DK141611B - Apparat til sterilisaton af flydende næringsmidler, specielt mælkeprodukter. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 1M611 DANMARK (51) lnt Cl 3 A 23 c 3/033 §(21) Ansøgning nr. 1 708/68 (22) Indleveret den 17· &pr. 1968 (23) Ubedag 17· apr. 1968 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsesakriftet offentliggjort den 12. maj 19 80

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den

18. apr. 1967, 105192, ER 15. dec. 1967, 132589, FR

(71) A T A D SOCIETE ANONYME, 82, Rue Rarabuteau, Paris 1, FR.

(72) Opfinder: Robert Angue, 9, Avenue de la Concorde, Οβ-Antibes, FR: Raoul Wander, 11 bis, rue Jean, Coujon 75, Paris 8, FR.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Internationalt Patent-Bureau.

(54) Apparat til sterilisation af flydende næringsmidler, specielt mælke« produkter.

Opfindelsen angår et apparat til sterilisation af flydende næringsmidler, specielt mælkeprodukter, med en skive, der kan bringes til rotation i et hus, en tilførselsåbning til materialet, der skal steriliseres, i nærheden af skivens rotationsaksel og en afgangsåbning for det steriliserede materiale i nærheden af skivens periferi.

Ved de klassiske fremgangsmåder til sterilisering ved indvirkning af varme giver man produktet, der skal steriliseres en vis temperatur i et forudbestemt tidsrum. Således udfører man sædvanligvis sterilisation af mælk i uemballeret tilstand ved 130-150°C i nogle sekunder eller i op til 1 minut, idet man bringer mælken i kontakt med en opvarmet væg eller med damp (upérisation). Disse to opvarmningsmåder ved kontakt har den ulempe, at de giver mælken et termisk chok, 2 141511 idet mælkens partikler pludselig bringes nær metalpartikler eller damp, der er meget varmere end mælkepartiklerne. Dette bevirker en forringelse af de organolep-tiske og ernæringsmæssige egenskaber for mælken, afhængigt af temperaturen og varigheden af kontakten, ligesom der sker en vis adskillelse af bestanddelene, der ofte nødvendiggør en påfølgende homogenisering. Endvidere er det, når opvarmningen af mælken foretages ved kontakt med damp, absolut nødvendigt at fjerne vand, der tilføres mælken. Mælkesterilisation med damp er endvidere ikke tilladt af lovgivningen i visse lande.

Ved disse klassiske fremgangsmåder, ved hvilke mælken opvarmes til en høj temperatur, og holdes ved denne i et vist tidsrum, fremkommer tre virkninger: for det første en gavnlig biologisk virkning, dvs. nedbrydning af de mikroorganismer, der findes i mælken, hvilken nedbrydning netop er formålet med sterilisationen.

For det andet en uønsket kemisk virkning, nemlig kemisk ændring af visse ømfindtlige organiske molekyler, der medfører ændringer i farven og i de organoleptiske egenskaber og nedbrydning af en del af proteinerne og vitaminerne i den oprindelige mælk og endda af og til kan føre til en krakning eller påbrænding, som følge af at produktets partikler klæber til varmevæggene som følge af fejlagtig drift eller afbrydelse af sterilisationsapparatet. For det tredje har behandlingen en fysisk virkning, der ligeledes er uønsket, idet der sker en adskillelse af bestanddelene, specielt af fløden i mælken.

Det har nu vist sig, at det er fordelagtigt at gennemføre sterilisering af næringsmidler, specielt af mælkeprodukter, ved at udsætte produktet, der skal steriliseres ,i et tidsrum, der er meget begrænset og af størrelsesordenen en brøkdel af et sekund, samtidig for en sterilisationstemperatur og for en mekanisk kraft, idet disse to faktorer ved deres forenede virkning praktisk taget øjeblikkeligt bevirker den ønskede nedbrydning af mikroorganismerne, uden at de organiske molekyler nedbrydes, som følge af at sterilisations temperaturen anvendes i et ekstremt kort tidsrum. I apparatet ifølge opfindelsen bringes produktet, der skal steriliseresjtil sterilisationstemperaturen, ikke ved kontakt med en væg eller damp, der er meget varmere end produktet, således at der fremkommer et termisk chok, der fremmer molekylnedbrydninger, men ved progressiv indre opvarmning i selve produktet uden tilførsel af ydre varme. Man får således et steriliseret produkt, der er praktisk taget identisk, med hensyn til kemisk og fysisk sammensætning, med det oprindelige produkt, men befriet for kim, der er skadelige ud fra et hygiejnisk og holdbarhedsmæssigt synspunkt. Behandlingen i apparatet medfører således som praktisk taget eneste virkning nedbrydning af mikroorganismerne, idet den lader det oprindelige produkts kemiske og fysiske sammensætning uændret, som følge af at den termiske virkning er progressiv og af meget begrænset varighed (en brøkdel af et sekund), medens ved de klassiske fremgangsmåder til sterilisa- 3 141611 tion ved opvarmning denne termiske virkning er brutal og af lang varighed (adskillige sekunder eller op mod 1 minut) og som følge heraf fører til en kemisk nedbrydning og en fysisk adskillelse. Man adskiller således ved behandlingen i det omhandlede apparat den nyttige virkning ved sterilisationen, dvs. nedbrydning af kimene, fra de skadelige virkninger, der skyldes kemisk nedbrydning og fysisk segregering.

Apparatet ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at skiven kan drives med en hastighed, der er tilstrækkelig til, at materialet, der skal steriliseres,ved væskefriktion opnår en til sterilisation tilstrækkelig temperatur, at afstanden mellem i det mindste den ene af skivens flader og en stationær væg i huset er af størrelsesordenen 0,2-0,3 ram, og ved at afgangsåbningen er dimensioneret således, eller er forbundet med modtryksdannende organer således, at der under apparatets drift kan opretholdes et tryk i husets indre, der er tilstrækkeligt til undgåelse af kogning af væsken ved sterilisationstemperatur.

Dette apparat muliggør dels at produktet opnår den ønskede temperatur, og dels at der på partiklerne i dette udøves en mekanisk kraft tilstrækkelig til at beskadige eller endog ødelægge cellevæggene af mikroorganismerne, der eventuelt er til stede i produktet, der skal steriliseres.

Den enkleste konstruktion af apparatet opnås,når skiven er afgrænset af to parallelle flader.

Ved apparatet ifølge opfindelsen tilvejebringer man således, samtidig med at der udøves en mekanisk kraft med nedbrydende virkning på cellevæggene i mikroorganismerne, en opvarmning af partiklerne i produktet, der skal steriliseres, ved gnidning mod væggene, mellem hvilke produktet befinder sig, idet det bemærkes, at disse vægge ikke er opvarmet til en temperatur højere end temperaturen af produktet, der kommer i kontakt med dem (som det er tilfældet ved de klassiske tidligere apparater til termisk sterilisation), hvorved ethvert termisk chok og som følge heraf en kemisk nednrydning og fysisk adskillelse af de forskellige bestanddele i produktet, der skal steriliseres, undgås. Alene mikroorganismerne, der eventuelt er til stede i produktet, der skal steriliseres, ødelægges, og dette i praktisk taget total udstrækning.

Det har overraskende vist sig, at samtidig anvendelse af en mekanisk kraft, der er tilstrækkelig til at ødelægge eller i det mindste beskadige cellevæggene, og en vis temperatur muliggør gennemførelse af en effektiv sterilisation ved en lavere temperatur og/eller i et kortere tidsrum end ved de rent termiske fremgangsmåder, der kun anvender en vis opvarmning i et vist tidsrum. Som følge af at pro- 141611 4 dukter, der skal steriliseres, specielt et mælkeprodukt, underkastes en temperatur, der er lavere og/eller behandles i et kortere tidsrum end ved ren termisk sterilisation, undergår produktets bestanddele ikke væsentlig kemisk nedbrydning og/ eller fysisk segregering. Der fås et produkt, der i det væsentlige er identisk med udgangsproduktet før steriliseringen, hvilket specielt gælder for mælk, bortset fra at mikroorganismerne, der eventuelt er til stede, er nedbrudt af den forenede indvirkning af varmebehandlingen og den mekaniske kraft.

For at gennemføre den selektive nedbrydning af mikroorganismerne under de bedst mulige omstændigheder uden væsentlig nedbrydning eller segregering har det vist sig, at det er fordelagtigt at arbejde under følgende betingelser, når mælk skal steriliseres: temperaturen må ikke overstige 145°C, tidsrummet for anvendelse af den maksimale temperatur må ikke overstige nogle tiendedele af 1 sekund, produktet, der skal steriliseres, skal ledes mellem overfladerne af vægge, der har en afstand på højst 0,5 mm, og den maksimale hastighed for den relative forskydning (i nærheden af periferien af skiven) skal være større end 50 m pr. se-kung, og fortrinsvis af størrelsesordenen 60-80 m pr. sekund eller mere.

Under disse foretrukne omstændigheder forbliver mælken absolut stabil under steriliseringsbehandlingen, selv hvis der er et overskud til stede af albumin, calcium og/eller syre. Specielt fremkommer der ingen koagulation ved behandlingen, og man får steriliseret mælk, der stadig er et komplet næringsmiddel med hele den næringsværdi, der besiddes af mælken, der anvendes som udgangsmateriale, uden væsentligt tab af vitaminer, thiamin, lysin eller andre aminosyrer. Endelig bemærkes, at fordøjeligheden af mælkens protein ikke ændres ved sterilisationsbehandlingen.

Opfindelsen illustreres nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 og 2 henholdsvis i snit og lateral opstalt viser et apparat med flad skive ifølge opfindelsen, fig. 3 skematisk viser et sterilisationsanlæg med det i fig. 1 og 2 viste skiveapparat, fig. 4 i lateral opstalt viser installeringen af det i fig. 1 og 2 viste skiveapparat, fig. 5 og 6 viser henholdsvis i længdesnit og lateral opstalt et apparat analogt med det, der er gengivet i fig. 1 og 2, men med let buet skive, fig. 7 viser en kurve, der illustrerer temperaturstigningen (afsat langs ordinaten i celsiusgrader) i funktion af tiden (afsat langs abscissen i tiendedele sekund) i et sterilisationsapparat ifølge opfindelsen, fig. 8 gengiver i snit en anden udføre Isesform for et apparat med plan skive.

5 ϊ: 141611

Fig. 1 og 2 viser et eksempie på en udførelsesform for et apparat ifølge opfindelsen til sterilisation, hvilket apparat har en plait skive 1, der kan roteres i retningen af pilen f rundt om sin akse XSt i det indre af et hus 2. Afstanden e mellem hver bevægelig flade la og Ib på skiven 1 og de faste flader 2a og 2b i huset er af størrelsesordenen 0,2 til 0,3 ran. Produktet, der skal steriliseres, f.eks. mælk, tilføres til et rum 3 mellem skiven 1 og huset 2 ved stedet 4 i nærheden af rotationsaksen XX for skiven 1 (se ligeledes fig. 3), medens det steriliserede produkt afgår ved 5 i nærheden af periferien 6 af skiven 1 (se ligeledes fig. 3). Dan mekaniske kraft udgøres af centrifugalkraften, der indvirker på produktet, der drives fra centret (aksen XX) mod periferien 6 af skiven 1, medens opvarmningen af produktet tilvejebringes ved gnidning af dette produkt* dels mod de bevægelige flader la og lb på skiven 1, dels mod de faste flader 2a og 2b i huset 2, i forhold til hvilke produktet bevæger sig med stor hastighed.

Ved den i fig. 1 og 2 illustrerede udførelsesform bæres skiven 1 (med symmetriplan YY), der har en tykkelse på 16 mm, af en aksel 7 i en bøsning 8, der atter bæres af blokke 9. Akselen 7 drejer inden i bøsningen 8 i rullelejer 10, der holdes på plads mod indre fremspring 8a i bøsningen 8 ved hjælp af gevindskårne propper 11 og 12, der er fastskruet i de to ender af bøsningen ’ 8 og gennembrudt af akselen 7. Proppen 11 bærer endvidere et leje 11a. Yderligere sikrer to pakninger 13 tætheden i de to ender af kammeret 14, der befinder sig mellem de centrale dele af akselen 7 og bøsningen 8, og som står i forbindelse med ruranet 3 gennem ringformede åbninger 15. På denne måde kan man foretage tilførselen af produktet, der skal steriliseres eller pasteuriseres, til kammeret 14 og således i nogen grad afkøle akselen 7, samtidig med at produktet opvarmes.

Ved den ene ende 7a af akselen 7, der går gennem den tilsvarende prop 12, er anbragt en halvdel 16a af en koblingsdel 16, hvis anden halvdel 16b er anbragt på akselen 17 til en elektromotor 18.

På fig. 2 ser man tydeligere sidestykkerne 2e til huset 2, der er fastgjort på det andet sidestykke 2f ved hjælp af bolte 19, og som bærer forstærkningsribber 20. Endvidere ser man på fig. 2 rør 4 til tilførsel af produktet, der skal steriliseres eller pasteuriseres, og som udmunder ved punktet 4, og aftagningsrør 5a til aftagning af det steriliserede produkt ved punkterne 5-

Gengivelsesmåden i fig. 5 og 6 er identisk med gengivelsesmåden på fig. 1 og 2, og der er anvendt samme tal og referencebetegnelser på de fire figurér til angivelse af tilsvarende dele, idet den eneste forskel er, at ved den udførelsesform, der er vist på fig. 5 og 6, er det roterende element ikke en plan plade 1, men en skive 1A, der er svagt buet, således at den i tværsnit har profil som en 6 U1611 keglestub. Således hælder fladerne lc og ld på skiven 1 svagt mod symmetri-planet YY for skiven 1A i stedet for at være parallelle med nævnte plan som ved udføreIsesformen i fig. 1. Det samme gælder fladerne 2c og 2d i huset 2A, der befinder sig over for fladerne lc og ld.

På fig. 3 er gengivet et sterilisationsanlæg, der udover et apparat 21 med skive, der kan rotere mellem to sidevægge 2e og 2f, drevet af motoren 18 over koblingen 16, har følgende elementer: en beholder 22 til modtagelse af produktet, specielt et mælkeprodukt, der skal steriliseres, med en udtømningsdel 22a i det indre, en pumpe 23 egnet til at føre produktet, der skal steriliseres, fra beholderen 22 gennem et rør 24, en trevejs-ventil 25 og et rør 26, en gennemløbsventil 27 anbragt parallelt med pumpen 23, således at paral le lan lægget 23-27 tilføres materiale gennem røret 26 og afgiver materialet til et rør 28, der over grenene 28a og 28b, der er parallelle, føder kammeret 14, vist på fig. 1 eller fig. 5, et afgangsrør 29 for det steriliserede produkt, hvilket rør afgår fra periferien 6 af skiven 1 via rørene 5a vist på fig. 2 eller fig. 6, dette rør har en temperaturmåler 30, der samarbejder med et apparat 31 til aflæsning af temperaturen, en reguleringsventil 32, der kan styres af et pneumatisk organ, der reguleres med en pneumatisk regulator, til sikring af en sådan passage, at den steriliserede væske når den ønskede temperatur, hvilken regulering i dette tilfælde kan foretages ud fra måleren 30, en varmeveksler 33 med to zoner forbundet til modtagelse af det steriliserede produkt gennem rørledningerne 34 og 35 og kølevand gennem røret 36, hvilken varmeveksler foretager en afkøling af det steriliserede produkt, der afgår gennem røret 37 og er disponibelt ved 38, medens vandet, der er opvarmet ved varmeveksling med det steriliserede produkt, afgår gennem røret 39, en trykmåler 40 samarbejder med et instrument 41 til angivelse af trykket i det indre af apparatet 21, et afluftningsorgan 42, der muliggør udluftning af luft i indføre Isesøjeblikket i det indre af apparatet 21, idet de udtagne produkter tilbagesendes via røret 43 til delen 22a i beholderen 22, et vandcirkulationssystem (f.eks. til skylning eller igangsætning af sterilisationsanlægget), der omfatter et rør 44 til tilledning af vand, der kan sendes gennem ventilen 25 gennem et rør 26, et rør 35a, der kan fødes i stedet U1611 7 for røret 35 af en trevejshane 45, og afgangen fra varmeveksleren 33 kan så være røret 46 med tømningsdelen 22a, og et tømningsrør 47, der udtømmer vand ved 48, idet afgangsåbningen 48 ligeledes kan modtage tilløb fra ventilen 25 gennem røret 49.

Det på fig. 3 viste anlæg fungerer på følgende måde:

Ved starten kan man indføre vand ved 50, og gennem ventilen 25 sender man dette vand gennem røret 26, hvor pumpen 23 fører det i rørene 28, 28a og 28b og derfra i kammeret 14 i apparatet 21. Rotationen af skiven 1 i apparatet 21 opvarmer vandet, der aftages i væskeformig eller dampformig tilstand, afhængigt af den indstillede temperatur, gennem rørene 29, 34 og 35a.

I varmeveksleren 33 afkøles dette vand ved kontakt med koldt vand, der tilføres gennem røret 36. Det behandlede og således afkølede vand føres gennem røret 46, og herfra sendes det via røret 47 til afgangsstedet 48.

Efter at apparatet således er sat i gang, ændrer man stillingen af ventilerne 25 og 45 efter at have afbrudt vandstrømmen ved 50. Indholdet af beholderen 22 passerer gennem rørene 24 og 26, pumpen 23 og rørene 28, 28a og 28b og ankommer i kammeret 14 i apparatet 21, Produktet steriliseres i kammeret 3 i dette apparat og forlader periferien 6 af skiven. Det steriliserede eller pasteuriserede produkt passerer rørene 29, 34 og 35 og når varmeveksleren 33, hvor det afkøles, før det afgår gennem røret 37, og når afgangen 38.

På fig. 4 er vist en mulig relativ placering af beholderen 22, varmeveksleren 33 med to zoner, én for det behandlede produkt og én for vandet, der anvendes ved starten, apparatet 21, koblingen 16 og motoren 18.

Fig. 7 illustrerer temperaturændringerne som fundetion af tiden i et produkt, der skal steriliseres i et apparat af den type, der er illustreret på fig. 1-2 eller 5-6 eller, idet det forudsættes, at produktet tilføres med en temperatur på 10°C. Det ses, at ved afgangen, efter 0,6 sekunders forløb, har temperaturen nået 145°C, idet produktet er opvarmet progressivt uden at have været i kontakt med en væg, der er varmere end det selv, hvorved ethvert termisk chok undgås.

Det bemærkes ligeledes, at produktets temperatur stiger fra ca. 65°C til ca. 145°C i løbet af en tiendedel sekund, og at det som følge heraf kun befinder sig en brøkdel af ét sekund ved de temperaturer, ved hvilke nedbrydning af strukturen af dets bestanddele kan finde sted, forudsat at man ønsker af afkøle det steriliserede produkt hurtigt efter udtagningen fra apparatet ifølge opfindelsen for at undgå at holde det ved 145°C efter udtagningen.

Fig. 8 viser i snit en anden udførelsesform for en sterilisator med plan skive til udførelse af den omhandlede fremgangsmåde.

141611 8 Væsken, der skal steriliseres, sendes ind i en sterilisator, der udgøres af en skive 101 anbragt roterbart i et apparatbus 102.

Denne skive 101 er fastgjort til en aksel 103, der bæres af kuglelejer 104 og 105 og over en kobling 106 drives af en motor 107.

Væsken indføres enten under indflydelse af tyngdekraften eller ved hjælp af en pumpe gennem ledninger 108 og 109, der udmunder nær akselen 103.

Tæthed mellem akselen 103 og det faste hus 102 i apparatet opnås ved hjælp af pakninger 110 og 111.

Luft i apparatet kan udtages ved hjælp af en udluftningsventil 112, og væsken, der underkastes en gnidning mellem den roterende skive 101 og huset 102, bringes til en høj temperatur.

Under indflydelse af centrifugalkraften drives væsken mod den del af apparatet, der er længst fra akselen og forlader apparatet gennem en ledning 113 med en regulator 114, ved hjælp af hvilken gennemløbsmængden kan reguleres manuelt eller automatisk.

Apparatet har instrumenter til måling af væskens temperatur 115, dens tryk 116 og dens mængde 117.

Opvarmningstemperaturen kan reguleres enten ved at ændre rotationshastigheden for skiven eller ved at ændre gennemførelsesmængden af væsken. F.eks. kan skiven have en diameter på 400 mm og en tykkelse på 16 mm og en afstand til væggene på 0,3 mm og en omdrejningshastighed på 3000 omdrejninger pr. minut.

Den temperatur, der fås under disse omstændigheder, er 145°C ved sterilisering af 120 liter fløde pr. time.

Apparatet kan, afhængigt af anvendelsesformålet, kompletteres med klassiske varmevekslere anbragt foran apparatet til forvarmning eller efter apparatet til opnåelse af en kraftig afkøling.

Der fås, specielt med apparatet ifølge fig. 1 og 2 eller 8 en fremragende sterilisation med praktisk taget fuldstændig nedbrydning af mikroorganismerne og uden nedbrydelse eller segregering af bestanddelene.

Som eksempel gengives nedenfor resultater af biologiske analyser udført på fløde før og efter sterilisering:

Før sterilisering Fløde A

Celling af anaerobe termoresistente (sporedannende) bakterier efter opvarmning i 30 minutter til 80°G, gelatineret medium VF i rørglas. Efter 7 dage ved 37°G: 3 mere end 10.000 kim pr. cm .

141611 9 Tælling af aerobe termoresistende (sporedannende) bakterier efter 30 minutters opvarmning til 80°C, gelatineret næringsmediura i Petri-skåle. Efter 3 dage ved 37°C: 75.000 kim pr. cm3.

Tælling af det totale antal kim.

Tolags-metoden, trypton-agar-medium i Petri-skåle (Buttiadx): o 3

Efter 3 dage ved 30 C: mere end 10.000.000 kim pr. craJ.

Efter 3 dage ved 6 C: 1.800.000 klat pr. cm .

Koliforraede organismer på frisk klaret bouillon, 48 timer ved 30°C: 3 mere end 1.000 kim pr. cm .

Escherichia coli efter Mackenzie's prøve, 48 timer ved 44°C på frisk klaret bouil- 3

Ion og peptoniseret vand: mere end 1.000 kim pr. cm .

3

Pathogene staphylococcer i Chapman's medium: ingen kim i 1 cm .

3

Undersøgelse for Salmonella og Shigella: ingen kim i 1 cm .

Efter sterilisation Fløde B

telling af anaerobe termoresistente (sporedannende) bakterier efter 30 minutters opvarmning til 80°C, gelatineret medium VF i rørglas. Efter 7 dage ved 37°C: ingen 3 kim i 1 cm .

Tælling af aerobe tetmoresistente (sporedannende) bakterier efter 30 minutters opvarmning til 80°C, gelatineret næringsmedium i Petri-skåle. Efter 7 dage ved 37°C: ingen kim i 1 cm3 ved 1/10.

Tælling af det totale antal kim.

Tolags-metoden, trypton-agar-medium i Petri-skåle (Buttiaux).

Λ *3

Efter 3 dage ved 30 C: ingen kim i 1 cm ved 1/10.

Efter 3 dage ved 6°C: ingen kim i 1 cm? ved 1/10.

Koliformede kim på frisk klaret bouillon, 48 timer ved 30°C: ingen kim i 1 cm3.