RO125073B1 - Procedeu şi instalaţie de procesare termică a laptelui - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de procesare termică, nedistructivă a laptelui, cu ajutorul energiei microundelor, şi la o instalaţie pentru aplicarea procedeului. Procedeul conform invenţiei cuprinde următoarele etape: preîncălzirea laptelui de la temperatura de 16...18°C până la temperatura de 60...60,5°C, urmată de încălzire la 68...69°C, pasteurizare sub acţiunea microundelor, timp de 60 s, după care laptele pasteurizat se răceşte la temperatura de 4...5°C. Instalaţia conform invenţiei este compusă din: un vas (1) de alimentare cu lapte netratat, o pompă (2) peristaltică, un schimbătorde căldură (10), o spirală (5), o incintă cu microunde (4), un vas (8) termoizolant, două traductoare (6 şi 7) de temperatură, un panou (9) de control, un cap de recirculare, un comutator (C), un regulator (RD) de debit şi un vas (11) de depozitare a laptelui pasteurizat.

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu și la o instalație de procesare termică a laptelui cu ajutorul energiei microundelor.

Se cunosc procedee și instalații pentru pasteurizarea laptelui cu ajutorul energiei microundelor, după cum urmează:

Unilever Research Laboratories deține un brevet US 5750966 - instalație pentru pasteurizarea și sterilizarea produselor alimentare solide și lichide. Produsele sunt supuse tratamentului termic de încălzire cu microunde, într-o cameră presurizată, pentru a se asigura conservarea de lungă durată a produselor. Procesul are trei faze: o fază de încălzire până la o temperatură mai mică decât cea de sterilizare, o fază de încălzire până la temperatura de sterilizare și o fază de răcire. în timpul acestortrei faze, presiunea în camera de presurizare variază în funcție de temperatura pe care o ating produsele.

Sursa de microunde are puterea de 5 kWla 2450 MHz, pentru încălzirea fluidului în flux descendent, la temperatura de 200°C. în cazul pasteurizării laptelui, menținerea calităților nutritive inițiale ale acestuia, la o astfel de temperatură, nu poate fi luată în considerare, deoarece duce la distrugeri ireversibile ale calităților native ale laptelui.

Merlin și Rosenthal au arătat că încălzirea discontinuă cu microunde (30 min la 65°C) poate fi mai eficientă decât încălzirea convențională, având ca rezultat o reducere mai mare a numărului de microorganisme decât tratamentul convențional echivalent temperatură-timp. Acest sistem are însă dezavantajul că nu poate fi realizat într-un flux continuu, deoarece, la capacități ce pot intra în discuție la nivel industrial, volumul recipientelor pentru sectorul de tratare cu microunde ar fi exagerat de mare.

Se cunoaște, de asemenea, o instalație industrială de pasteurizare a iaurtului, realizată la Karlsruhe, în Germania. în acest procedeu, denumit Bach, a fost utilizată o putere de 40 kW la 27,12 MHz și una de 8 kW la 2450 MHz, pentru încălzirea la 60°C a recipientelor individuale, cu iaurt, prin transportarea acestora printr-o baie de apă cu temperatura de 60°C. Iradierea cu frecvența mai mică are în vedere asigurarea încălzirii iaurtului de la fundul recipientelor timp de 5-10 min, la temperatura de procesare. Porțiunea de produs de deasupra este încălzită diferențiat, cu microunde cu frecvența de 2450 MHz. în afara faptului cert că, prin acest procedeu, microflora iaurtului, atât de necesară organismului, este distrusă, în scopul măririi duratei de păstrare comercială a produsului, întregul proces este destul de complicat și, desigur, destul de costisitor. Există și o instalație concepută pentru încălzirea UHT a laptelui, în care laptele este încălzit cu microunde, în atmosferă de azot, la temperatura de 190-200°C, timp de 0,1 s. Este cunoscut că, la o astfel de temperatură, componentele sensibile ale laptelui suferă transformări ireversibile, care nu pot compensa faptul că laptele a devenit practic steril.

Brevetul italian nr. 1224377 se referă la o metodă și un cuptor pentru sterilizarea alimentelor prin intermediul microundelor. Metoda constă în introducerea produsului (solid sau lichid) care trebuie tratat, în cuptor, printr-o mișcare de avansare constantă, produsul fiind învelit într-un ambalaj complet transparent pentru microunde. Cuptorul este o incintă presurizată la circa 2,5 bar, făcută multirezonantă prin difuzia în aceasta a microundelor. Produsul este astfel supus unei faze de încălzire rapidă, prin intermediul microundelor, urmată de o fază de egalizare a temperaturii, prin intermediul microundelor și a aerului cald, o fază de menținere a temperaturii cu aer cald și o fază de răcire, prin intermediul aerului rece, cu ieșirea produsului finit din camera presurizată.

Cuptorul constă într-o carcasă cilindrică, interiorul acesteia fiind împărțit, longitudinal, în două părți separate, suprapuse, fazele încălzirii rapide și egalizării de temperatură având loc în partea superioară, pe când răcirea produselor tratate are loc în partea inferioară.

RO 125073 Β1

Avansarea pachetelor cu produse în interiorul cuptorului are loc pe o ramă acționată 1 de o pereche de tije de împingere, care efectuează transferul ramelor cu produse din partea de sus în partea de jos a cuptorului, operație executată de un echipament de coborâre, situat 3 în partea superioară a camerei, care unește cele două părți ale cuptorului și în care temperatura atinsă de produse, la sfârșitul fazei de egalizare, este menținută aproximativ 5 constantă. Există camere de compensare a presiunii, la intrarea și ieșirea din cuptor, echipate cu uși închise ermetic. 7

Metoda și cuptorul prezentate mai sus, deși realizează o pasteurizare sau sterilizare satisfăcătoare, prezintă dezavantajul că presiunea, în interiorul camerei în care are loc 9 tratamentul termic, este constantă și întotdeauna egală cu valoarea maximă necesară: asta înseamnă că, în camerele de compensare de la intrarea și ieșirea în și din cuptor, pachetele 11 conținând produse trebuie să fie supuse unei foarte rapide variații de presiune, cu riscul de a produce deteriorări sau ruperi ale pachetelor; în cazul produselor solide, poate apărea 13 zdrobirea produsului în timpul introducerii acestuia în cuptor, din cauza diferenței dintre presiunea din interiorul și cea din exteriorul pachetului. în plus, în cazul produselor solide sau 15 semisolide, în timpul fazei de încălzire rapidă, produsul se poate supraîncălzi, în mod particular la suprafața sa externă, cu consecințe de deteriorare a calităților sale 17 organoleptice.

De asemenea, prezența camerelor de compensare conduce la funcționarea 19 intermitentă a cuptorului, deoarece produsele trebuie să stea, în cele două camere, un timp prestabilit, pentru a se obține variația de presiune necesară, limitând astfel productivitatea 21 acestuia. în final, dimensiunile transversale ale cuptorului sunt considerabile, ducând la îngroșarea pereților externi, ceea ce conduce la costuri ridicate de construcție și dificultatea 23 de a obține o distribuire uniformă a microundelor în zona de tratament; de asemenea, datorită dimensiunii, în cuptor, în timpul tratamentului, în cazul unei defecțiuni, există riscul 25 ca mari cantități de produse să se transforme în deșeuri.

Brevetul US 5074200 descrie un sistem de sterilizare a produselor alimentare 27 utilizând microundele. Produsele, ambalate în materiale transparente pentru microunde, sunt trecute continuu printr-un mediu presurizat. Produsul este preîncălzit la o temperatură 29 prestabilită, la viteză mare, în prima fază. Faza a doua constă în aplicarea unui câmp de microunde de intensitate mică. în faza a treia, temperatura este menținută cu ajutorul aerului 31 cald. Această tehnică brevetată are dezavantajul că este nevoie de un eșantion preîmpachetat și, deci, este costisitoare și nepractică pentru procesarea cantităților mari de 33 fluide.

Brevetul US 5288471 se referă la un proces de încălzire în două etape. Produsul este 35 încălzit într-o incintă, până la o temperatură apropiată de temperatura maximă pentru tratament. O sursă electromagnetică, dotată cu un termometru, este utilizată pentru 37 menținerea produsului la o temperatură constantă, pentru o perioadă determinată de timp. Energia de radiație și temperatura de iradiere sunt alese astfel ca să se ridice temperatura 39 produsului până la o valoare maximă de 50°C, pentru a se evita modificarea caracteristicilor organice și organoleptice ale produsului. Această tehnică prezintă dezavantajul că, prin 41 utilizarea metodelor de încălzire convenționale, produsele pot fi încălzite neuniform.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este de a mări conservabilitatea laptelui, 43 cu afectarea, în cât mai mică măsură, a valorilor sale nutritive.

Procedeul conform invenției rezolvă problema tehnică menționată și înlătură deza- 45 vantajele prezentate mai sus prin aceea că acesta cuprinde următoarele etape: preîncălzirea laptelui de la o temperatură de 16-18°C la o temperatură de 60-60,5°C, aducerea lap- 47 telui, în vederea pasteurizării, la o temperatură de 68-69°C, prin tratarea lui într-un câmp cu

RO 125073 Β1 microunde cu frecvența de 2450 MHz, menținerea acestuia timp de 60 s la temperatura de pasteurizare, răcirea laptelui la temperatura de depozitare și păstrare de 4-5°C, urmată de preîncălzirea laptelui nepasteurizat la temperatura de 60-60,5°C, cu ajutorul căldurii cedate de laptele pasteurizat, înainte de a fi răcit, și aducerea laptelui nepasteurizat preîncălzit la temperatura necesară procesului de pasteurizare prin tratare cu microunde, urmată de răcirea cu apă-gheață a acestuia.

Instalația în care se realizează procedeul conform invenției rezolvă problema tehnică propusă și înlătură dezavantajele prezentate mai sus prin aceea că este alcătuită din următoarele elemente: o pompă peristaltică 2, necesară circulației laptelui prin schimbătorul de căldură cu dublu circuit 10, ce realizează preîncălzirea laptelui, în vederea pasteurizării prin trecerea prin spirala 5, ce se găsește în incinta cu microunde 4; un vas de menținere termoizolant 8; două traductoare de temperatură 6,7; un panou de comandă și control 9; un cap de recirculare 3, comandat de comutatorul C, prin traductorul de temperatură 7; un regulator de debit RD din panoul 9, pentru asigurarea variației debitului de lapte până la atingerea și menținerea temperaturii de pasteurizare; elemente de circuit și conectică, un vas de alimentare cu lapte netratat 1 și un vas de depozitare a laptelui pasteurizat 11.

Avantajele aplicării procedeului și ale instalației conform invenției sunt următoarele:

- circulația laptelui în flux continuu, cu debit reglabil, în interiorul incintei cu microunde, printr-un tub din material transparent pentru microunde, în formă de spirală;

- temperatura de pasteurizare este de 68-69°C, situându-se sub temperatura de pasteurizare clasică a laptelui, cu aceeași eficiență a pasteurizării;

- viteză mare de încălzire a lichidului, uniformizarea încălzirii datorită unei încălziri de volum;

- protejarea componentelor valoroase, prin evitarea supraîncălzirii locale;

- realizarea unei tehnologii mai puțin poluante;

- alinierea la standardele europene de calitate, automatizarea procesului, posibilitatea efectuării cu precizie a controlului parametrilor procesului;

- randament termic ridicat, ceea ce se traduce printr-un consum energetic mic față de procedeele cunoscute.

Procedeul și instalația conform invenției folosesc energia microundelor generate într-o incintă special construită, în interiorul căreia laptele circulă în flux continuu, cu un debit reglabil, printr-un tub în formă de spirală, transparent pentru microunde, dimensionat astfel încât să fie permeabil integral, corelat cu lungimea de undă a radiației și cu o zestre de conductă stabilită astfel, încât să se realizeze trecerea laptelui prin câmpul de microunde într-un timp minim, necesar efectului de pasteurizare dorit, realizându-se astfel absorbția integrală a energiei microundelor, în condițiile în care pentru acest sector al instalației se asigură un aport necesar de energie, prin utilizarea unui sistem care asigură un înalt grad de recuperare a căldurii în condițiile de automatizare avansată a parametrilor de dirijare a procesului.

Procedeul de procesare termică, nedistructivă a laptelui, cu ajutorul energiei microundelor, conform invenției, cuprinde următoarele etape: preîncălzirea laptelui printr-un schimbător-recuperator de căldură cu dublu circuit, de la temperatura de 16-18°C până la temperatura de 60-60,5°C, aducerea laptelui, în vederea pasteurizării, la o temperatură de 6869°C, prin trecerea acestuia printr-o spirală realizată dintr-un material transparent la microunde, ce se găsește într-o incintă cu microunde, menținerea acestuia timp de 60 s într-un vas de menținere la temperatura de pasteurizare, răcirea laptelui la temperatura de depozitare și păstrare de 4-5°C, prin trecerea acestuia prin schimbătorul recuperator de căldură cu

RO 125073 Β1 dublu circuit, unde laptele nepasteurizat preia o parte din căldura cedată de laptele 1 pasteurizat și este adus la temperatura necesară începerii procesului de pasteurizare din incinta cu microunde, și apoi răcirea cu apă-gheață în alt circuit. 3

Instalația pentru realizarea procedeului conform invenției este compusă din: pompa peristaltică, necesară circulației laptelui prin schimbătorul-recuperator de căldură cu dublu 5 circuit, ce realizează preîncălzirea laptelui, în vederea pasteurizării, prin trecerea printr-o spirală ce se găsește în incinta cu microunde, vasul de menținere termoizolant, două 7 traductoare de temperatură, panoul de comandă și control, capul de recirculare, comandat de un comutator, prin traductorul de temperatură de pe circuitul de ieșire, regulatorul de 9 debit, din panoul de comandă, pentru asigurarea variației debitului de lapte până la atingerea și menținerea temperaturii de pasteurizare, elemente de circuit și conectică, vasul de 11 alimentare cu lapte netratat și vasul de depozitare lapte pasteurizat.

în continuare se dă un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1 și 2,13 ce reprezintă:

- fig. 1, schema generală a instalației de pasteurizare, conform invenției;15

- fig. 2, schema spiralei prin care circulă laptele în incinta cu microunde, conform invenției.17

Procedeul de pasteurizare se desfășoară în flux continuu, laptele, preîncălzit printr-un sistem de recuperare avansată a căldurii, fiind adus la temperatura de pasteurizare, 68-69°C,19 prin tratarea lui într-un câmp de microunde, prin trecerea printr-o spirală special construită. Preîncălzirea se efectuează cu un schimbător-recuperator de căldură.21

Procedeul conform invenției constă în tratarea laptelui crud dintr-o vană de stocare

1, prin procesare termică, cu ajutorul energiei microundelor. Pasteurizarea constă în 23 aplicarea unui șoc termic, constând dintr-o încălzire bruscă până la o temperatură de 6869°C, o scurtă perioadă de menținere la această temperatură, urmată de o răcire bruscă, 25 până la o temperatură care împiedică proliferarea microorganismelor remanente, cu ajutorul pompei peristaltice cu debit reglabil 2, acționată prin intermediul regulatorului de debit RD, 27 din panoul de comandă și control 9, și trimiterea lui în schimbătorul recuperator de căldură

10. Laptele crud, netratat termic, preia o parte din căldura laptelui pasteurizat prin intermediul 29 acestui schimbător de căldură, până ajunge la o temperatură de 60-60,5°C, temperatură măsurată cu traductorul de temperatură 6, de pe circuitul de intrare, este trimis în spirala 5, 31 ce se găsește în incinta cu microunde 4, în vederea ridicării temperaturii laptelui la 68-69°C, cu ajutorul energiei microundelor. Spirala, construită dintr-un material transparent la 33 microunde și neatacabil de fluidul tratat și fluidele de igienizare a instalației, care corespund cerințelor utilizatorului, este dimensionată ținând cont de lungimea de undă de 12,2 cm, 35 corespunzătoare frecvenței microundelor de 2450 MHz, astfel încât să realizeze absorbția integrală a energiei microundelor de către lapte, asigurându-se astfel tratarea termică a 37 laptelui cu un aport optim de energie. Capul de recirculare 3 asigură recircularea laptelui până la atingerea temperaturii de pasteurizare, atunci când traductorul de temperatură 7, 39 montat pe conducta de ieșire din incinta cu microunde, indică temperatura de pasteurizare, laptele trece într-un vas de menținere 8, termoizolant, al cărui volum este astfel calculat încât 41 să asigure timpul de menținere necesar desăvârșirii procesului de pasteurizare. Laptele pasteurizat ajunge în schimbătorul de căldură 10, pentru preîncălzirea celui inițial, și apoi, 43 printr-un alt circuit, este adus la temperatura de stocare, respectiv, 4-5°C, și apoi trimis în vana de stocare 11, în vederea păstrării sau prelucrării în subproduse. 45

RO 125073 Β1

Instalația pentru realizarea procedeului conform invenției se compune dintr-o platformă fixă, pe care se găsesc fixate elementele fluxului tehnologic: pompa peristaltică 2, necesară circulației laptelui prin schimbătorul-recuperatorde căldură cu dublu circuit 10, ce realizează preîncălzirea laptelui, în vederea pasteurizării prin trecerea prin spirala 5, ce se găsește în incinta cu microunde 4, vasul de menținere termoizolant 8, două traductoare de temperatură 6, 7, panoul de comandă și control 9, capul de recirculare 3, comandat de comutatorul C, prin traductorul de temperatură 7, regulatorul de debit RD, din panoul 9, pentru asigurarea variației debitului de lapte până la atingerea și menținerea temperaturii de pasteurizare, elementele de circuit și conectică, vasul de alimentare cu lapte netratat 1 și vasul de depozitare lapte pasteurizat 11.

La pornire, laptele crud, ce trebuie prelucrat, va fi preluat din vasul de stocare (vană) 1, cu pompa al cărei debit inițial va fi reglat la circa 25% din debitul nominal, și va fi introdus în schimbătorul-recuperator de căldură 10, pentru ridicarea temperaturii de la temperatura de stocare la temperatura de circa 60-60,5°C, pe seama căldurii cedate de laptele pasteurizat, care se întoarce prin schimbător.

Cu această temperatură, laptele intră în incinta cu microunde 4, unde are loc ridicarea temperaturii la nivelul celei de pasteurizare (68-69°C). Din incinta cu microunde, laptele încălzit trece într-un vas de menținere, termoizolat, al cărui volum este astfel calculat încât să asigure timpul de menținere necesar desăvârșirii pasteurizării. Din vasul de menținere, laptele intră în schimbătorul de căldură (asigurând încălzirea laptelui crud), din care iese răcit, având un At cu circa 5-6°C superior laptelui crud, și este răcit cu apă-gheață la temperatura de 4-5°C, și colectat într-un recipient de stocare a laptelui pasteurizat (vană sterilă) 11.

Se controlează următorii parametrii ai laptelui și parametrii de funcționare ai instalației, astfel:

- temperatura laptelui crud;

- temperatura laptelui la intrarea în incinta cu microunde;

- temperatura laptelui la ieșirea din sectorul de menținere a temperaturii de pasteurizare;

- temperatura laptelui pasteurizat, la ieșirea din schimbătorul-recuperator de căldură (în vasul de stocare);

- debitul pompei.

Spirala 5, prin care circulă laptele în incinta cu microunde, este realizată din sticlă termorezistentă sau furtun siliconic, materiale transparente la microunde, și este dimensionată astfel încât să fie permeabilă integral, corelată cu lungimea de undă a radiației și cu o zestre de conductă stabilită astfel încât să se realizeze trecerea laptelui prin câmpul de microunde într-un timp minim necesar efectului de pasteurizare dorit, realizându-se astfel absorbția integrală a energiei microundelor în condițiile în care pentru acest sector al instalației se asigură un aport necesar de energie, prin utilizarea unui sistem care asigură un înalt grad de recuperare a căldurii, în condițiile de automatizare avansată a parametrilor de dirijare a procesului. Dispersia microundelor în interiorul incintei se realizează cu ajutorul a două sau mai multe ghiduri de undă, prevăzute cu fante longitudinale dispuse astfel, încât să asigure transferul maxim de putere și omogenitatea câmpului în interiorul incintei.

Claims (3)

1. Procedeu de procesare termică a laptelui, cu ajutorul energiei microundelor cu 3 frecvența de 2450 MHz, caracterizat prin aceea că acesta cuprinde preîncălzirea laptelui de la o temperatură de 16-18'C la o temperatură de 60-60,5'C, aducerea laptelui, în vederea 5 pasteurizării, la o temperatură de 68-69°C, prin tratarea lui într-un câmp cu microunde cu frecvența de 2450 MHz, menținerea acestuia timp de 60 s la temperatura de pasteurizare, 7 răcirea laptelui la temperatura de depozitare și păstrare, de 4-5°C, urmată de preîncălzirea laptelui nepasteurizat la temperatura de 60-60,5°C, pe seama căldurii cedate de laptele 9 pasteurizat, înainte de a fi răcit, și aducerea laptelui nepasteurizat preîncălzit la temperatura necesară procesului de pasteurizare, prin tratare cu microunde, urmată de răcirea cu apă- 11 gheață a acestuia.

2. Instalație pentru realizarea procedeului definit în revendicarea 1, caracterizată 13 prin aceea că aceasta cuprinde o pompă peristaltică (2), necesară circulației laptelui prin schimbătorul de căldură cu dublu circuit (10), ce realizează preîncălzirea laptelui, în vederea 15 pasteurizării, prin trecerea prin spirala (5) ce se găsește în incinta cu microunde (4), un vas de menținere termoizolant (8), două traductoare de temperatură (6, 7), un panou de 17 comandă și control (9), un cap de recirculare (3), comandat de un comutator (C), prin traductorul de temperatură (7), un regulator de debit (RD) din panoul (9) pentru asigurarea 19 variației debitului de lapte până la atingerea și menținerea temperaturii de pasteurizare, elemente de circuit și conectică, un vas de alimentare cu lapte netratat (1) și un vas de 21 depozitare a laptelui pasteurizat (11).

3. Instalație conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că spirala din incinta 23 cu microunde este realizată dintr-un material transparent la microunde și dimensionată ținând cont de lungimea de undă de 12,2 cm, corespunzătoare frecvenței microundelor de 25 2450 MHz, astfel încât să realizeze absorbția integrală a energiei microundelor de către lapte. 27