杀菌反应器和方法
【专利说明】杀菌反应器和方法发明领域
[0001]本发明涉及一种减少液体中微生物数量的系统和方法；更具体地，本发明涉及一种利用液体压力和/或温度的变化来杀死微生物、例如细菌或抑制其生长的系统和方法。上述系统和方法可被用于任何工业、例如食品或医药工业中的液体产品或物质。
【背景技术】
[0002]已知一种液体产品热处理的方法，其目的是消灭或减少有害微生物(以下也简记为微生物)的数量，其中，通过将液体产品和热介质(例如无菌水蒸汽)混合，从而加热上述液体产品，在确保巴氏消毒或杀菌的温度下进行保持来杀死微生物。
[0003]该已知方法的一个缺点是:在产品冷却的过程中，当蒸汽凝结时上述液体产品与水混合。这样会使产品质量平均增加约30%，因此需要除水。上述除水通常需要附加的设备、处理步骤、时间和成本。上述已知方法的另一缺点是:因为产品升高的温度导致维生素的破坏和蛋白质凝固，所以巴氏消毒后产品的质量和味道有可能变差。
[0004]另一种已知的方法具有相似的技术特征，其中，将液体产品与冷凝蒸汽的加热介质混合，在巴氏消毒时以约1400°C /秒以上的速率、且在杀菌时以约7600°C /秒的速率加热上述液体介质，且使加热温度不超过液体产品发生质变的温度(该质变和温度对本领域技术人员而言是已知的)。该产品被分散为直径不超过0.3mm的液滴(该过程在俄罗斯专利第2052967号中被公开，该专利中与本申请的内容没有抵触的内容作为参考文献纳入本申请中)。该方法促进上述液体产品的高效热处理，充分杀死微生物并且对上述液体产品的性质方面没有不利影响，因为该方法提高了加热上述液体产品的速率并且仅在短时间内将上述产品保持于高温。上述液体产品仅被加热至低于不会引起上述液体产品发生质变的温度。上述方法在巴氏消毒装置中实施，该巴氏消毒装置包括:液体产品分散器、巴氏消毒室、蒸汽喷嘴、蒸汽发生器、冷却室和真空栗。
[0005]上述方法的缺点在于，其没有排除将产品和蒸汽冷凝水混合，这会严重影响包括例如非冷冻浓缩(“NFC”)果汁和乳制品在内的液体产品的感官和物理化学性质(例如味道、气味、颜色和稠度)的稳定性，并且不能保证对耐热性微生物的必需的破坏。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于创造一种提尚液体广品的感官和物理化学性质的稳定性的尚效液体产品压力和/或温度处理方法和装置。已经发现，在反应器内腔的实质上平行的经加热的表面之间提供液体的扁平液流(或“扁平喷雾”)，会提高上述处理方法和系统的效能和生产能力，并且与相关装置和方法相比，可降低总营运成本。
[0007]根据本发明的各实施方式，用于杀菌、处理、巴氏消毒和/或另外的减少液体、例如液体食品中的微生物的数量的反应器包括:内腔，该内腔优选由两个实质上平行的表面(以下同样，术语“平行”表示实质上平行)限定；上述内腔的进入口 ；用于对上述各个平行表面加热的一个或多个加热源；以及位于上述内腔的上述进入口处的喷嘴，该喷嘴向上述平行的表面之间的上述内腔内供给上述液体的扁平喷雾。上述平行的表面和内腔优选为垂直取向，如此，上述液体喷雾在处理过程中实质上保持在上述表面之间。上述反应器还可以包括用于降低上述内腔的压力的栗、和用于导入加热介质(例如蒸汽或热空气)的一个或多个端口。
[0008]根据本发明的多个方面，反应器可包括两个以上的经加热的、平行的表面。在该情况下，内腔可被限定在每两个相邻的平行的表面之间，并且至少一个产生液体的扁平液流的喷嘴位于各内腔的进入口。根据这些实施方式的各个方面，上述内表面优选以垂直配置进行取向，如此使得液体的扁平喷雾流动至上述内表面之间的上述内腔内，并且与上述内表面实质上平行。根据其他方面，一个或多个喷嘴将扁平喷雾导入各进入口，优选导入各内腔的中央。
[0009]根据本发明，反应器还可以进一步包括用于收集处理后的液体的储液器。在一个优选的实施方式中，上述储液器位于上述反应器的底部。
[0010]此外，本发明的另一个方面是喷嘴，该喷嘴将流体的大致圆柱形的液流转换为扁平液流。上述喷嘴优选包括用于将液流由圆柱形或圆锥形液流转换为进入上述平行的内部表面之间的内腔的扁平喷雾的内部结构(例如，扁平的圆盘形的板)。在一个特别优选的实施方式中，沿一方向流动的上述液体的圆柱形液流被转换为沿另一方向行进的扁平液流。
[0011]根据本发明的其他实施方式，用于处理(例如巴氏消毒、杀菌或减少微生物的数量)液体、例如液体食品的方法包括:准备具有优选在两个平行的表面之间的腔室的反应器；在上述腔室中形成真空，对上述两个平行的表面进行加热；以及将液体的扁平喷雾导入上述平行的表面之间的上述腔室。根据这些实施方式的示例性的多个方面，上述两个平行的壁被加热至实质上相同的温度，以便将通过上述内腔的液体均匀地加热。根据其他多个方面，进入上述喷嘴的液体与进入上述内腔的液体的压降优选在约15帕/秒?10 1(]帕/秒之间变化。根据其他的多个方面，上述方法优选包括将上述液体分散为液滴(优选分散成直径不超过约0.3mm的液滴)，并且使上述液体处于约15帕/秒、或10 5帕/秒?10 10帕/秒、或约101°帕/秒、或其以上的压力变化速率。根据其他的多个方面，上述液滴离开上述喷嘴的速度可以为约15米/秒以上，并且在上述液体离开上述喷嘴而分散至上述内腔时产生上述压降。通过使用上述喷嘴将上述液体分散，上述液体可在一定压力下保持于上述喷嘴的一侧(该压力是可测和可控的，优选通过使用栗)，并且在上述液体被分散至上述喷嘴的另一侧的内腔中时释放。上述反应器内的上述压力也可以进行调节，如果进行调节，可通过使用真空栗来调节上述压力。
[0012]根据本文所述的示例性装置和方法的多个方面，可以将上述液体产品暴露于额外加热。若如此，上述额外加热可以在分散上述液体产品时在上述反应器的腔或室内进行，并且通过利用过热的蒸汽或其他任何合适的加热方法或介质(其他选择包括超声频、红外光和热空气)来完成。如果使用蒸汽或其他介质，该蒸汽或其他介质可以通过单独的端口被导入上述室内，并且其传送方向与上述液体产品相同或相反，或者是任意方向。此外，加热上述液体产品的速率优选不超过1100°C /秒，但是只要能充分杀死所需数量的微生物以及不将上述液体产品加热至严重影响其质的属性的温度，就可以使用任意的加热速率。
[0013]在其他实施方式中，上述内腔被保持于约48 °C?82 °C之间，优选约50 °C?75 °C之间，最优选约56°C?72°C。这些温度最好是低于液体HTST巴氏消毒所需的加热。在一些优选的实施方式中，上述液体进入上述喷嘴之前的温度比上述液体进入内腔时的温度低大约 10°C?20°C。
[0014]本发明的一个实施方式还包括一个喷嘴，其用于将在第一方向上流动的高压圆柱形或圆锥形的液体液流转换为在第二方向上流动的液体的扁平液流。上述喷嘴包括:在第一末端的入口、锥形末端、它们之间的导管、和靠近上述锥形末端的内部结构，该内部结构通常为扁平、且包括开孔以用于将来自上述锥形末端的液体形成为扁平喷雾。上述第二方向可以与上述第一方向垂直。
[0015]本发明提供一种在感官或物理化学性质上没有显著改变的高效的、高成本效益的处理方法和装置。
[0016]附图简述
[0017]结合附图进一步描述本发明的示例性实施方式，附图中:
[0018]图1显示本发明的示例性实施方式中的用于处理液体的反应器；
[0019]图2显不图1中显不的反应器的一部分；
[0020]图3显示本发明的其他实施方式中的用于处理液体的喷嘴；及
[0021]图4示出本发明的其他实施方式中的处理液体的方法。
[0022]应理解，这些图不一定按比例绘制。例如，附图中某些要素的尺寸可以相对其它要素放大，有助于更好地理解本发明的这些说明性实施方式。
[0023]优选实施方式详述
[0024]下面提供的本
【发明内容】
的示例性实施方式的描述只是示例性的，且只用于举例说明；下面的描述无意于限制本文公开的发明的范围。
[0025]如下文更详细的描述，示例性的反应器和方法可被用于处理液体、例如食品，以高成本效益和有效的方式巴氏消毒、杀菌或减少液体中的微生物的数量。与相似的处理装置和方法相比，上述的反应器和方法具有相对较高的生产能力，这是因为以下描述的上述装置和方法被配置成高效地加热液体的扁平液流。通过将反应器的壁制得平坦且在它们之间形成内腔，与目前的通常大的、开口式容器的反应器相比，在一定的体积内能形成更多的内腔。此外，因为上述反应器的上述内表面优选实质上平行，并且欲进行处理的液体的扁平喷雾优选被导入上述内表面之间，所以来自上述内表面的热会更有效地加热上述液体。作为一个示例，如果现有的反应器具有房间尺寸的体积，在相同的空间内可以容纳许多基于本发明的多个方面的反应器，并且在相同的空间内在规定的期间能处理更多的液体。
[0026]本文中描述的反应器和方法可被用于处理各种液体，且特别适合用于处理食品、例如乳制品、非冷冻浓缩果汁等。本文中所用的“扁平液流”或“扁平喷雾”表示实质上为平面的喷雾。举例来说，上述喷雾在第一方向上可以是实质上的平面，并且上