PL184918B1 - Sposób zmniejszania zdolności życiowych mikroorganizmów i/lub aktywności enzymów w zanieczyszczonej substancji płynnej - Google Patents

Abstract

1. Sposób zmniejszania zdolnosci zyciowych mikroorganizmów i/lub aktywnosci en- zymów w zanieczyszczonej substancji plynnej przez wywieranie na nia wysokiego cisnie- nia, znamienny tym, ze substancje plynna prowadzi sie stabilnym przeplywem przez rurke, w której utrzymuje sie róznice cisnien pomiedzy jej koncem wejsciowym a koncem wyj- sciowym na poziomie od 100 MPa, a korzystnie od 300 MPa do 10000 MPa, przy czym stosuje sie rurke, której stosunek dlugosci do jej srednicy wynosi od 1000, a korzystnie od 10000 do 1000000, zas czas przebywania substancji plynnej w rurce wynosi od 1 sekundy, korzystnie od 2 minut, a najkorzystniej od 10 minut do 24 godzin. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zmniejszania zdolności życiowych mikroorganizmów i/lub aktywności enzymów w zanieczyszczonej substancji płynnej, stosowany w procesie ciągłym i szczególnie przydatny w przemyśle spożywczym jako sposób konserwowania żywności.

Przemysłowo przygotowywana żywność zwykle musi być poddawana obróbce konserwowaniem dla uniknięcia zepsucia w trakcie następującego później magazynowania. Konserwowanie w warunkach skrajnie wysokiego ciśnienia (UHP) stanowi sposób konserwowania który w zastosowaniach przemysłowych był zastosowany stosunkowo niedawno, aczkolwiek zabójczy wpływ wysokiego ciśnienia na mikroorganizmy stwierdzono już w poprzednim wieku przez B. H. Hite. Przegląd stanu techniki można odnaleźć w publikacji Nowe Sposoby Konserwowania Żywności (1995, w G. W. Gould). Konserwowanie skrajnie wysokim ciśnieniem jest przedmiotem wielu opisów patentowych, np. nr US 4,873, 094 i nr US 5,228,394. Opis patentowy nr NL 102 914 opisuje prowadzenie rozpostartego produktu przez wąską rurę pod początkowym ciśnieniem 40 atmosfer, z otrzymaniem korzystnego efektu dotyczącego konsystencji produktu. Jednakże to ciśnienie nie jest wystarczająco duże dla wywarcia istotnego wpływu na zdolność życiową mikroorganizmów znajdujących się w produkcie.

Substancje poddawane obróbce w homogenizatorze są wystawione również na oddziaływanie bardzo wysokiego ciśnienia, jednakże w przeciągu bardzo krótkiego czasu (kilka minisekund). W tego rodzaju urządzeniu siły ścinania, wywierane na substancję podczas spadku ciśnienia są ogromne i często niszczą strukturę produktu. Ponadto energia potrzebna do przepuszczania produktu przez prześwit homogenizujący rozprasza się szybko w niewielkiej objętości urządzenia ścinającego, powodując miejscowy, niepożądanie wysoki wzrost temperatury. Zwykle ten wzrost wynosi około 5°C na 20 MPa spadku ciśnienia, przy czym wzrost ten zależy również od pojemności cieplnej i przewodności cieplnej produktu.

Główna wada znanych technologii konserwowania UHP polega na tym, że konserwowanie UHP jest stosowane tylko w sposób seryjny. Ponieważ większość przerobu żywności jest dokonywana w sposób ciągły, zatem istnieje potrzeba opracowania sposobu konserwowania UHP, który może być uruchamiany jako sposób ciągły. Jedynie publikacja WO 95/22912

184 918 opisuje wyposażenie do UHP, za pomocą którego można przeprowadzać sposób półciągły. Obecnie znane wyposażenie do obróbki UHP jest skomplikowane i tak kosztowne, że hamuje to ekonomiczne stosowanie i w konsekwencji ogólne stosowanie konserwowania UHP.

Według wynalazku stwierdzono niespodziewanie możliwą kombinację dwóch uważanych za kontrowersyjne warunków: jednym warunkiem jest utrzymanie wysokiego ciśnienia kinetycznego w rurce która jest stosunkowo wąska i otwarta na wylotowym końcu, które to ciśnienie kinetyczne w przynajmniej części rury jest wystarczająco wysokie aby zanieczyszczony mikrobiologicznie płyn podczas jego przepływu przez rurę stawał się oczyszczony, zaś drugim warunkiem jest realizowanie przepływu wystarczająco wydajnego tak, aby proces był skuteczny ekonomicznie.

Sposób zmniejszania zdolności życiowych mikroorganizmów i/lub aktywności enzymów w zanieczyszczonej substancji płynnej przez wywieranie na nią wysokiego ciśnienia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że substancję płynną prowadzi się stabilnym przepływem przez rurkę, w której utrzymuję się różnicę ciśnień pomiędzy jej końcem wejściowym a końcem wyjściowym na poziomie od 100 MPa, a korzystnie od 300 MPa do 10000 MPa, przy czym stosuje się rurkę, której stosunek długości do jej średnicy wynosi od 1000, a korzystnie od 10000 do 1000000, zaś czas przebywania substancji płynnej w rurce wynosi od 1 sekundy, korzystnie od 2 minut, a najkorzystniej od 10 minut do 24 godzin.

Korzystnie stosuje się rurkę, która zawiera przy górnym końcu komorę, korzystnie w postaci rury, mającej średnicę od 5 do 1000 razy większą niż pozostała część rurki.

Substancję płynną podczas przejścia przez rurkę ogrzewa się, powodując wzrost jej temperatury w zakresie 0 - 10°C, a korzystnie w zakresie 0 - 5°C.

Jako substancję płynną korzystnie stosuje się produkt spożywczy lub składnik produktu spożywczego.

Sposób według wynalazku umożliwia całkowicie ciągły proces konserwowania UHP.

Na rysunku przedstawiono schematyczny widok wyposażenia za pomocą którego można prowadzić sposób według wynalazku. Jako c oznaczono rurę o długości L i wewnętrznej średnicy d. Jako a oznaczono pojemnik podłączony do wejścia rury poprzez zespół ciśnieniowy b. W miejscu d umieszczono otwarły wylot rury.

Wynalazek jest prowadzony przez podawanie substancji z pojemnika magazynowego a do wlotu rury przez zespół ciśnieniowy b i przepuszczanie jej przez rurę do wylotu po prawej stronie.

Wynalazek może być zastosowany do wszystkich rodzajów płynnych substancji, które wymagają obróbki oczyszczającej, jeżeli tylko mają one konsystencję którą umożliwia wystarczające szybkie przejście przez z konieczności małe rurki zastosowane w wynalazku. Tego rodzaju substancje obejmują substancje farmaceutyczne, płyny kliniczne, a szczególnie produkty żywnościowe takie jak smarowidła, majonez, dresingi, mleko, herbata a nawet wrażliwe na ciepło produkty takie jak lody i miękkie sery. Wynalazek jest szczególnie przydatny do substancji które tolerują jedynie delikatną obróbkę. Substancja może stanowić finalny produkt spożywczy lub składnik (lub mieszaninę składników) stosowany do przygotowania produktu spożywczego, obejmując nawet tego rodzaju substancje pochodzenia naturalnego jak zioła, jeżeli tylko są one wyposażone w płynną substancje nośną która może być pompowana przez wąską rurkę.

Dla utrzymania ciśnienia przynajmniej 100 MPa pomiędzy wejściowym i wylotowym końcem rury, należy stwierdzić właściwe wyrównoważenie pomiędzy z jednej strony średnicą i długością rury a z drugiej strony daną lepkością i pożądanym przepływem produktu przeznaczonego do obróbki. Minimalna objętość V rury wynika ze wzoru:

V = t x f, gdzie t stanowi minimalny czas przebywania dla skutecznego oczyszczenia a f stanowi pożądany przepływ. Czas przebywania może być regulowany bez zmiany wymiarów wąskiej rurki przez włożenie komory przy górnym końcu wąskiej rurki, pomiędzy wylot urządzenia ciśnieniowego i wlot wąskiej rurki. Przy tego rodzaju komorze wzrasta objętość skrajnie wysokiego ciśnienia i w konsekwencji czas przebywania płynu. Ze względu na swą oporność względem wysokich ciśnień, tego rodzaju komora korzystnie również stanowi rurę, której średnica jest

184 918 większa niż średnica wąskiej rurki tak, że na spadek ciśnienia i przepływ nie ma zasadniczo żadnego wpływu obecność komory. Korzystnie taka komora ma średnicę która jest przynajmniej pięć razy większa niż średnica wąskiej rurki. Następujący opis rurki nie jest odniesiony do tej komory rezydencyjnej, ale raczej do przyłączonej wąskiej rurki. O ile nie podano inaczej, określenie „rurka” ma oznaczać wąską rurkę.

W kontekście obecnego opisu rurka ma być uważana jako okrągłe naczynie z dwoma otworami przy obydwu końcach naczynia, przy czym długość naczynia jest przynajmniej dziesięć razy większa niż szerokość naczynia. Ogólnie, stosunek długości i przeciętnej średnicy rurki przydatnej w wynalazku wynosi przynajmniej 1000, a korzystnie przynajmniej 10000. W ogólności oznacza to średnicę mającą kilka milimetrów, a długość przynajmniej kilka metrów. Optymalne wymiary można łatwo dobrać przez obliczenia i eksperymenty. Dobre rezultaty można uzyskać przy stosowaniu rurki mającej długość tylko 200 m i wewnętrzną średnicę 10 mm. Zaskakujące jest, że produkty spożywcze które zwykle mają konsystencję dość lepką, mogą być przetłaczane przez taką rurkę z wielkością przepływu wystarczającą dla ekonomicznego przetworzenia. Przy tego rodzaju otwartych rurkach wydajność na godzinę około 50 litrów produktu mającego lepkość odpowiadającą olejowi można otrzymywać przez wywieranie ciśnienia 1000 MPa. Wysokie przepływy potrzebne do praktykowania wynalazku są realizowane przez łączenie we wiązki dużych ilości równoległych rurek. Dla znalezienia przykładów odpowiednich wymiarów rurki w odniesieniu do da nej lepkości substancji i wywieranego ciśnienia należy rozpatrzeć tabelę 1.

Ciśnienie narastające w otwartej rurce wydawało się być możliwe do uzyskania jedynie w przypadku bardzo długich rurek. Jednakże zaobserwowano niespodziewanie korzystną zależność ciśnienia od lepkości.

Ciśnienie wewnątrz rurki powinno wynosić przynajmniej 100 MPa, jednakże zalecane są ciśnienia wynoszące przynajmniej 300 MPa. W ogólności wyższe ciśnienia umożliwiają krótsze czasy oczyszczania.

Skrajnie wysokie ciśnienia potrzebne do realizacji sposobu według wynalazku mogą być wytrzymywane najlepiej przez rurki o stosunkowo wąskich średnicach: zaleca się średnice 10 mm lub mniejsze. Nie jest konieczne szczególne wzmocnienie rurek. Urządzenie konserwujące według wynalazku nie wymaga stosowania bardzo grubych ścianek, tak jak było to potrzebne w wyposażeniu ze stanu techniki.

Tabela 1

Płyn	P MPa	L m	dm	L/d	Lepkość	Przepływ l/h
1	751	100	0,0010	100000	0,001	50
2	566	100	0,0010	100000	0,01	50
3	559	100	0,0015	66667	0,05	50
4	539	100	0,0018	55556	0,1	50
5	377	100	0,0035	28571	1,0	50
6	437	100	0,0060	16667	10,0	50
7	566	100	0,0100	10000	100,0	50
8	546	100	0,0012	83333	0,1	10
9	707	100	0,0020	50000	0,1	100
10	442	100	0,0040	25000	0,1	1000
11	699	1000	0,0030	333333	0,1	50
12	566	10	0,0010	10000	0,1	50
13	354	10	0,0020	5000	1,0	50

184 918

Sposób nadaje się do płynów mających gęstość około 1000 kg/m³ i pojemność cieplną 4,2 J/g.K.

P : spadek ciśnienia w M.ega.paskalchh, d: przeciętna średnica rurki w metrach, przepływ: wielkość przepływu w litrach na godzinę,

L: długość rurki w metrach Lepkość: lepkość w paskalosekundach.

Rurka może być umieszczona w dowolnym położeniu, jednakże korzystnie wybiera się postać zwartą taką jak zwój. Najbardziej korzystne pod względem przeciwstawiania się wysokim ciśnieniom są rurki mające przekrój okrągły, jednakże nie są wykluczone inne postacie przekroju rurki. Jako zalecane materiały rurki stosuje się szkło i stal nierdzewną, to jest substancje które są kompatybilne z żywnością

Jako urządzenie ciśnieniowe można wybrać dowolne spośród urządzeń sprzedawanych na rynku, które nadają się do pompowania płynów w warunkach skrajnie wysokich ciśnień.

Dla zapewnienia, że wywarte ciśnienie ma wystarczający wpływ na organizmy, czas przebywania płynu w rurce powinien wynosić przynajmniej 1 sekundę. Ogólnie, potrzebne są dłuższe czasy przebywania gdy ciśnienie jest niższe niż 350 MPa. Korzystnie czas przebywania wynosi przynajmniej 2 minuty, korzystniej przynajmniej 5 minut, a jeszcze korzystniej przynajmniej l0 minut.

Trudne jest podanie ogólnych zasad, ponieważ zachowanie przepływu substancji obrabianej w warunkach UHP jest ogólnie nie do przewidzenia. Przy danej konkretnej substancji, można łatwo przeprowadzić pewne eksperymenty dla łatwego ustalenia właściwej kombinacji wymiarów rurki i ciśnienia.

Urządzenie według wynalazku pracuje przy trwale otwartym otworze wylotowym przy końcu rurki. Efektem jest gradient ciśnienia wzdłuż całej długości rurki. W konsekwencji ciśnienie w rurce jest wyższe w górnych częściach niż w dolnych częściach rurki, czego efektem jest oczyszczanie które następuje głównie w górnej części rurki. Energia wysokiego ciśnienia jest rozproszona równomiernie na całej długości rurki.

Wewnątrz rurki siły ścinania są stosunkowo niewielkie.

Ponadto zarówno stosunkowo duża zewnętrzna powierzchnia rurki w stosunku objętości rurki i stosunkowo cienka ścianka rurki umożliwiają łatwą kontrolę temperatury zawartości rurki według potrzeby, za pomocą dodatkowego chłodzenia. Wzrost temperatury obrabianej substancji podczas przejścia przez rurkę może być ograniczony tak, aby wynosił mniej niż 10°C, korzystnie mniej niż 5°C. Jest to dostosowane do nowoczesnych założeń unikania możliwie niekoniecznego ogrzewania żywności przygotowywanej przemysłowo.

Korzystnie może być uruchamianie procesu w temperaturze odmiennej od temperatury otoczenia. Gdy temperatura zostaje obniżona, lepkość będzie wzrastać co umożliwia utrzymanie ciśnienia na pożądanym poziomie nawet jeżeli przeznaczony do obróbki płyn nie jest wystarczająco lepki w temperaturze otoczenia. Wzrost temperatury będzie powodował obniżenie lepkości i korzystny wzrost przepływu. Tego rodzaju wzrost jest ograniczony w sposób oczywisty tym, że substancja przeznaczona do obróbki wymaga minimalnego czasu przebywania w rurce.

Sposób wedłńg wynalazku umożliwia oczyszczenie produktów spożywczych, tam gdzie jest niepożądane stosowanie składników konserwujących, niskiego pH łub stosowanie ciepła. Ponadto sposób według wynalazku może być stosowany w połączeniu z jednym lub więcej innych sposobów konserwowania. Przy sposobach łącznych, częstokroć wystarczą mniej ostre całkowite warunki dla uzyskania pożądanego stopnia oczyszczenia. Szczególne skuteczne połączenie stanowi zastosowanie zabójczych impulsowych pól elektrycznych lub magnetycznych oddziaływujących na substancję, gdy przechodzi ona przez rurkę wysokociśnieniową.

Sposób według wynalazku dezaktywuje komórki wegetatywne. Dla dezaktywacji zarodników mikrobów powinno być ogólnie stosowane wyższe ciśnienie i/lub dłuższy czas ekspozycji. Poddawane oddziaływaniu mikroorganizmy obejmują bakterie jak również pleśń i drożdże, a także wirusy. Jakkolwiek w zasadzie możliwa jest całkowita sterylizacja, produktu, to czasami wystarczy mniejszy stopień oczyszczenia, tak że można stosować mniej

184 918 ostre warunki procesu. Konserwowanie UHP daje dodatkową korzyść polegającą na tym, że całkowicie lub częściowo ulegają dezaktywacji również enzymy.

W kontekście obecnego opisu przez znaczne zmniejszenie zdolności życiowych należy rozumieć redukcję zdolnych do życia mikroorganizmów ze współczynnikiem 1000 lub większym. Jest to często wyrażone jako logarytmiczna redukcja cyklu (log(N0/Nt)), która powinna wynosić 3 lub więcej. Nt stanowi liczbę po procesie, a N0 przed procesem.

Sposób według wynalazku wyróżnia się w stosunku do sposobów znanych przez swą zaskakująca prostotę, która nie tylko decyduje o ekonomiczności sposobu ale również o niezawodności procesu.

Wynalazek jest zilustrowany przez następujący przykład:

Przykład 1

W 1000 ml glicerolu rozproszono 1000 komórek na ml drożdży Saccaromyces cerevisiae. Tę zawiesinę, w naturalnych warunkach zanieczyszczenia prowadzono przez rurkę o długości 25 m i średnicy 1 mm pod ciśnieniem 300 MPa przy wejściu do rurki. Czas przebywania w rurce wynosił 60 sekund, a temperatura byłą temperaturą otoczenia, 21°C. Substancja gromadzona przy końcu rurki była badana pod względem zanieczyszczenia, jednakże nie zauważono żadnej stwierdzalnej ilości komórek drożdży.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób zmniejszania zdolności życiowych mikroorganizmów i/lub aktywności enzymów w zanieczyszczonej substancji płynnej przez wywieranie na nią wysokiego ciśnienia, znamienny tym, że substancję płynną prowadzi się stabilnym przepływem przez rurkę, w której utrzymuje się różnicę ciśnień pomiędzy jej końcem wejściowym a końcem wyjściowym na poziomie od 100 MPa, a korzystnie od 300 MPa do 10000 MPa, przy czym stosuje się rurkę, której stosunek długości do jej średnicy wynosi od 1000, a korzystnie od 10000 do 1000000, zaś czas przebywania substancji płynnej w rurce wynosi od 1 sekundy, korzystnie od 2 minut, a najkorzystniej od 10 minut do 24 godzin.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się rurkę, która zawiera przy górnym końcu komorę, korzystnie w postaci rury, mającej średnicę od 5 do 1000 razy większą niż pozostała część rurki.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że substancję płynną podczas przejścia przez rurkę ogrzewa się, powodując wzrost jej temperatury w zakresie 0 - 10°C, a korzystnie w zakresie 0 - 5°C.
4. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substancję płynną stosuje się produkt spożywczy lub składnik produktu spożywczego.