉及一种设备，在所述设备中，热处理单元包括：

-直接加热装置，在所述直接加热装置中通过将蒸汽加入到所述粘性基体中使所述粘性基体被加热，

-高温回路，所述高温回路被供以加热的粘性基体，加热的粘性基体在所述高温回路中在预定的停留时间内被维持于大约120℃到155℃的温度范围内，以便实现对所述粘性基体的杀菌，以及

-蒸发冷却装置，所述蒸发冷却装置被供以经杀菌的粘性基体，经杀菌的粘性基体在所述蒸发冷却装置中通过蒸汽蒸发被冷却至介于大约20℃到90℃之间的温度。

在本发明的特定实施例中，直接加热单元包括蒸汽浸渍装置。在特定实施例中，直接加热单元包括蒸汽喷射装置。此外，所述设备可进一步包括位于所述直接加热装置的上游的间接加热装置，所述间接加热装置被构造成向所述直接加热装置供给温度介于大约20℃到90℃之间的粘性基体。

在本发明的特定实施例中，所述热处理单元包括：

-第一热交换器装置，粘性基体在所述第一热交换器装置中被加热，

-高温回路，所述高温回路被供以加热的粘性基体，加热的粘性基体在所述高温回路中在预定的停留时间内被维持于大约120℃到155℃的温度范围内，以便实现对所述粘性基体的杀菌，以及

-第二热交换器，所述第二热交换器被供以经杀菌的粘性基体，经杀菌的粘性基体在所述第二热交换器中被冷却至介于大约20℃到90℃之间的温度。

在本发明的特定实施例中，所述设备进一步包括位于所述混合单元的上游的杀菌装置，所述杀菌装置被供以温度敏感化合物。

在本发明的特定实施例中，被供以温度敏感化合物的杀菌装置包括过滤装置或热处理装置。通过辐射照射、辐照照射或紫外线辐射来确保温度敏感化合物的杀菌的装置同样被本发明考虑。

在本发明的特定实施例中，所述设备进一步包括位于所述混合单元的上游的计量泵，所述计量泵被供以温度敏感化合物并且被构造成对喷射到所述混合单元中的温度敏感化合物的流量或质量进行计量。附加地，所述计量泵可位于所述杀菌装置的上游。所述计量泵可为容积式泵。

本发明的另一目标是，提出一种使用所述设备的特定实施例来对粘性流体进行制备和杀菌的方法，并且该方法包括下述步骤：对热处理装置中的粘性基体进行杀菌以及将温度敏感化合物加入到经杀菌的基体中。在本发明的特定实施例中，所述方法进一步包括将所述粘性流体填充到无菌容器中的步骤。在本发明的特定实施例中，所述方法进一步包括：将所述粘性流体填充到非无菌容器中步骤以及将该容器储存在冷藏环境下的步骤。

因此，本文已经概括地(而不是宽泛地)描述了本发明的特定实施例，以便本发明的详细说明在此可被更好地理解并且以便本发明对本领域的贡献可以更好地被理解。当然，本发明的另外的实施例将在下文描述并且将形成本发明的从属权利要求的主题。

在这方面，在详细地说明本发明的至少一个实施例之前，应明白，本发明在本发明的应用中并不限于以下说明中陈述的或附图中示出的构造的细节和部件的布置。本发明能够为除了所描述的那些实施例以外的实施例并且能够以多种方式被实践和执行。另外，应明白，在此采用的词组和术语以及摘要是为了说明的目的并且不应当被认为是限制性的。

照此，本领域技术人员应理解，本公开内容所基于的设想可容易地被用作用于设计执行本发明的数个目的其它结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，权利要求被认为包括这种等价构造，只要其不超出本发明的精神和范围。

附图说明

通过下文中对本发明的非限制性实施例的详细描述并参照示意性示出本发明的设备的附图，本发明的其它特征和优点将因此变得清晰。在附图中：

图1为根据用于粘性流体的制备和杀菌的设备的第一实施例的流程图；以及

图2为根据用于粘性流体的制备和杀菌的设备的第二实施例的流程图；以及

图3为根据用于粘性流体的制备和杀菌的设备的第三实施例的流程图。

具体实施方式

用于粘性流体的制备和杀菌的设备的第一实施例的流程图在图1中详细地示出。所述设备被设计成用于包括乳液产品的化妆品(例如，护肤膏或洗液)。然而，本发明并不限于化妆品，而是更通常地涵盖含有稀释在粘性基体中的温度敏感活性化合物的高粘度流体。本发明适用的其它粘性流体例如包括药物、植物和动物提取物以及食物产品。温度敏感活性化合物的示例包括香精、精油、维生素、蛋白质、药理活性化合物或更常见的总活性成分。无菌的温度敏感化合物被加入到粘性基体中以形成粘性流体。在本申请中，当经历杀菌过程时，该化合物被认为是无菌的。所述化合物可被稀释到一种或多种类型的粘性基体中，粘性基体可包括例如融入到水中的油的乳液或融入到油中的水、亲脂性媒质、含水或含酒精媒质，或更通常地为任何类型的稀释基质。本发明的特定实施例的目的在于对任何类型的粘性流体的制备和杀菌，所述粘性流体优选地在大约20℃到90℃之间的温度下具有超过1500cP的静力粘度。已经显示出的是，本发明的特定实施例尤其适用于下述流体：在所述温度范围内并且在蒸发冷却步骤之后(例如，在基于直接加热的杀菌之后)测得的静力粘度超过1500cP。

图1中示出的流程图描述了用于粘性流体10的制备和杀菌的设备的第一实施例，所述粘性流体10含有至少一种稀释到粘性基体12中的温度敏感活性化合物11。

所述设备包括：

-热处理单元15，所述热处理单元被供以粘性基体12，粘性基体12在热处理单元中被杀菌。

-用于无菌的温度敏感化合物11的供料单元16，以及

-混合单元17，所述混合单元17被供以经杀菌的粘性基体12和无菌的温度敏感装置11，温度敏感化合物在混合单元17中被加入到经杀菌的粘性基体12中以形成粘性流体10。

在第一实施例中，热处理单元15包括直接加热装置18，其中，通过将蒸汽加入到粘性基体12中使得粘性基体被加热。直接加热装置18为蒸汽浸渍装置。直接加热装置18包括被供以蒸汽的腔室，所述腔室具有上部圆柱部分和下部圆锥部分。进入的粘性基体12被引入到上部圆柱部分中并且被精细地分割，例如通过专用的冲孔板。蒸汽被加入到散布在腔室中的基体中。下部圆锥部分在加热的基体被输送到高温回路19之前收集(collect)加热的基体。蒸汽流的有效的分布连同基体在腔室内的有效的分布共同导致对粘性基体的有效的加热。可在少于1秒的时间内达到大约120℃到155℃的范围内的温度。

随后，加热的粘性基体穿过高温回路19循环，加热的粘性基体在高温回路19中在预定的停留时间内被维持于大约120℃到155℃之间的温度范围内，以便实现对粘性基体12的杀菌。正如领域内技术人员已知的，高温回路可包括保温管(holdingtube)以及不同种类的泵和阀的组合。

热处理单元15还包括被供以经杀菌的粘性基体的蒸发冷却装置20，粘性基体在蒸发冷却装置20中通过蒸汽蒸发被冷却到20℃到90℃的范围内的温度。在一个可能的实施例中，蒸发冷却装置20包括真空腔室，所述真空腔室具有上部圆柱部分和从上部部分向下延伸的下部圆锥部分。在上部部分中是被喷射的加热的粘性基体12。基体随后通过使直接加热步骤中添加到流体中的蒸汽被至少部分地蒸发而被冷却。下部部分通过重力来收集被冷却的基体。蒸发水的量可根据真空水平以及基体入口温度和基体出口温度来调节。真空腔室的压力可介于大约0.05巴到1巴(绝对压力)之间。实现了用少于一秒的急速冷却时间来将流体冷却至介于大约20℃到90℃之间的温度。粘性基体12在热处理单元15的出口处的温度被设置成低至足以确保不使混合单元17中的温度敏感化合物11变性。经冷却的基质可通过直接泵送来运送到混合单元17。但是真空腔室的下部的底部处的经冷却的基体的高的粘度使得难以将基体提取出蒸发冷却装置20。对于这个问题，蒸发冷却装置还可包括提取装置，以便将从所述下部部分提取基体并且确保将基体输送到下游回路。在一个示例中，美国专利申请13/713760公开了包括所述提取装置的蒸发冷却装置的有效设计。

热处理单元15可进一步包括位于直接加热装置18上游的间接加热装置21。间接加热装置21旨在将粘性基体的温度增加至中间水平，以有利于将粘性基体引入到直接加热装置18中以及加入蒸汽。在一个可能的方案中，间接加热装置21(例如，热交换器)被构造成向直接加热装置18供以温度范围介于大约20℃到90℃之间的粘性基体。

如图1所示，温度敏感化合物11的供料单元16可包括储存罐25和计量泵26。计量泵26使得能够控制温度敏感化合物进入混合单元17的流量。换言之，计量泵26被构造成对温度敏感化合物与粘性基体的比例进行控制。根据温度敏感化合物的性质、所期待的性能等，可以使用多种类型的计量泵。在一个可能的方案中，所述计量泵26为容积式泵。

供料单元16可进一步包括位于混合单元17上游的杀菌装置27，所述杀菌装置27被供以温度敏感化合物。杀菌装置27可包括杀菌过滤装置，所述杀菌过滤装置被构造成过滤大量的非所期望的有机化合物。例如通过辐射照射、辐照照射或紫外线辐射来确保温度敏感化合物的杀菌的装置同样被本发明考虑。还可以使用高压杀菌装置。杀菌装置27还可包括诸如热交换器之类的热处理装置。在这种情况下，杀菌装置被构造成确保温度敏感化合物11的一定程度的杀菌并同时防止化合物在较高温度发生显著变性。化合物的温度或其在杀菌装置27中的停留时间被保持在足够低的值，即，低于热处理单元15中的粘性基体所面临的温度或停留时间。

在图1所示的实施例中，杀菌装置27位于计量泵26的下游。这种布置允许计量泵推动温度敏感化合物穿过杀菌装置27并直到混合单元17。这种布置还通常比其替代布置更优选，其中，泵位于杀菌装置的下游，通常避免气穴现象和/或避免经杀菌的化合物潜在地行进穿过所述泵。

粘性流体在混合单元17中被制备，混合单元17将经杀菌的粘性基体12和温度敏感化合物11结合在一起。在一个可能的实施例中，混合单元包括动态混合器30，所述动态混合器30例如包括多块相继的冲孔板和插入在冲孔板之间的旋转叶片。粘性基体和温度敏感化合物可被单独地引入到摇晃的储存罐中。替代性地，它们可在被引入到动态混合器之前结合。一个可能的方案是设置管道系统，使得温度敏感化合物以逆向于粘性基体的流动的方式引入。所产生的混合物随后被引入到动态混合器中，以便改善混合物的均匀性。

如图1所示，混合单元17可进一步包括热交换器31，以便管理粘性流体10在混合单元17的出口处的温度。可选地，混合单元还可包括位于动态混合器30的入口处的热交换器，以便管理混合器中的粘性流体的温度。为进一步改善粘性流体10的均匀性，混合单元17可包括多个相继的动态混合器30和位于这些混合器之间的多个热交换器31。

用于粘性流体的制备和杀菌的设备的第二实施例的流程图在图2中详细地示出。第二实施例包含多个已经在图1中描述过的部件。图中相同的附图标记表示相同的部件；这些部件在下文中将不再系统地详细描述。

第二实施例包括：热处理单元45、温度敏感化合物供料单元16和混合单元17，粘性基体12在所述热处理单元中被杀菌，粘性基体12和温度敏感化合物11在所述混合单元17中被混合以形成粘性流体10。供料单元16和混合单元17的设计与第一实施例相同。第二实施例与第一实施例的不同之处在于热处理单元。第二实施例的热处理单元45包括直接加热装置46、高温回路19和蒸发冷却装置20，在直接加热装置46中通过加入蒸汽到粘性基体中来使粘性基体12被加热，粘性基体在高温回路19中循环预定的停留时间以实现对粘性基体的杀菌，粘性基体在蒸发冷却装置20中通过蒸汽蒸发而被冷却。

在所述第二实施例中，直接加热装置16为蒸汽喷射器装置，但是其他的直接加热装置同样在本发明的范围之内。举例而言，由于间接预热步骤(图中未示出)而具有在大约20℃至90℃的范围内的温度的入口粘性基体12行进经过蒸汽喷射嘴，粘性基体在蒸汽喷射嘴中与蒸汽混合。蒸汽的加入使流体在小于一秒的时间内被加热至大约120℃至155℃的范围内的温度。在直接加热装置46的出口处，加热的粘性基体被供给到高温回路19。

用于粘性流体的制备和杀菌的设备的第三实施例的流程图在图3中详细地示出。第三实施例包含多个已经在图1和图2中描述过的部件。图中相同的附图标记表示相同的部件；这些部件在下文中将不再系统地详细描述。

第三实施例包括：热处理单元55、温度敏感化合物供料单元16和混合单元17，粘性基体12在所述热处理单元中被杀菌，粘性基体12和温度敏感化合物11在所述混合单元17中被混合以形成粘性流体10。供料单元16和混合单元17的设计与第一实施例和第二实施例相同。第三实施例与之前实施例的不同之处在于热处理单元。第三实施例的热处理单元55是间接加热装置。该热处理单元包括用于加热粘性基体12的第一热交换器56(或包括多个相继的热交换器的第一单元)、实现对粘性基体的杀菌的高温回路19以及用于冷却经杀菌的粘性基体12的第二热交换器57(或包括多个相继的热交换器的第二单元)。

本发明的特定实施例还涉及用于对含有稀释在粘性基体中的无菌温度敏感活性化合物的粘性流体进行制备和杀菌的方法，所述方法包括下述相继的步骤：

-对热处理装置中的粘性基体进行杀菌，以及

-将无菌的温度敏感化合物加入到经杀菌的基体中。

Claims (15)

1.一种用于对粘性流体(10)进行制备和杀菌的设备，所述粘性流体(10)含有稀释在粘性基体(12)中的无菌的温度敏感化合物(11)，其特征在于，所述设备包括：

热处理单元(15，45，55)，所述热处理单元(15，45，55)被供以粘性基体(12)，所述粘性基体(12)在所述热处理单元中被杀菌；

混合单元(17)，所述混合单元(17)被供以经杀菌的粘性基体(12)和无菌的温度敏感化合物(11)，所述温度敏感化合物(11)在所述混合单元(17)中被加入到经杀菌的粘性基体(12)中以形成粘性流体(10)。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热处理单元(15，45)包括：

直接加热装置(18，46)，在所述直接加热装置(18，46)中通过将蒸汽加入到所述粘性基体(12)中使所述粘性基体(12)被加热，

高温回路(19)，所述高温回路(19)被供以加热的粘性基体(12)，加热的粘性基体(12)在所述高温回路(19)中在预定的停留时间内被维持于大约120℃到155℃的温度范围内，以便实现对所述粘性基体(12)的杀菌，以及

蒸发冷却装置(20)，所述蒸发冷却装置(20)被供以经杀菌的粘性基体(12)，经杀菌的粘性基体(12)在所述蒸发冷却装置(20)中通过蒸汽蒸发被冷却至介于大约20℃到90℃之间的温度。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述直接加热装置(15)包括蒸汽浸渍装置(18)。

4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述直接加热装置(45)包括蒸汽喷射装置(46)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，进一步包括位于所述直接加热装置(18，46)的上游的间接加热装置(21)，所述间接加热装置(21)被构造成向所述直接加热装置(18，46)供给温度介于大约20℃到90℃之间的粘性基体(12)。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热处理单元(55)包括：

第一热交换器装置(56)，所述粘性基体(12)在所述第一热交换器装置(56)中被加热，

高温回路(19)，所述高温回路(19)被供以加热的粘性基体(12)，加热的粘性基体(12)在所述高温回路(19)中在预定的停留时间内被维持于大约120℃到155℃的温度范围内，以便实现对所述粘性基体(12)的杀菌，以及

第二热交换器(57)，所述第二热交换器(57)被供以经杀菌的粘性基体(12)，经杀菌的粘性基体(12)在所述第二热交换器(57)中被冷却至介于大约20°C到90℃之间的温度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，进一步包括位于所述混合单元(17)的上游的杀菌装置(27)，所述杀菌装置(27)被供以温度敏感化合物(11)。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，被供以温度敏感化合物(11)的所述杀菌装置(27)包括：过滤装置或热处理装置，或通过辐射照射、辐照照射或紫外线照射来确保杀菌的装置，或高压杀菌装置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，进一步包括位于所述混合单元(17)的上游的计量泵(26)，所述计量泵(26)被供以温度敏感化合物(11)并且被构造成对喷射到所述混合单元(17)中的温度敏感化合物(11)的流量或质量进行计量。

10.根据权利要求7和9所述的设备，其中，所述计量泵(26)位于所述杀菌装置(27)的上游，以便对供给到所述杀菌装置(27)中的温度敏感化合物(11)的流量进行计量。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其中，所述计量泵(26)为容积式泵。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中，所述混合单元(17)包括动态混合器(30)或摇晃的储存罐。

13.一种用于对粘性流体(10)进行制备和杀菌的方法，所述粘性流体(10)含有稀释在粘性基体(12)中的无菌的温度敏感化合物(11)，其中，所述粘性流体(10)循环穿过根据权利要求1至12中任一项所述的设备，所述方法包括下述相继的步骤：

对热处理单元(15，45，55)中的粘性基体(12)进行杀菌；以及

将无菌的温度敏感化合物(11)加入到经杀菌的粘性基体(12)中。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，进一步包括：将所述粘性流体填充到无菌容器中的步骤。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤：

将所述粘性流体填充到非无菌容器中，

将该容器储存在冷藏环境下。