SK287718B6 - Method and apparatus for disinfecting a product by surface treatment thereof - Google Patents

Description

Vynález sa týka spôsobu dezinfekcie výrobku jeho povrchovým spracovaním parou kvapaliny, výhodne vodnou parou, a zvukom, výhodne ultrazvukom, ktoré sa aplikujú na povrch výrobku.

Keď sa spracúvajú a následne balia potravinové výrobky, je žiaduce usmrtiť choroboplodné zárodky, ako sú spóry, mikroorganizmy a podobne, ktoré sú prítomné na povrchu potravinových výrobkov a na iných pevných povrchoch. Je známe, že na účely usmrtenia choroboplodných zárodkov sa potraviny spracúvajú tepelne. Ale takéto tepelné spracovanie obyčajne spôsobuje nechcené zmeny v príchuti a textúre spracúvanej potraviny a v najhoršom prípade môže potravinu pokaziť. Tiež je známe, že sa z povrchu výrobku odstraňujú nečistoty jeho spracovaním ultrazvukom.

Doterajší stav techniky

Japonská zverejnená špecifikácia č. JP-0714 3999A opisuje sterilizačné zariadenie, v ktorom sa nástroje, ktoré sa majú sterilizovať, najprv vystavia ultrazvuku a potom sa autoklávujú pomocou vysokotlakovej pary a nakoniec sa ožiaria ultrafialovým svetlom. Tento princíp však nie je vhodný na spracovanie potravín, okrem iného kvôli vysokým teplotám, ktoré sa používajú počas procesu autoklávovania.

Ďalej, EP 0711566A1 opisuje spôsob a zariadenie na odstraňovanie choroboplodných zárodkov zo zubárskych nástrojov. Toto zariadenie využíva rôzne princípy na ničenie zárodkov, napríklad pôsobenie prúdmi pary, horúcim vzduchom, ultrazvukovým kúpeľom, elektromagnetickým žiarením atď. Toto zariadenie však nie je vhodné na spracovanie potravín, pretože pri mnohých navrhovaných metódach spracúvané výrobky absorbujú príliš veľké množstvá tepla.

Navyše je známe, že sa povrch napríklad potravinárskych výrobkov zahrieva pomocou pary, aby sa choroboplodné zárodky usmrtili. Ale, aby sa dosiahol požadovaný usmrcovací účinok, najkrajnejšie vonkajšie vrstvy spracúvanej potraviny sa poškodia v dôsledku nadmernej expozície.

Ďalej je známe z ruského patentu č. 2000058, že sa tekuté potravinové výrobky sterilizujú pomocou pary a ultrazvuku. Potravina sa vloží do nádoby a vrstva tekutej potraviny sa vytvorí odstredivou silou. Para sa dodá k potravine z vnútorného povrchu nádoby. Para sa vstrekuje cez viaceré dýzy, pričom sa v tekutej potravine vyvolávajú ultrazvukové oscilácie. Počas kondenzácie pary dochádza ku kavitácii. Použitie tohto spôsobu spracovania je obmedzené z radu príčin: - je vhodný len pre tekuté potravinové výrobky - je potrebná odstredivka, a - v dôsledku kondenzácie vodnej pary sa do potraviny dodáva voda. Tomuto typu kondenzácie sa výhodne vyhneme.

WO 00/01255 opisuje spôsob a zariadenie na spracovanie tekutiny alebo materiálu v nej akustickou energiou. Zariadenie pracuje na princípe, že by malo dochádzať ku kondenzácii a akustická energia sa uvoľňuje vyvolávaním kavitácie. Keď párové dutiny implodujú, vzniká akustická energia.

Cieľom vynálezu je poskytnúť spôsob dezinfekcie výrobku, ktorý je vhodný na účinné ničenie choroboplodných zárodkov na povrchu výrobku bez vnesenia príliš veľa tepla do výrobku.

Podstata vynálezu

Cieľ bol dosiahnutý spôsobom dezinfekcie a/alebo zahriatia výrobku jeho povrchovým spracovaním parou kvapaliny, výhodne vodnou parou, a zvukom, výhodne ultrazvukom, ktoré sa pustia na povrch výrobku, podstatou ktorého je, že ultrazvuk sa generuje bez vyvolania kavitácie a súčasne s vypúšťaním pary a jej privedením k oscilovaniu s frekvenciou v ultrazvukovej oblasti s takým vysokým akustickým tlakom, že migrácia jednotlivých molekúl presiahne rozmery baktérií alebo zárodkov, ktoré sa majú usmrtiť.

Ultrazvuk v pare teda vyvolá také vysoké oscilácie a rýchlosti častíc, že molekuly vody sú striedavo pumpované do výrobku a z povrchu výrobku. V dôsledku toho:

1. Energia sa dodáva vo forme pary.

2. Parná zóna okolo výrobku sa kontinuálne odstraňuje, aby sa zabránilo kondenzácii a separácii.

3. Prírodné mikroštruktúry v povrchu nebránia pare, aby dosiahla všetky zárodky.

To spôsobuje, že:

1. Povrch výrobku sa zahreje na teplotu pary oveľa rýchlejšie, než keby bolo teplo vedené cez vzduchovú zónu obklopujúcu výrobok.

2. Zárodky, skryté v prirodzených dutinách a spórach, sa zahrejú bez veľkého ovplyvnenia potraviny samotnej.

Počas spracovania teplota vnútri výrobku klesá ako funkcia hĺbky. To tiež platí pre choroboplodné zárodky na povrchu. V biologických výrobkoch sú zárodky typicky niekoľkokrát menšie, než je veľkosť buniek vo výrobku. To znamená, že zárodky dosiahnu teplotu v jadre presahujúcu 70 °C v čase, v ktorom teplotný gradient premkol len zopár mikrometrov do povrchových buniek výrobku.

Po následnom dokončení spracovania sa množstvo energie, absorbované bunkami výrobku, samo rozdelí a vedie k celkovému zahriatiu výrobku. Pretože objem buniek výrobku presahuje objem zárodkov, celkové množstvo tepla, vyvolané počas spracovania, je veľmi malé a teda neškodné pre výrobok. Čas spracovania je relatívne krátky, výhodne len zopár sekúnd.

V zvlášť výhodnom uskutočnení vynálezu sa ultrazvuk generuje tým, že sa para vedie cez zariadenie na generovanie ultrazvuku a spôsobí sa, že osciluje pri frekvencii v ultrazvukovej oblasti pri takom vysokom akustickom tlaku, že migrácia jednotlivej molekuly presiahne rozmer baktérie alebo zárodku, ktorý sa má usmrtiť.

Zariadenie na generovanie ultrazvuku môže napríklad tvoriť prúd pary a dutina.

Vynález sa ďalej týka dezinfekčného zariadenia na uskutočnenie tohto spôsobu, ktoré zahrnuje parné zariadenie na ničenie zárodkov na povrchu tuhého výrobku, najmä tuhého potravinového výrobku, pričom uvedené parné zariadenie má najmenej jeden priechod na paru a otvor.

Dezinfekčné zariadenie sa vyznačuje tým, že dutina je vytvorená v blízkosti otvoru, ktorý je prispôsobený na to, aby pri použití bol zásobovaný prúdom vodnej pary pod relatívne vysokým tlakom cez priechod na paru, pričom vodná para, rozptýlená z otvoru, sa privedie k osciláciám s frekvenciou, určenou dutinou. Výsledkom toho je zvlášť výhodné dezinfekčné zariadenie.

Vynález podrobnejšie opíšeme ďalej s odkazom na priložené výkresy.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obr. 1 znázorňuje rozptyľovanie prúdu pary z parného zariadenia dezinfekčného zariadenia podľa tohto vynálezu, obr. 2 znázorňuje uskutočnenie parného zariadenia vo forme diskovej dýzy tvaru disku, obr. 3 je pohľad v reze pozdĺž priemeru parného zariadenia z obr. 2, obr. 4 znázorňuje parné zariadenie, tvarované ako predĺžené teleso, obr. 5 znázorňuje parné zariadenie rovnakého typu ako na obr. 4, tvarované ako uzavretú krivku, a obr. 6 znázorňuje parné zariadenie rovnakého typu ako na obr. 4, tvarované ako otvorenú krivku.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Dezinfekčné zariadenie, znázornené na obr. 1, na uskutočnenie spôsobu podľa tohto vynálezu zahrnuje parné zariadenie I, tvarované ako takzvaná disková dýza tvaru disku, ktorá zahrnuje vonkajšiu časť 5 a vnútornú časť 6, ktorá je znázornená na obrázku v pohľade v reze. Tlaková voda prechádza z parnej komory 10 cez priechod 3 na paru, určený vonkajšou časťou 5 a vnútornou časťou 6, k otvoru 2, z ktorého sa para vypúšťa v prúde proti dutine 4, vytvorenej vo vnútornej časti 6. Para môže byť vytvorená z destilovanej alebo demineralizovanej vody. Ak je tlak pary dostatočný, vznikajú v pare, dodávanej do dutiny 4, vysoké oscilácie s frekvenciou, určenou rozmermi dutiny 4. Prispôsobením rozmerov dutiny 4 napríklad tak, aby jej vlastná akustická frekvencia bola v rozsahu medzi 20 kHz a 25 kHz, parné zariadenie 1 bude generovať akustické oscilácie z otvoru 2 za predpokladu, že tlak pary je dostatočne vysoký. Ďalšie zvýšenie tlaku pary nezmení významne frekvenciu, ale akustický tlak, vytváraný parným zariadením 1, sa značne zvýši. Parné zariadenie typu, aký je znázornený na obr. 1, je schopné generovať ultrazvukové akustické tlaky až do 160 dB_SPL pri tlaku pary asi 0,404 MPa (4 atmosféry). Parné zariadenie i môže byť vyrobené z mosadze, hliníka alebo nehrdzavejúcej ocele vo vhodnom nehrdzavejúcom materiáli alebo v akomkoľvek inom dostatočne tvrdom materiáli. Materiál len musí vydržať akustický tlak a teplotu, ktorým je parné zariadenie vystavené počas používania. Spôsob prevádzky je tiež znázornený na obr. 1, na ktorom je rozptýlená para 7 privedená k osciláciám dutinou 4. Rozptýlená, oscilujúca para je nasmerovaná na podložený dopravník 9, na ktorom sú usporiadané výrobky 8, napríklad potravinové výrobky, ktoré sa majú dezinfikovať. Výrobky 8 sa dopravujú vopred určenou rýchlosťou, zodpovedajúcou požadovanému stupňu dezinfekcie. Vypúšťaná oscilujúca para sa voliteľne môže použiť na dezinfikovanie semien.

Voliteľné uskutočnenie parného zariadenia podľa tohto vynálezu, t. j. takzvaná disková dýza, je znázornené na obr. 2. Parné zariadenie 1 zahrnuje prstencovú vonkajšiu časť 5 a valcovú vnútornú časť 6, do ktorej je vyhĺbená prstencová dutina 4. Cez prstencový priechod 3 na paru sa para môže rozptýliť do prstencového otvoru 2, z ktorého sa môže viesť k dutine 4. Vonkajšia časť 5 môže byť nastaviteľná vzhľadom na vnútornú časť 6, napríklad vytvorením závitu alebo iného nastavovacieho zariadenia (neznázomené) v spodku vonkajšej časti 5, ktorá ďalej môže zahrnovať pripevňovacie prostriedky (neznázomené) na zafixovanie vonkajšej časti 5 vzhľadom na vnútornú časť 6, keď sa dosiahla požadovaná vzdialenosť medzi nimi. Výhodné rozmery parného zariadenia, znázorneného na obr. 2, môžu byť napríklad pre vonkajší priemer vonkajšej časti 5 80 mm, pre vnútorný priemer obruby otvoru 2 asi 22 mm, priemer vrcholu vnútornej časti 6, v ktorej je vytvorená dutina 4, asi 15 mm, a dutina 4 môže mať vnútorný priemer asi 10 mm a šírku v rozsahu od 1,5 do 2 mm. Takéto parné zariadenie generuje frekvenciu asi 19 kHz pri tlaku pary 0,404 MPa (4 atmosféry). Molekuly pary sú teda schopné migrovať až do 36 pm asi 19 000-krát za sekundu pri maximálnej rýchlosti 4,5 m/s. Tieto hodnoty sú sem zahrnuté len na to, aby nám poskytli predstavu o veľkosti a proporciách parného zariadenia a v žiadnom prípade neobmedzujú znázornené uskutočnenie.

Obr. 3 je pohľad v reze na parné zariadenie i z obr. 2 tak, aby jasnejšie ukázal tvar otvoru 2, priechod 3 na paru a dutinu 4. Ďalej je zrejmé, že otvor 2 je prstencový. Priechod 3 na paru a otvor 2 sú určené v podstate prstencovitou vonkajšou časťou 5 a valcovou vnútornou časťou 6, ktorá je v nej usporiadaná. Prúd pary, vypustený z otvoru 2, zasiahne v podstate obvodovú dutinu 4, vytvorenú vo vnútornej časti 6, a potom vystúpi z parného zariadenia 1. Ako sme predtým uviedli, vonkajšia časť 5 určuje vonkajšok priechodu 3 pre paru a je ďalej zošikmená pod uhlom asi 30° pozdĺž vonkajšieho povrchu jej vnútorného obvodu, tvoriac otvor parného zariadenia, z ktorého sa pri rozptyľovaní môže šíriť prúd pary. Spolu so zodpovedajúcim zošikmením asi 60° na vnútornom povrchu vnútorného obvodu uvedené zošikmenie tvorí obvodovú hranu s ostrým uhlom, ktorá určuje otvor 2 z vonkajšej strany. Vnútorná časť 6 má zošikmenie asi 45° na svojom vonkajšom obvode, smerujúcom k otvoru a vnútorne určujúcom otvor 2. Vonkajšia časť 5 sa dá nastaviť vzhľadom na vnútornú časť 6, čím sa dá nastaviť tlak prúdu pary, zasahujúceho dutinu 4. Vrch vnútornej časti 6, v ktorom je vyhĺbená dutina 4, je tiež zošikmený pod uhlom asi 45°, aby sa oscilujúcemu prúdu pary umožnilo rozpínať sa pri otvore parného zariadenia.

Ako voliteľné uskutočnenie parného zariadenia dezinfekčného zariadenia je na obr. 4 znázornené predĺžené teleso 1 tvaru koľajnice, pričom uvedené teleso je funkčne ekvivalentné uskutočneniam, znázorneným na obr. 1 a 2. V tomto uskutočnení vonkajšia časť zahrnuje dve samostatné časti 5a a 5b tvaru koľajnice, ktoré spolu s vnútornou časťou 6 tvaru koľajnice tvoria parné zariadenie L Dva priechody 3a a 3b na paru sú vytvorené medzi dvoma časťami 5a a 5b vonkajšej časti 5 a vnútornou časťou 6. Každý z uvedených priechodov na paru má otvor 2a, 2b, vedúci paru, vypustenú z priechodov 3a a 3b pre paru, k dvom dutinám 4a, 4b. vytvoreným vo vnútornej časti 6. Jednou výhodou tohto uskutočnenia je, že teleso tvaru koľajnice je schopné pokryť oveľa väčšiu plošnú oblasť než kruhové teleso. Ďalšou výhodou tohto uskutočnenia je, že parné zariadenie sa môže vyrobiť z pretláčaného hliníka, čím sa znížia náklady na materiál.

Uskutočnenie, ktoré je znázornené na obr. 4, nemusí byť priamočiare. Obr. 5 znázorňuje teleso 1 tvaru koľajnice, vytvarované ako tri kruhové, samostatné prstence. Vonkajší prstenec určuje najkrajnejšiu vonkajšiu časť 5a, stredný prstenec určuje vnútornú časť 6 a vnútorný prstenec určuje najkrajnejšiu vonkajšiu časť 5b. Tieto tri časti parného zariadenia spolu tvoria prierez, ako je znázornený v uskutočnení na obr. 4, pričom vo vnútornej časti sú vytvorené dve dutiny 4a a 4b a priestor medzi najkrajnejšou vonkajšou časťou 5a a vnútornou časťou 6 určuje vonkajší priechod 3a na paru a vonkajší otvor 2a, a priestor medzi vnútornou časťou 6 a najvnútornejšou vonkajšou časťou 5b určuje vnútorný priechod 3b a vnútorný otvor 2b. Toto uskutočnenie parného zariadenia je schopné pokryť veľmi veľkú plochu naraz a teda spracovať povrch veľkých výrobkov, ako sú potravinové výrobky, napríklad celé syry, veľké zeleniny alebo rozpolené kostry.

Ako je znázornené na obr. 6, je tiež možné vytvoriť parné zariadenie tohto typu ako otvorenú krivku. V tomto uskutočnení zodpovedajú funkčné časti častiam, znázorneným na obr. 4, a ďalšie detaily vyplývajú z tejto časti opisu, čo je dôvod, prečo naň odkazujeme. Parné zariadenie, tvarované ako otvorená krivka, je použiteľné tam, kde sa majú choroboplodné zárodky odstrániť z povrchov nezvyčajne tvarovaných výrobkov. Predpokladá sa systém, v ktorom sú v dezinfekčnom zariadení podľa tohto vynálezu usporiadané viaceré parné zariadenia, tvarované ako rôzne otvorené krivky, a používajú sa v širokom rozsahu rôznych aplikácií.

Vo všeobecnosti sa dezinfekčné zariadenie môže použiť v spojení s parou kvapaliny, nie nevyhnutne vodnou parou. Dezinfekčné zariadenie sa napríklad môže použiť v spojení s alkoholom. V tomto prípade sa ku kvapaline môžu pridať rôzne prísady, voliteľne plynné prísady.

Hoci dezinfekčné zariadenie podľa tohto vynálezu je už opísané s odkazom na dezinfekciu povrchu potravinových výrobkov, vynález sa neobmedzuje na toto použitie. Príklady ďalších možných aplikácií vynálezu zahrnujú dezinfekciu tkanivových vzoriek, dezinfekciu chirurgických nástrojov, povrchovú aktiváciu výrobkov v spojitosti s technológiami chemických procesov a farmaceutickým priemyslom alebo čistením obalov na potraviny pred ich použitím.

Vynález sa ďalej môže použiť na bitúnkoch, pri výrobe potravín vo všeobecnosti, v čistých miestnostiach, v biotechnologických laboratóriách a v budovách živočíšnej výroby atď.

Zariadenie nie je nevyhnutne stacionárne, môže to tiež byť mobilná jednotka.

Claims (14)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zariadenie na dezinfekciu, zahrnujúce parné zariadenie (1) na ničenie zárodkov na povrchu tuhého výrobku, najmä tuhého potravinového výrobku, kde parné zariadenie (1) má najmenej jeden priechod (3) na paru a otvor (2), vyznačujúce sa tým, že v blízkosti otvoru (2) je vytvorená dutina (4), ktorá je prispôsobená na dodávanie do nej prúdu vodnej pary pod tlakom cez priechod (3) na paru, na privedenie vodnej pary vypúšťanej z otvoru (2) k oscilovaniu s frekvenciou, výhodne ultrazvukovou frekvenciou určenou dutinou (4), a že parné zariadenie (1) zahrnuje vonkajšiu časť (5), ktorej vnútorná stena určuje vonkajšiu stenu priechodu na paru a vnútornú časť (6), ktorá určuje vonkajšiu stenu priechodu (3) na paru a tiež určuje otvor (2), pričom dutina (4) je vytvorená v blízkosti uvedeného otvoru.
2. 2. Zariadenie na dezinfekciu podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že dutina (4) je nastaviteľné vzdialená od otvoru (2) parného zariadenia (1).
3. 3. Zariadenie na dezinfekciu podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že dutina (4) je usporiadaná v blízkosti otvoru (2) a voliteľne je s ním vytvorená integrálne.
4. 4. Zariadenie na dezinfekciu podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž 3, vyznačujúce sa tým, že vonkajšia časť (5) a vnútorná časť (6) sú proti sebe navzájom zafixované, a vytvárajú priechod (3) na paru na privedenie pary k dutine (4).
5. 5. Zariadenie na dezinfekciu podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž 4, vyznačujúce sa tým, že v spojení s dutinou (4) je parné zariadenie (1) Hartmannov generátor, parná dýza alebo disková dýza.
6. 6. Zariadenie na dezinfekciu podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž 5, vyznačujúce sa tým, že parné zariadenie je tvarované ako teleso tvaru disku.
7. 7. Zariadenie na dezinfekciu podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúce sa tým, že parné zariadenie je tvarované ako teleso tvaru koľajnice.
8. 8. Spôsob dezinfekcie tuhého výrobku jeho povrchovým spracovaním parou kvapaliny, výhodne vodnou parou, a zvukom, výhodne ultrazvukom, ktoré sa pustia na povrch výrobku, vyznačujúci sa tým, že sa generuje ultrazvuk súčasne s vypúšťaním pary a para sa privedie k oscilovaniu s frekvenciou v ultrazvukovej oblasti s takým vysokým akustickým tlakom, že migrácia jednotlivých molekúl presiahne rozmery baktérií alebo zárodkov, ktoré sa majú usmrtiť, pričom para sa nasmeruje a privedie do kontaktu s tuhým výrobkom.
9. 9. Spôsob podľa nároku 8, vyznačujúci sa tým, že ultrazvuk sa generuje bez vyvolania kavitácie.
10. 10. Spôsob podľa nároku 8, vyznačujúci sa tým, že súčasné generovanie ultrazvuku sa vyvoláva vedením pary cez zariadenie na generovanie ultrazvuku, spôsobujúce osciláciu pary s frekvenciou v ultrazvukovej oblasti.
11. 11. Spôsob podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že súčasné generovanie ultrazvuku je dosiahnuté vedením pary vo forme prúdu cez dutinu (4) zariadenia na generovanie ultrazvuku.
12. 12. Spôsob podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že zariadenie na generovanie ultrazvuku je tvorené píšťalou na generovanie pary a ultrazvuku.
13. 13. Spôsob podľa nárokov 8 až 12, vyznačujúci sa tým, že čas spracovania je krátky, výhodne zopár sekúnd.
14. 14. Spôsob dezinfekcie výrobku jeho povrchovým spracovaním, vyznačujúci sa tým, že sa použije zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7.