JP2017509320A - 乳加工プラントの熱交換器中の好熱性細菌の増殖を減らすための方法および装置 - Google Patents
乳加工プラントの熱交換器中の好熱性細菌の増殖を減らすための方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】乳加工プラントの熱交換器において、未処理乳またはその画分（クリームおよび脱脂乳）と接触する伝熱式交換器の運用寿命を延ばす汎用型の方法及び実施のための装置を提供する。【解決手段】処理プロセスの間に供給される非脱気脱脂乳を、熱処理を行う前に脱気して脱気脱脂乳とし、熱交換器へ送り込む。熱交換器へ送り込まれた脱気脱脂乳は、酸素の含有量が少ないため、好熱性微生物または細菌が、それらの生殖作用に必要な栄養素である酸素が不足し、好熱性微生物または細菌が、熱交換器内で増殖する速度が低下する。したがって、加工プラントは、必要な品質パラメータを維持することができ、運用寿命を延ばすことができる。【選択図】図１
Description
本発明は乳加工プラントの熱交換器中の好熱性細菌の増殖を減らすための方法および装置に関する。乳加工プラントでは、好熱性細菌を不活性化するための高温での加熱を受けていない未処理乳またはその画分であるクリームおよび脱脂乳は、この状態で、伝熱式熱交換器中におけるさらなる処理プロセスにより少なくとも５０℃〜７０℃の温度範囲の熱処理に供される。好熱性細菌の最適増殖のための最適温度は６３℃〜６８℃の温度範囲にある。伝熱式熱交換器中では、透熱壁によって分離された２つの物質流の間で間接的熱伝達が起こる。例えば、脱脂乳は、未処理乳をクリームと脱脂乳に分離するための分離器の下流にある乳加工プラントの加工室で生成される乳汁であり得、その後、熱処理のある場合またはない場合の別の加工ステップに送られるか、または貯蔵タンク中に貯蔵され、貯蔵温度に冷却後、蒸発器に送られる。初期の脱脂乳中の好熱性細菌の増殖の減少およびそれによる好熱性細菌それ自体の減少は、下流の脱脂乳生成物中の細菌含量に大きく影響する。
乳加工プラントの熱交換器では、平板熱交換器または管式熱交換器といった設計に関係なく、熱処理を受けておらず，そのため不活化されていない未処理乳もしくはその画分（脱脂乳およびクリーム）由来の好熱性微生物または細菌、またはこれらの細菌の代謝産物が表面に付着し、いわゆるバイオフィルムを形成することがある。このバイオフィルムは、熱交換器、特に蓄熱式に動作する熱交換器で最も多く認められ、この交換機では通常、乳汁は約５０℃〜７０℃の温度範囲で熱処理される。５０℃を超える温度では、病原菌はもはや増殖できないが、前述の病原体、すなわち、好熱性微生物および細菌は増殖可能である。以降では、用語の「好熱性細菌」は、好熱性微生物または細菌という広い意味に使用することとする。好熱性細菌は約４０℃〜８０℃の温度範囲で活動するが、好熱性細菌の最適増殖のための温度範囲は、約６３℃〜６８℃（最適な温度、すなわち、最も好ましい（最適）増殖温度として知られる）の範囲である（例えば、「ｍｉｋｒｏｂｉｏｌ．ｄｅ／Ｔｅｉｌ Ａ（１０３−１０４）ＨＯ」を参照されたい）。この最適な温度のみならず、増殖するのに十分な栄養素および酸素が存在することも同様に必要である。
隣接洗浄サイクル（定置洗浄）間の熱交換器の稼働寿命、いわゆる、運用寿命中に、熱交換器への往路配管中の細菌数の５ｘ１０２ＣＦＵ／ｍｌを基準にして、４〜６時間後に、熱交換器それ自体中で４ｘ１０５ＣＦＵ／ｍｌを大幅に超える増加になる場合がある（注記：ＣＦＵは、コロニー形成単位を意味する）。この増加は、熱交換器の低流量領域中での付着物に起因する場合がある。これが、ここで取り扱われる種類のほとんどの熱交換器における事例であると想定することができる。好熱性細菌の含量は、ドイツの未処理乳中では比較的均一である。２箇所の酪農場での試験では、それぞれ、約２００〜６００ＣＦＵ／ｍｌの細菌数が認められた。
脱脂乳が蒸発プラントの濃縮物に添加されると、好熱性細菌の代謝により形成され、バイオフィルムを形成する有機酸の比率が必然的に高くなる。濃縮物のｐＨが６．２０に低下すると、運用寿命の終わりに達し、蒸発ユニットを洗浄する必要がある。乳汁をさらに加工するプラント、例えば、チーズ製造所あるいは乳汁乾燥プラントは、濃縮物がもはや市場性がないために、技術的困難に遭遇することになる。１つの理由は、脱脂乳濃縮物の規格として、２ｘ１０５ＣＦＵ／ｍｌ未満のレベルが必要とされるためである。これは、現状の製造条件では達成することができない。
特許文献１は、間接加熱（熱交換器中での伝熱式加熱）での超高温（ＵＨＴ）プラントならびに乳脂肪規格化および分離器を含む配置から出る（規格化）乳汁の一時保管用の一体型分離器で処理される連続体積流量の乳汁を脱気し、維持する方法を記載している。この方法は、特に、分離器を含む配置の下流に脱気および貯蔵ユニットを有する配置において、下記ステップａ）からｄ）で記載されるように、体積流量が連続的に処理されるという事実を特徴とする：
ａ）体積流量が、半径方向の視点から見た場合、内側から外側へ、最初は水平に、その後、放射状に下方へ流れる点対称膜流を生成し、
ｂ）膜流が脱気および貯蔵ユニットの貯蔵体積の１つの表面のレベルで生成され、その後、この表面上で層状になり、
ｃ）気泡浮力に対抗して配向した貯蔵体積中で、貯蔵体積を横切って均一に分布するピストン流れが生成され、
ｄ）体積流量は下端中央での貯蔵容量から得られる。
ａ）体積流量が、半径方向の視点から見た場合、内側から外側へ、最初は水平に、その後、放射状に下方へ流れる点対称膜流を生成し、
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ｃ）気泡浮力に対抗して配向した貯蔵体積中で、貯蔵体積を横切って均一に分布するピストン流れが生成され、
ｄ）体積流量は下端中央での貯蔵容量から得られる。
既知の方法では、脂肪含量で規格化された乳汁が脱気され、その後、ＵＨＴプラントに移される。規格化乳汁は、所定の脂肪含量を有する乳汁と定義される。８ｍｇ大気酸素／ｄｍ３乳汁未満の空気含量が、これらの間接加熱でのＵＨＴプラントにおける熱交換器の運用寿命に対する好ましい効果があることが実証されている。この閾値より多いと、特に、熱交換器中で、加熱ゾーンおよび熱保持ユニットの燃焼のリスクが高まり、それにより、これらの熱交換器の運用寿命が大きく低下する。
特許文献２で記載の方法の明確な目的は、８ｍｇ大気酸素／ｄｍ３乳汁未満に空気含量を減らすことにより、ＵＨＴプラントの、特に熱交換器中の加熱ゾーンおよび熱保持ユニット燃焼の回避をすることである。好ましい設計では、これは、液体生成物、特に液状食品、例えば、チーズミルク、クリームまたはＵＨＴミルクが、すなわち、ガス含有生成物の総流動形態で、分配管の入口に供給されることにより特徴付けられる。分配管中では、ガス含有生成物が少なくとも１つの強制部分流に変換されるか、またはそれぞれ少なくとも１つの強制部分流に分岐され、部分流（単一または複数）はガス放出収集チャンバー中に重力に逆らって運ばれ、流れ方向の変化後、部分流は、重力により収集チャンバーの方向に放射状に広がる、自由表面を有する膜流に変換される。それぞれ生成物の膜流により生成されて脱気される部分流は、地球の重力場中で気泡を分離することにより脱気され、その後集められて、脱気生成物の総流量として収集チャンバーの出口に供給される。
特許文献３は、特に低温殺菌乳または低温殺菌乳生成物中の酸素含量の調整方法を記載しており、これにより、それぞれの生成物の改善された微生物学的品質、改善された物理的および／または化学的安定性が予測される。この先行技術は上記で挙げた先行技術を超えるものではない。伝熱式熱交換器、特に蓄熱式で動作する熱交換器中のこれらの細菌により形成されたバイオフィルムの増殖速度を抑制することを目的とした、脱脂乳中の好熱性細菌の抑制に関しては、開示または示唆がなされていない。
未処理乳、チーズミルク（原乳）、クリームまたはＵＨＴ乳中の空気または大気酸素およびその他のガス混合物の含量、およびこれらのガス混合物を減らす必要性は、過去において、および現在も、特に注目されている。理由は、これらのガスの低減化が品質を最適化する役割をし、また、上記負の効果が明らかであるためである。乳製品中の好熱性細菌数は、これまで軽微な役割しか果たしていなかったので、技術的な観点から考慮されてこなかった。今後は、この汚染微生物数が使用者の間で確実に定量化され、売買される商品の品質レポートの一部となることであろう。このよう状況では、脱脂乳中の好熱性細菌のレベルは特に重要である。その際、脱脂乳中の未処理乳由来の好熱性細菌の含量の結果と、加工プラントの非沸騰ゾーンにある主に再生可能な動力源による熱交換器のバイオフィルムの形成に与えるこれらの細菌の悪影響（運用寿命の短縮）との間の関係は、これまで明確に理解されてこなかったか、または少なくとも考慮されておらず、そのために、効果的な解決策も今日まで存在しなかった。
本発明の目的は、汎用型の方法およびその実施のための装置を作成し、それにより、未処理乳またはその画分（クリームおよび脱脂乳）と接触する伝熱式熱交換器（特に、蓄熱式動力源により駆動される場合）の運用寿命を延ばすことである。
本発明の目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって達成される。本方法の有利な実施形態は、従属クレームの対象である。本発明による方法を実施するための２つの好ましい装置は、独立クレーム９または１０の主要点により特徴付けられる。
本発明の基本的な解決策の概念は、脱脂乳中の好熱性細菌の含量の結果と、乳加工プラントの非沸騰ゾーン（約５０℃〜７０℃の温度範囲）にある主に再生可能な動力源による伝熱式熱交換器のバイオフィルムの形成に与えるこれらの細菌の悪影響（運用寿命の短縮）との間の関係が、これまで明確に理解されてこなかったか、または少なくとも考慮されてこなかったことを前提とする。増殖、さらには好熱性細菌含量の増加は、両方とも、適用可能な細菌増殖に最適な温度における、利用可能な酸素および基質中の栄養素の存在によってのみ可能となる。栄養素および温度条件は、酪農プロセスにおいて不可欠であり、増殖速度を変えることができ、したがって、好熱性細菌の生殖作用を制限することができる唯一のパラメータは、酸素含量の低減である。
これが本発明の解決策が採用する手法であり、この手法では、脱脂乳の十分な脱気により空気酸素含量が低減される。この解決策は、処理プロセスの間に供給される非脱気脱脂乳が脱気を受け、それにより、その熱処理の前に脱気脱脂乳に変換されるということである。この熱処理は、最適な温度範囲で、または１つの方向またはその他の方向に、最適な温度範囲を通過する際に行われる。最適な温度範囲は、最初に述べたように、約６３℃〜６８℃（６３℃＜最適温度＜６８℃）の温度範囲として定義されるべきである。
好熱性細菌は高代謝率で、非常に短い世代時間を有するので、酸素がそれ以上利用可能でない場合には、増殖速度の点でも同様に影響を受けやすい。本発明による脱気は、十分に脱気された脱脂乳の熱交換器への送り込むことを可能とし、したがって、好熱性微生物または細菌がそれらの生殖作用に必要な栄養素としての酸素が不十分になる。これにより、好熱性微生物の増殖速度が低下する。酸素は微生物の既存の細胞中に既に封入されているか、またはその可能性があり、このプロセスは完全な脱気を保証しないので、１世代または２世代の増殖が予測される。微生物の生殖作用に付随する有機酸の産生のみが、軽度の脱脂乳への影響を与える。したがって、加工プラントは、より長く運転することができると同時に、必要な品質パラメータを維持することができ、また、運用寿命を延ばすことができる。好熱性細菌数は、それに対応して低レベルに維持され、バイオフィルムの成長は抑制される。
最適な温度未満の脱気温度で脱気が実施されるというこの方法の有利な実施形態を提供する。この方法は、一方で脱気が脱気温度を高めることにより支援され、他方で、脱気プロセス中の好熱性細菌の増殖が抑制されたままとなることを保証する。脱気温度は通常、６３℃未満であるが、好ましくは、５３℃〜５８℃の範囲であり、好ましい脱気温度は５５℃である。
脱気に続く処理プロセスの直後に、脱気脱脂乳が脱気後のその状態で添加される方法をさらに提供する。プロセスの過程において、脱脂乳が最適な脱気温度にあり、この温度を脱気に使用し、このプロセスの過程が、貯蔵温度に冷却され、その後にこの貯蔵温度で積層される脱脂乳を提供しない場合、このプロセスが有利となることがある。
他の全ての場合では、この方法がさらに示唆するように、プロセスの過程で最初に与えられるか、または容易に実現可能な、脱気に最適な脱気温度を使い、その後、脱気後に脱気脱脂乳を適切な貯蔵温度まで冷却し、この温度で脱脂乳を貯蔵することは、好都合である。この温度が８℃〜１５℃である場合、貯蔵は適切であることが示された。
脱気が脱気プロセスの必要性に応じて自由に調節可能である期間中に実施される、この方法の別の有利な実施形態を提供する。この方法は、指定脱気設備中の脱脂乳の実質上全ての分離可能ガス成分が、脱気される脱脂乳の、いわゆる、平均滞留時間（その時間により決定されるパラメータ）中に分離する機会を有することを意味する。
本発明は、本発明による方法を実施するための、比較的単純な設計の、脱気される脱脂乳の平均滞留時間が限度値内で自由に調節され得る２つの好ましい装置をさらに提案する。
第１の装置は、脱気脱脂乳用の中央排出管を下端に有する容器として設計され、その排出管に、脱気される脱脂乳用の取水管が同心円状に挿入され、真下から容器に同心円状に係合される。取水管は、分配器遮蔽板と邪魔板との間に形成された周辺部の環状ギャップに連結される。邪魔板は、平面寸法で分配器遮蔽板より小さく、分配器遮蔽板の上に空隙を設けて、同心円状に配置される。分配器遮蔽板は容器の長手方向軸を水平に横切って伸び、その後、重力と共に半径方向下向きに傾斜し、容器の貯蔵容積中で脱気される乳汁のレベルと同じレベルで外側で終わる。
第２の装置は、容器の基底により形成された基部上で、容器蓋により形成された上部空間に配置され、重力の方向に向けられ、容器のケーシングにより周囲方向に区切られた収集チャンバーを含む。容器基底を貫通し、容器のケーシングに伸び、開放終端となる少なくとも１つの立ち管が備えられる。さらに、容器基底領域中の収集スペースから開口し、脱気された乳汁の全流量用の出口と連結されている収集管、容器基底の下方で少なくとも１つの立ち管中へ分岐した分配管、および収集チャンバーの容器の蓋の領域に通じるガス管が備えられる。立ち管はその開口端で溢れ縁として形成され、立ち管に供給された脱気される脱脂乳の部分流が膜流を生成する。膜流は重力により立ち管の外面上を広がり、収集チャンバーの方向に自由表面を有する。立ち管は管形状に設計されており、立ち管の溢れ縁は立ち管の外面上で完全な膜流を生成する。単一立ち管または２つ以上の立ち管が第１の容器のケーシング中で円形またはマトリックス形状に構成され、分配管は脱気される脱脂乳の全流量用の入口に連結される。真空源が脱気される脱脂乳に作用する装置の上部空間に連結される場合には、脱脂乳の脱気を、上記装置の両方で加速することができる。
乳加工プラントの伝熱式熱交換器中の好熱性細菌の増殖を減らす目的として、本発明で達成することができる結果のより詳細な提示を、次の説明および添付図面により、および請求項により示す。
試験の段取りの説明および試験結果に対する考察
試験の段取り
既存のおよび実際の製造加工プラント１００（図１）のプラント部分では、非脱気脱脂乳Ｍまたは脱気脱脂乳Ｍ＊用の供給源ＳＲから往路配管３を通って供給される。この供給源ＳＲは、貯蔵タンクまたは積層容器、熱交換器または加工プラントの別のプロセス集成装置（例えば、分離器）からの出口または脱気装置の出口であってよい。それに対応して、脱脂乳Ｍ、Ｍ＊が、貯蔵タンクが供給源の場合は、貯蔵温度ＴＳで往路配管３に供給され、熱交換器またはプロセス集成装置からの場合は、プロセス温度ＴＰで供給され、または脱気装置からの場合は、脱気温度ＴＤで供給される。ここから脱脂乳Ｍ、Ｍ＊は第１のポンプ１１を通って分岐点に到達し、ここで、往路配管３は、第１のおよび第２の往路配管部４、５に分岐する。第１の往路配管部４は、蓄熱式に動作する第１の熱交換器１に繋がり、第２の往路配管部５は、蓄熱式に動作する第２の熱交換器２に繋がる。第１の熱交換器１の生成物側の出口は第１の戻り配管部６に連結され、第２の熱交換器２の生成物側の出口は、第２の戻り配管部７に連結される。第１と第２の戻り配管部６と７は、戻り配管８との接続点で通じ、標的ＴＲで示される領域に繋がり、ＴＲは脱脂乳Ｍ、Ｍ＊のさらなる加工のために加工プラントを動作させる。
試験の段取り
既存のおよび実際の製造加工プラント１００（図１）のプラント部分では、非脱気脱脂乳Ｍまたは脱気脱脂乳Ｍ＊用の供給源ＳＲから往路配管３を通って供給される。この供給源ＳＲは、貯蔵タンクまたは積層容器、熱交換器または加工プラントの別のプロセス集成装置（例えば、分離器）からの出口または脱気装置の出口であってよい。それに対応して、脱脂乳Ｍ、Ｍ＊が、貯蔵タンクが供給源の場合は、貯蔵温度ＴＳで往路配管３に供給され、熱交換器またはプロセス集成装置からの場合は、プロセス温度ＴＰで供給され、または脱気装置からの場合は、脱気温度ＴＤで供給される。ここから脱脂乳Ｍ、Ｍ＊は第１のポンプ１１を通って分岐点に到達し、ここで、往路配管３は、第１のおよび第２の往路配管部４、５に分岐する。第１の往路配管部４は、蓄熱式に動作する第１の熱交換器１に繋がり、第２の往路配管部５は、蓄熱式に動作する第２の熱交換器２に繋がる。第１の熱交換器１の生成物側の出口は第１の戻り配管部６に連結され、第２の熱交換器２の生成物側の出口は、第２の戻り配管部７に連結される。第１と第２の戻り配管部６と７は、戻り配管８との接続点で通じ、標的ＴＲで示される領域に繋がり、ＴＲは脱脂乳Ｍ、Ｍ＊のさらなる加工のために加工プラントを動作させる。
第１の熱交換器１は第１の加熱回路配管９および第２のポンプ１２を介して、第１の伝熱媒体、例えば、蒸気ＶＰに対する対向流として加圧され、また、第２の熱交換器２は第２の加熱回路配管１０および第３のポンプ１３を介して、第２の伝熱媒体、例えば、脱脂乳濃縮物ＳＭＣに対する対向流として加圧される。熱交換器１および２は通常、異なる温度レベルで運転されるので、第２の戻り配管部７に配された制御バルブ１６により戻り配管８中での所望の混合温度を設定することができる。
流れの方向で見られる往路配管３では、最初のサンプリングポイント１４が第１のポンプ１１の上流に設けられ、ここでは、第１の試料Ｐ１を第１の試料温度Ｔ１で収集することができる。第２の試料収集ポイント１５は第１の戻り配管部６中に配置され、ここでは、第２の試料Ｐ２を第２の試料温度Ｔ２で採取することができる。
試験結果
以下に示す試験結果は、研究室ではなく、この地区の過酷な運転環境下にある既存の加工プラントで収集した。測定結果の測定偏差または何らかの計測誤差および分散を避けることができず、したがって、受け入れるべきである。以下で提示の試験の状況で収集した測定値の一部を排除することはしなかった。
以下に示す試験結果は、研究室ではなく、この地区の過酷な運転環境下にある既存の加工プラントで収集した。測定結果の測定偏差または何らかの計測誤差および分散を避けることができず、したがって、受け入れるべきである。以下で提示の試験の状況で収集した測定値の一部を排除することはしなかった。
以下で考察した試験１．１と４．２からの試験結果は、第１の蓄熱式熱交換器１での熱処理による非脱気脱脂乳Ｍ中の好熱性細菌の増殖についての最先端技術を記述している。熱処理前後の好熱性細菌の含量は、第１と第２の試料収集ポイント１４、１５における試料収集Ｐ１、Ｐ２の結果として記録し、記述している。試験４．１は、本発明による方法の適用がどのように脱気脱脂乳Ｍ＊中の好熱性細菌の増殖に影響を与えるかを示す。
試験１．１（往路配管３中の温度ＴＰ＝１５℃およびＴＳ＝８℃）
試験１．１（図２；標識：１．１−Ｖの曲線；凡例で１．１往路配管−脱気なし、と記載）は、合計１３時間運転し、全試験時間にわたり非脱気脱脂乳Ｍを使って稼働させた。時間ｔ＝６時間まで、非脱気脱脂乳Ｍは、約１５℃のプロセス温度ＴＰで平板熱交換器から往路配管３中に入る。時間ｔ＝６時間後、非脱気脱脂乳Ｍは、約８℃の貯蔵温度ＴＳで往路配管３中に入る。
試験１．１（図２；標識：１．１−Ｖの曲線；凡例で１．１往路配管−脱気なし、と記載）は、合計１３時間運転し、全試験時間にわたり非脱気脱脂乳Ｍを使って稼働させた。時間ｔ＝６時間まで、非脱気脱脂乳Ｍは、約１５℃のプロセス温度ＴＰで平板熱交換器から往路配管３中に入る。時間ｔ＝６時間後、非脱気脱脂乳Ｍは、約８℃の貯蔵温度ＴＳで往路配管３中に入る。
曲線１．１−Ｖは、上記条件下で往路配管３に供給された非脱気脱脂乳Ｍの初期細菌汚染（細菌数ＣＦＵ／ｍｌ）を示す。測定結果は、往路配管３の第１の試料収集ポイント１４の第１の試料Ｐ１由来のものである。測定値はおよそｔ＝０〜４時間の範囲で２３０（最小）から４２０ＣＦＵ／ｍｌ（最大）で停滞し、その後、ｔ＝６時間までに約１９，０００ＣＦＵ／ｍｌ（第１の試験セクション）に増加する。１９，０００（最小）および１，１００，０００ＣＦＵ／ｍｌ（最大）では、ＴＳ＝８℃でｔ＝６時間からｔ＝１３時間にタンク貯蔵から添加（第２の試験セクション）された非脱気脱脂乳Ｍは、第１の試験セクションにおける非脱気脱脂乳Ｍより遥かに多い細菌数を有する。
非脱気脱脂乳Ｍは、上記曲線１．１−Ｖにしたがって第１の熱交換器１中で約６２℃の出口温度に加熱される。第２の試料Ｐ２は、第２の試料収集部位１５で、この非脱気脱脂乳Ｍから採取される。帰属させた測定値を、図２の曲線１．１−６２℃で示す（標識：凡例中で１．１−６２℃−非脱気と記載）。
曲線１．１−６２℃による時間ｔ＝６時間までに、好熱性細菌数の顕著な増加、すなわち、３３０（最小）から２，３００，０００ＣＦＵ／ｍｌ（ｔ＝５時間の間の最大）までの増加を認めることができる。この増加は第１の熱交換器１中におけるバイオフィルムの開始と相関する。
曲線１．１−６２℃による時間ｔ＝６時間から、往路配管３中の高い初期細菌数は、同様に第１の熱交換器１における好熱性細菌の顕著に高い比率に繋がる。ｔ＝６時間からｔ＝１３時間までの全期間を通して、これらは、１，７００，０００ＣＦＵ／ｍｌ（最小）および４，３００，０００ＣＦＵ／ｍｌ（最大）であり、したがって、往路配管３の比率（曲線１．１−Ｖ；最大：１，１００，０００ＣＦＵ）を常に超えた。
試験４．２（往路配管３中の温度ＴＰ＝１５℃）
試験４．２（図２；標識：４．２−Ｖの曲線；凡例で４．２−往路配管−非脱気と記載）は、合計９時間運転し、全試験時間にわたり非脱気脱脂乳Ｍを使って稼働させた。全試験期間にわたり、非脱気脱脂乳Ｍは、約１５℃のプロセス温度ＴＰで平板熱交換器から往路配管３中に入った。
試験４．２（図２；標識：４．２−Ｖの曲線；凡例で４．２−往路配管−非脱気と記載）は、合計９時間運転し、全試験時間にわたり非脱気脱脂乳Ｍを使って稼働させた。全試験期間にわたり、非脱気脱脂乳Ｍは、約１５℃のプロセス温度ＴＰで平板熱交換器から往路配管３中に入った。
曲線４．２−Ｖは、上記条件下で往路配管３に入る非脱気乳汁Ｍの初期細菌汚染（細菌数ＣＦＵ／ｍｌ）を示す。測定結果は、往路配管３の第１の試料収集ポイント１４の第１の試料Ｐ１由来のものである。測定値は、ｔ＝７時間における１，７００ＣＦＵ／ｍｌの外れ値を除いて、１００（最小）から２４０ＣＦＵ／ｍｌ（最大）で停滞する。
上述の曲線４．２−Ｖによる非脱気脱脂乳Ｍは、第１の熱交換器１中で約６２℃の出口温度に加熱される。この非脱気脱脂乳Ｍの第２の試料Ｐ２は、第２の試料収集ポイント１５で採取される。帰属させた測定結果を、図２の曲線４．２−６２℃で示す（標識：凡例中で４．２−６２℃−非脱気と記載）。
ｔ＝２時間における３５００ＣＦＵ／ｍｌの外れ値を除いて、時間ｔ＝６時間までに、曲線４．２−６２℃における好熱性細菌数の顕著な増加、すなわち、１７，０００（最小）から２８０，０００ＣＦＵ／ｍｌ（最大）までの増加がある。さらには、この増加は第１の熱交換器１中におけるバイオフィルムの開始と相関する。時間ｔ＝６時間から、好熱性細菌の部分は、高レベルのまま、すなわち、１１０，０００ＣＦＵ／ｍｌ（最小）〜９５０，０００ＣＦＵ／ｍｌ（最大）の間であり、それにより、往路配管３中の部分（曲線４．２−Ｖ；最大：２４０ＣＦＵ）より常に１０２〜１０３倍高い。
試験４．１（ＴＤ＝５５℃での脱気；往路配管３中の温度は約８〜１５℃）
試験４．１（図２；標識：４．１−Ｖの曲線；凡例で４．１往路配管−脱気、と記載）は、合計１３時間運転し、全試験時間にわたり脱気脱脂乳Ｍ＊を使った。この脱気脱脂乳Ｍ＊は、約５５℃で非常に有効に脱気され、その後、約８℃〜１５℃に冷却された。約時間ｔ＝５時間（第１の試験セクション）まで、脱気脱脂乳Ｍ＊は、平板熱交換器から往路配管３中に入った。約時間ｔ＝５時間（第２の試験セクション）から、脱気脱脂乳Ｍ＊は、タンク貯蔵から往路配管３中に入った。
試験４．１（図２；標識：４．１−Ｖの曲線；凡例で４．１往路配管−脱気、と記載）は、合計１３時間運転し、全試験時間にわたり脱気脱脂乳Ｍ＊を使った。この脱気脱脂乳Ｍ＊は、約５５℃で非常に有効に脱気され、その後、約８℃〜１５℃に冷却された。約時間ｔ＝５時間（第１の試験セクション）まで、脱気脱脂乳Ｍ＊は、平板熱交換器から往路配管３中に入った。約時間ｔ＝５時間（第２の試験セクション）から、脱気脱脂乳Ｍ＊は、タンク貯蔵から往路配管３中に入った。
曲線４．１−Ｖは、上記条件下で往路配管３に入る脱気脱脂乳Ｍ＊の初期細菌汚染（細菌数ＣＦＵ／ｍｌ）を示す。測定結果は、往路配管３の第１の試料収集ポイント１４の第１の試料Ｐ１由来のものである。測定値は、時間範囲ｔ＝０〜５時間で、非常に低いレベルの１００（最小）から３５０ＣＦＵ／ｍｌ（最大）で停滞する。
約時間ｔ＝５時間〜１３時間で添加されたタンク貯蔵由来の脱気脱脂乳Ｍ＊は、試験４．１の第１の試験セクションで添加された脱気脱脂乳Ｍ＊よりも、時間ｔ＝５〜ｔ＝１１時間での曲線４．１−Ｖによる、６，８００（最大）および１，２００ＣＦＵ／ｍｌ（最小）のはるかに高いレベルの汚染を有する。
脱気脱脂乳Ｍ＊は、上記曲線４．１−Ｖにしたがって第１の熱交換器１中で約６２℃の出口温度に加熱される。第２の試料Ｐ２は、第２の試料収集ポイント１５で、この脱気脱脂乳Ｍ＊から採取される。帰属させた測定値を、図２の曲線４．１−６２℃で示す（標識：凡例中で４．１−６２℃−脱気と記載）。
４，２００ＣＦＵ／ｍｌの値をｔ＝４時間での外れ値と想定すると、時間ｔ＝５時間までに、曲線４．１−６２℃における好熱性細菌数は１００（最小）から３６０ＣＦＵ／ｍｌ（最大）のレベルで、目に見える増加は認められない。脱気脱脂乳Ｍ＊は、第１の熱交換器１中で測定できるほどのバイオフィルムを生じていない。
約時間ｔ＝５時間から、脱気脱脂乳Ｍ＊の細菌数が３６００（最小）から７０００ＣＦＵ／ｍｌ（最大）に増加し、それにより、時間ｔ＝６時間およびｔ＝９時間での測定値８６，０００または５００，０００ＣＦＵ／ｍｌは外れ値である可能性があった。しかし、充分に脱気された脱脂乳Ｍ＊中の好熱性細菌の部分は、試験４．２（非脱気脱脂乳Ｍ）より約１０２倍低く、試験１．１（同様に非脱気脱脂乳Ｍ）より約１０３倍低い。
このことは、脱脂乳の十分な脱気により、約５０℃〜７０℃の温度範囲で動作している伝熱式熱交換器中の好熱性細菌数が大きく低減され、したがって、生成物と接触している熱交換器の表面上のバイオフィルムの成長の低減に繋がることを示している。これは、さらには、熱交換器の運用寿命が延長され、したがって、必要な隣接洗浄サイクル間隔が延長されることを意味する。
１００ 加工プラントユニット
１ 第１の熱交換器
２ 第２の熱交換器
３ 往路配管
４ 第１の往路配管部
５ 第２の往路配管部
６ 第１の戻り配管部
７ 第２の戻り配管部
８ 戻り配管
９ 第１の加熱回路配管
１０ 第２の加熱回路配管
１１ 第１のポンプ
１２ 第２のポンプ
１３ 第３のポンプ
１４ 第１の試料収集ポイント
１５ 第２の試料収集ポイント
１６ 制御バルブ
ＶＰ 第１の伝熱媒体（例えば、蒸気）
Ｍ 脱脂乳（非脱気）
Ｍ※ 脱脂乳（脱気）
ＳＭＣ 第２の伝熱媒体（例えば、脱脂乳濃縮物ＳＭＣ）
ＳＲ 供給源（脱脂乳Ｍ、Ｍ＊）
Ｓ１ 第１の試料（往路配管、Ｔ１）
Ｓ２ 第２の試料（Ｔ２＝６２℃）
Ｔ１ 第１の試料温度（往路配管）
Ｔ２ 第２の試料温度（Ｔ２＝６２℃）
ＴＤ 脱気温度
ＴＳ 貯蔵温度
ＴＰ プロセス温度
Ｔｏｐ 最適温度（最適細菌増殖）
Ｚ ＴＲ
１ 第１の熱交換器
２ 第２の熱交換器
３ 往路配管
４ 第１の往路配管部
５ 第２の往路配管部
６ 第１の戻り配管部
７ 第２の戻り配管部
８ 戻り配管
９ 第１の加熱回路配管
１０ 第２の加熱回路配管
１１ 第１のポンプ
１２ 第２のポンプ
１３ 第３のポンプ
１４ 第１の試料収集ポイント
１５ 第２の試料収集ポイント
１６ 制御バルブ
ＶＰ 第１の伝熱媒体（例えば、蒸気）
Ｍ 脱脂乳（非脱気）
Ｍ※ 脱脂乳（脱気）
ＳＭＣ 第２の伝熱媒体（例えば、脱脂乳濃縮物ＳＭＣ）
ＳＲ 供給源（脱脂乳Ｍ、Ｍ＊）
Ｓ１ 第１の試料（往路配管、Ｔ１）
Ｓ２ 第２の試料（Ｔ２＝６２℃）
Ｔ１ 第１の試料温度（往路配管）
Ｔ２ 第２の試料温度（Ｔ２＝６２℃）
ＴＤ 脱気温度
ＴＳ 貯蔵温度
ＴＰ プロセス温度
Ｔｏｐ 最適温度（最適細菌増殖）
Ｚ ＴＲ
Claims (10)
- 乳加工プラントの熱交換器中の好熱性細菌の増殖を減らすための方法であって、前記乳加工プラントでは、好熱性細菌を不活性化する高温への加熱を受けていない未処理乳またはその画分であるクリームおよび脱脂乳（Ｍ）が、この状態で、さらなる処理プロセスにより伝熱式熱交換器中において少なくとも５０℃〜７０℃の温度範囲の熱処理に供され、前記好熱性細菌の最適増殖のための最適温度（Ｔｏｐ）が６３℃〜６８℃の温度範囲にあり、
●前記最適温度範囲（Ｔｏｐ）で、または
●前記最適温度範囲（Ｔｏｐ）を１つの方向にもしくはその他の方向に通過するときに、
行われるその熱処理の前に、前記処理プロセスに供給される前記非脱気脱脂乳（Ｍ）が、脱気に供され、それにより、脱気脱脂乳（Ｍ＊）になることを特徴とする方法。 - 前記最適温度（Ｔｏｐ）未満の脱気温度で前記脱気が実施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記脱気温度（ＴＤ）が、６３℃未満であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
- 前記脱気温度（ＴＤ）が、５３℃〜５８℃、好ましくは５５℃であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
- 前記脱気脱脂乳（Ｍ＊）が、脱気直後のその脱気された状態で、前記後続処理プロセスに直接添加されることを特徴とする、請求項１〜４のうちの１項に記載の方法。
- 前記脱気脱脂乳（Ｍ＊）が、脱気後に貯蔵温度（ＴＳ）まで冷却され、その後、この温度で貯蔵されることを特徴とする、請求項１〜４のうちの１項に記載の方法。
- 前記貯蔵温度（ＴＳ）が、８℃〜１５℃であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
- 前記脱気が、前記脱気プロセスの必要性に応じて自由に調節可能な期間にわたり実施され、また、前記脱気プロセス中にある前記脱脂乳の時間により決まる平均滞留時間が、前記非脱気脱脂乳（Ｍ）の全ての分離可能ガス成分に分離する機会を与えるように実施されることを特徴とする、先行請求項のうちの１項に記載の方法。
- 請求項１〜８のうちの１項に記載の方法を実施するための装置であって、前記装置が、前記脱気脱脂乳（Ｍ＊）用の中央排出管を下端に有し、前記排出管に、脱気される前記脱脂乳（Ｍ）用の往路配管が同心円状に挿入され、前記排出管が真下から前記容器に係合される容器として形成されることを特徴とし、また、前記往路配管が、分配器遮蔽板と邪魔板との間に形成された周辺部の環状ギャップへの連結部を形成し、前記邪魔板が、平面寸法でより小さく、同心円状に配置され、前記分配器遮蔽板の上部に空隙を有し、前記分配器遮蔽板が前記容器の長手方向軸を水平に横切って伸び、その後、重力と共に半径方向下向きに傾斜し、前記容器の貯蔵容積中の脱気される前記脱脂乳（Ｍ）のレベルと同じレベルで、外側で終わることを特徴とする装置。
- 請求項１〜８のうちの１項に記載の方法を実施するための装置であって、前記装置が、容器の基底により形成された基部上で、容器蓋により形成された上部空間に配置され、重力の方向に向けられ、容器のケーシングにより周囲方向に区切られた収集チャンバーを含むこと、前記容器基底中に挿入され、前記容器のケーシング中に伸び、開放終端となる少なくとも１つの立ち管を備えること、前記容器基底領域中の前記収集スペースから開口し、前記脱気脱脂乳（Ｍ＊）の全流量用の出口と連結されている収集管を備えること、前記容器基底の下方で前記少なくとも１つの立ち管中に分岐する分配管を備えること、前記容器の蓋の領域中の前記収集チャンバー中に通じるガス管を備えること、前記立ち管が、その開口端を溢れ縁として形成され、前記立ち管に供給された脱気される脱脂乳（Ｍ）の部分流が膜流を生成し、前記膜流が重力により前記立ち管の外面上を広がり、前記収集チャンバーの方向に自由表面を有すること、前記立ち管が管形状に設計されていること、前記立ち管の溢れ縁が、前記立ち管の外面上で完全な膜流を生成し、単一立ち管または円形またはマトリックス形状に配置された２つ以上の立ち管を前記第１の容器のケーシング中に備えること、および前記分配管が脱気される前記脱脂乳（Ｍ）の全流量用の入口に連結されること、を特徴とする装置。
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