RU2058096C1

RU2058096C1 - Liquid sterilization method and apparatus

Info

Publication number: RU2058096C1
Application number: RU93027102A
Authority: RU
Inventors: Николай Георгиевич Штукарин
Original assignee: Николай Георгиевич Штукарин
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1996-04-20
Also published as: WO1994026131A1; CA2139924A1

Abstract

FIELD: sterilization of milk, juices and other liquid products. SUBSTANCE: method involves dispersing the liquid; saturating with ozone and turbulizing; mixing liquid and simultaneously exposing it to ultraviolet radiation. Sterile gas or gas mixture is introduced together with ozone. Apparatus has pipeline with portion made from ultraviolet radiation transmitting material and enclosed in housing with reflecting inner surface and with ultraviolet radiation source. Apparatus is provided with injector mounted adjacent to pipeline inlet part. Injector suction branch pipe is pneumatically communicated with ozone source and separator mounted adjacent to pipeline outlet part. EFFECT: increased efficiency and simplified method. 7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности, а точнее к способам и устройствам для стерилизации жидкости, и может быть использовано для стерилизации молока, соков и различных жидких пищевых продуктов, а также для стерилизации воды. The invention relates to the food industry, and more specifically to methods and devices for sterilizing liquids, and can be used to sterilize milk, juices and various liquid food products, as well as for sterilizing water.

В настоящее время известны различные способы и устройства для стерилизации жидких пищевых продуктов. Various methods and devices for sterilizing liquid food products are currently known.

Известен, например, способ стерилизации пищевых продуктов [1] заключающийся в том, что пищевые продукты стерилизуют ультрафиолетовым излучением в герметичной емкости, в которую также нагнетают ионизированный воздух, производящий перемешивание пищевого продукта в облучаемом объеме. A known method, for example, of sterilizing food products [1] is that food products are sterilized by ultraviolet radiation in a sealed container into which ionized air is also pumped, mixing the food product in the irradiated volume.

Для осуществления этого способа выполнено устройство, которое содержит горизонтально расположенный барабан, снабженный внутри источниками ультрафиолетового излучения, укрепленными на неподвижном держателе, проходящем через ось барабана. Трубчатый держатель пневматически соединен с нагнетательным воздушным аппаратом. Держатель снабжен насадкой, имеющей ряд отверстий для выпуска ионизированного воздуха в пищевой продукт, который одновременно производит его перемешивание. To implement this method, a device is made that comprises a horizontally located drum provided inside with ultraviolet radiation sources mounted on a fixed holder passing through the axis of the drum. The tubular holder is pneumatically connected to the discharge air apparatus. The holder is equipped with a nozzle having a number of holes for the release of ionized air into the food product, which simultaneously produces its mixing.

Однако описанный способ и устройство не дают возможности осуществлять полное (без образования застойных зон) перемешивание пищевого продукта, что не позволяет осуществлять достаточно быструю и полную его стерилизацию. Дополнительный стерилизационный эффект за счет вводимого в пищевой продукт ионизированного воздуха не имеет места при нормальных условиях, и тем более при повышенном давлении на линии подачи ионизированного воздуха; происходит быстрая ион-ионная рекомбинация еще до попадания воздуха в пищевой продукт. Кроме того, описанное устройство является аппаратом периодического действия, что приводит, во-первых, к ограничению его производительности и нетехнологичности данного устройства, а во-вторых, к усложнению обслуживания устройства. However, the described method and device do not allow the complete (without the formation of stagnant zones) mixing of the food product, which does not allow for sufficiently fast and complete sterilization. An additional sterilization effect due to ionized air introduced into the food product does not occur under normal conditions, and even more so with increased pressure on the ionized air supply line; fast ion-ion recombination occurs even before air enters the food product. In addition, the described device is a periodic apparatus, which leads, firstly, to a limitation of its performance and low-tech device, and secondly, to complicate the maintenance of the device.

Известен способ стерилизации молока [2] заключающийся в том, что стерилизуемое молоко турбулизуют и пропускают через трубопровод, выполненный из кварцевого стекла при одновременном его облучении ультрафиолетовыми лучами. A known method of sterilization of milk [2] consisting in the fact that the sterilized milk is turbulized and passed through a pipe made of quartz glass while irradiating it with ultraviolet rays.

Осуществляют этот способ в устройстве, которое содержит кварцевую трубу (или набор труб), по которой протекает молоко в турбулентном режиме. Вокруг трубы перпендикулярно направлению движения молока установлены ультрафиолетовые излучатели. Кварцевая труба и излучатели помещены в кожух, на внутренней поверхности которого нанесен слой материала, отражающего ультрафиолетовые лучи. This method is carried out in a device that contains a quartz tube (or a set of pipes) through which milk flows in a turbulent mode. Around the tube, perpendicular to the direction of milk movement, ultraviolet emitters are installed. A quartz tube and emitters are placed in a casing, on the inner surface of which a layer of material reflecting ultraviolet rays is applied.

Описанный способ и устройство также не обеспечивают достаточной стерилизации молока, так как взаимодействующий с ультрафиолетовым излучением слой молока очень тонок (0,003 мг) из-за низкой прозрачности молока для ультрафиолетового излучения. The described method and device also do not provide sufficient sterilization of milk, since the layer of milk interacting with ultraviolet radiation is very thin (0.003 mg) due to the low transparency of milk for ultraviolet radiation.

Именно по этой причине молоко турбулизуют, чтобы обеспечить при прохождении молока через кварцевую трубу контакт всего объема молока с излучением. Но значительная турбулизация молока снижает время контакта облучаемого объема молока с ультрафиолетовым излучением, что снижает стерилизационный эффект. Поэтому приходится использовать достаточно длинные с малым диаметром кварцевые трубы, что в свою очередь, приводит к значительным возрастаниям энергозатрат во-первых, на питание источников ультрафиолетового излучения, а во-вторых, на преодоление гидравлического сопротивления, создаваемого описанным устройством. It is for this reason that milk is turbulized to ensure that when the milk passes through the quartz tube, the entire volume of milk is in contact with the radiation. But significant turbulization of milk reduces the contact time of the irradiated volume of milk with ultraviolet radiation, which reduces the sterilization effect. Therefore, one has to use rather long quartz tubes with a small diameter, which, in turn, leads to significant increases in energy consumption, firstly, to power sources of ultraviolet radiation, and secondly, to overcome the hydraulic resistance created by the described device.

Задачей предлагаемого изобретения является создание такого способа стерилизации жидкости и устройства для его осуществления, которое позволило бы обеспечить высокую степень стерилизации жидкости при одновременной интенсификации процесса в целом. The objective of the invention is the creation of such a method of sterilizing a liquid and a device for its implementation, which would ensure a high degree of sterilization of the liquid while simultaneously intensifying the process as a whole.

Эта задача решается тем, что стерилизуемую жидкость диспергируют, насыщают озоном и турбулизируют, после чего ее перемешивают и одновременно облучают ультрафиолетовым излучением, в результате чего она стерилизуется. От стерилизованной жидкости отделяется находящийся в ней газ, и жидкость подают в собирающую емкость. This problem is solved in that the sterilized liquid is dispersed, saturated with ozone and turbulized, after which it is mixed and irradiated with ultraviolet radiation, as a result of which it is sterilized. The gas in it is separated from the sterilized liquid, and the liquid is supplied to a collecting vessel.

Одновременно с озоном в стерилизуемую жидкость можно вводить стерильный газ или смесь газов. Simultaneously with ozone, a sterile gas or a mixture of gases can be introduced into the sterilized liquid.

На фиг.1 схематично изображено устройство для стерилизации жидкости согласно изобретению; на фиг.2 часть участка трубопровода, выполненного из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения (в разрезе), согласно изобретению. Figure 1 schematically shows a device for sterilizing a liquid according to the invention; in Fig.2 part of a section of the pipeline made of a material transparent to ultraviolet radiation (in section), according to the invention.

Устройство для стерилизации жидкости содержит трубопровод 1 (фиг.1), имеющий входной участок 2, который служит для подачи стерилизуемой жидкости, и выходной участок 3, предназначенный для отвода стерилизованной жидкости, например, в собирающую емкость (на фиг.1 не показана). По меньшей мере один участок 4 трубопровода 1 выполнен из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения. Этот участок помещен в кожух 5, внутренняя поверхность которого покрыта слоем 6 (фиг.2) материала, отражающего ультрафиолетовое излучение. Внутри кожуха 5 установлены источники 7 ультрафиолетового излучения. Источники 7 (фиг.1 и фиг.2) ультрафиолетового излучения могут быть различного выполнения трубчатые, точечные, сферические, также трубчатые, но выполненные в виде скрученной спирали, обвивающей участок 4 трубопровода 1, кроме того, эти источники могут быть установлены параллельно участку 4 трубопровода 1 в непосредственной близости от него. Таким образом, они устанавливаются так, чтобы обеспечить максимальное взаимодействие стерилизуемой жидкости с испускаемым источниками (излучателями) 7 ультрафиолетовым излучением. На входном участке 2 трубопровода 1 установлен инжектор 8. Всасывающий патрубок 9 инжектора 8 пневматически связан с источником 10 озона. На выходном участке 3 трубопровода 1 установлен сепаратор 11. В прозрачном для ультрафиолетовых лучей участке 4 трубопровода 1 содержится по меньшей мере одно твердое тело 12. Твердых тел 12 может быть не одно, их может быть много. Твердое тело 12 может быть выполнено в виде винтового тела, расположенного вдоль участка 4 трубопровода 1, или множества тел, например цилиндрической формы спиралей, установленных перпендикулярно направлению движения стерилизуемой жидкости. Таким образом, они устанавливаются так, чтобы обеспечить эффективное перемешивание газа и стерилизуемой жидкости, при этом не экранировать внутренние области участка 4 трубопровода 1 от ультрафиолетового излучения. A device for sterilizing a liquid comprises a pipeline 1 (Fig. 1) having an inlet section 2, which serves to supply the sterilized liquid, and an outlet section 3, designed to drain the sterilized liquid, for example, into a collecting container (not shown in Fig. 1). At least one section 4 of the pipeline 1 is made of a material that is transparent to ultraviolet radiation. This section is placed in a casing 5, the inner surface of which is covered with a layer 6 (figure 2) of a material that reflects ultraviolet radiation. Inside the casing 5 installed sources 7 of ultraviolet radiation. Sources 7 (figure 1 and figure 2) of ultraviolet radiation can be of various designs tubular, point, spherical, also tubular, but made in the form of a twisted spiral around a section 4 of the pipeline 1, in addition, these sources can be installed parallel to the section 4 pipeline 1 in the immediate vicinity. Thus, they are installed so as to ensure maximum interaction of the sterilized liquid with the emitted sources (emitters) 7 of ultraviolet radiation. An injector 8 is installed at the inlet section 2 of the pipeline 1. The suction nozzle 9 of the injector 8 is pneumatically connected to the ozone source 10. At the output section 3 of the pipeline 1, a separator 11 is installed. In the UV-transparent section 4 of the pipeline 1 at least one solid body 12 is contained. There may be more than one solid body 12, there can be many of them. The solid body 12 can be made in the form of a screw body located along section 4 of the pipeline 1, or a plurality of bodies, for example, cylindrical spirals mounted perpendicular to the direction of movement of the sterilized liquid. Thus, they are installed in such a way as to ensure effective mixing of the gas and the liquid to be sterilized, while not shielding the inner regions of the portion 4 of the pipeline 1 from ultraviolet radiation.

Поверхность твердого тела 12 может быть покрыта слоем бактерицидного материала, например серебра, циркония. Это повышает стерилизационный эффект. На поверхность твердого тела 12 может быть нанесен слой материала, отражающего ультрафиолетовое излучение. Это снижает потери на поглощение ультрафиолетового излучения. В качестве такого материала покрытия может быть выбрано, например, серебро и другие материалы, обладающие отражающими свойствами по ультрафиолетовому излучению и не влияющие на органолептические свойства стерилизуемой жидкости. The surface of the solid body 12 may be coated with a layer of a bactericidal material, for example silver, zirconium. This increases the sterilization effect. On the surface of the solid body 12, a layer of material reflecting ultraviolet radiation can be applied. This reduces the absorption losses of ultraviolet radiation. As such a coating material, for example, silver and other materials having reflective properties by ultraviolet radiation and not affecting the organoleptic properties of the sterilized liquid can be selected.

Источник 7 ультрафиолетового излучения может быть установлен внутри участка 4 трубопровода 1. Такое расположение источника 7 приближает его к стерилизующей жидкости и увеличивает стерилизующий эффект. The source of ultraviolet radiation 7 can be installed inside the section 4 of the pipeline 1. This arrangement of the source 7 brings it closer to the sterilizing liquid and increases the sterilizing effect.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Подлежащая стерилизации жидкость молоко, различные фруктовые соки или вода поступают на входной участок 2 трубопровода 1 (на фиг.1 направление показано стрелкой А). На входном участке 2 стерилизуемая жидкость диспергируется с помощью инжектора 8 и насыщается озоном, поступающим из источника 10 озона через всасывающий патрубок 9 инжектора 8. При этом частично жидкость стерилизуется. Также в инжекторе 8 стерилизуемая жидкость турбулизуется и поступает на участок 4 трубопровода, где она подвергается воздействию ультрафиолетового излучения, получаемого от источника 7 ультрафиолетового излучения. Проходя между твердыми телами 12, расположенными на участке 4 трубопровода 1, жидкость одновременно с облучением ультрафиолетовым излучением перемешивается. При этом достигается высокая степень стерилизации жидкости, и улучшаются ее органолептические свойства. Однако полученная стерилизованная жидкость содержит в себе много газа в виде газовых пузырьков. Поэтому на выходном участке 3 трубопровода 1 через установленный сепаратор 11 газ отделяется от стерилизованной жидкости и отводится в атмосферу, а стерилизованная жидкость поступает в собирающую емкость (на фиг.1 не показана). The liquid to be sterilized is milk, various fruit juices or water supplied to the inlet section 2 of the pipeline 1 (in Fig. 1, the direction is shown by arrow A). At the inlet section 2, the liquid to be sterilized is dispersed using the injector 8 and is saturated with ozone coming from the ozone source 10 through the suction pipe 9 of the injector 8. In this case, the liquid is partially sterilized. Also in the injector 8, the sterilized liquid is turbulized and flows to the pipe section 4, where it is exposed to ultraviolet radiation received from the ultraviolet source 7. Passing between solids 12 located in section 4 of pipeline 1, the liquid is mixed simultaneously with irradiation with ultraviolet radiation. At the same time, a high degree of sterilization of the liquid is achieved, and its organoleptic properties are improved. However, the resulting sterilized liquid contains a lot of gas in the form of gas bubbles. Therefore, at the outlet section 3 of the pipeline 1, through the installed separator 11, the gas is separated from the sterilized liquid and discharged into the atmosphere, and the sterilized liquid enters the collecting container (not shown in Fig. 1).

Таким образом описанный способ стерилизации жидкости и устройство для его осуществления обеспечивают глубокую стерилизацию жидкости, например молока. Устройство для стерилизации жидких пищевых продуктов может быть выполнено из простых известных блоков, а именно инжектора 8, излучателей 7 типа ртутных бактерицидных ламп и газоотводника, представляющего собой аналог применяемых в теплоснабжении стандартных автоматических воздухоотводчиков, а в качестве источника 10 озона служит воздух, подвергнутый облучению ультрафиолетовыми лучами непосредственно в кожухе 5 стерилизационного блока. Устройство устанавливается, например, в линии молокопровода и питается от сети. Thus, the described method of sterilizing a liquid and a device for its implementation provide deep sterilization of a liquid, such as milk. The device for sterilization of liquid food products can be made of simple known blocks, namely, injector 8, emitters 7 of the type of mercury germicidal lamps and a gas vent, which is an analogue of standard automatic air vents used in the heat supply, and the air 10 subjected to ozone is irradiated with ultraviolet radiation rays directly in the casing 5 of the sterilization unit. The device is installed, for example, in the milk line and is powered from the network.

В установке отсутствуют какие-либо механически взаимодействующие детали, что позволяет определять работоспособность устройства только надежностью излучателей 7. Но установка излучателей 7 в кожухе 5 выполнена конструктивно так, что замена вышедшего из строя излучателя 7 возможна на месте эксплуатации установки. Соединительные участки трубопровода 1 между блоками и часть деталей блоков выполнены из пищевого полиэтилена, это позволяет значительно снизить металлоемкость. Кроме того, диспергирование, турбулизация стерилизуемой жидкости в инжекторе 8 и перемешивание в блоке облучения позволяют значительно сократить число источников 7 ультрафиолетового излучения и их мощность, тем самым снизить энергозатраты на стерилизацию жидкости по сравнению с существующими способами и устройствами. The installation does not have any mechanically interacting parts, which allows to determine the operability of the device only by the reliability of the emitters 7. But the installation of the emitters 7 in the casing 5 is made constructively so that the replacement of the failed emitter 7 is possible at the installation site. The connecting sections of the pipeline 1 between the blocks and part of the parts of the blocks are made of food-grade polyethylene, this can significantly reduce the metal consumption. In addition, the dispersion, turbulization of the sterilized liquid in the injector 8 and mixing in the irradiation unit can significantly reduce the number of sources of ultraviolet radiation 7 and their power, thereby reducing energy costs for sterilizing the liquid in comparison with existing methods and devices.

Все это определяет дешевизну установки и доступность для большого числа потребителей. Небольшой вес установки (не более 40 кг) и незначительные габаритные размеры обеспечивают ее высокую мобильность. Она может быть использована как в небольших фермерских хозяйствах, так и в более крупных сельскохозяйственных предприятиях. All this determines the cheapness of the installation and availability for a large number of consumers. The small weight of the installation (no more than 40 kg) and small overall dimensions ensure its high mobility. It can be used both in small farms and in larger agricultural enterprises.

Кроме того, следует отметить, что такая стерилизация ультрафиолетовым излучением полностью сохраняет витаминный состав молока, фруктовых соков, более того, при стерилизации молока под воздействием ультрафиолетовых лучей в нем генерируется дополнительное количество витамина Д важнейшего биологически активного вещества, используемого в профилактике рахита. Введение в молоко озона позволяет избавить молоко от неприятных запахов, например силосного, что значительно улучшает органолептические свойства молока. In addition, it should be noted that such a sterilization with ultraviolet radiation completely preserves the vitamin composition of milk, fruit juices, moreover, when sterilizing milk under the influence of ultraviolet rays, it generates additional vitamin D of the most important biologically active substance used in the prevention of rickets. The introduction of ozone into milk allows you to save milk from unpleasant odors, such as silage, which significantly improves the organoleptic properties of milk.

Claims

1. A method of sterilizing a liquid, including its irradiation with ultraviolet radiation, characterized in that the sterilized liquid is dispersed, saturated with ozone and turbulized, after which it is mixed and simultaneously irradiated with ultraviolet radiation.

2. The method according to p. 1, characterized in that at the same time as ozone, a sterile gas or a mixture of gases is introduced into the sterilized liquid.

3. A device for sterilizing a liquid, comprising a conduit having an inlet portion, an outlet portion and at least one portion made of a material transparent to ultraviolet radiation, enclosed in a casing with sources of ultraviolet radiation and with a reflective inner surface, characterized in that it equipped with an injector installed in the inlet section of the pipeline, the suction pipe of which is pneumatically connected to an ozone source, and a separator installed in the outlet section of the pipeline a.

4. The device according to p. 3, characterized in that it contains at least one solid in the pipeline, made of a material transparent to ultraviolet radiation.

5. The device according to p. 4, characterized in that the surface of the solid is covered with a layer of bactericidal material.

6. The device according to p. 4 or 5, characterized in that the surface of the solid is covered with a layer of material that reflects ultraviolet rays.

7. The device according to p. 3, or 4, or 5, or 6, characterized in that the ultraviolet radiation sources are located inside the pipeline section made of a material transparent to ultraviolet radiation.