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CN1245663A - 降低液体制品中微生物活力的连续方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种利用液化二氧化碳高压流降低液体制品中微生物和/或酶活力的连续方法。将液化二氧化碳流和液体制品的高压流相混合。流动区域的压力和温度保持在足以使二氧化碳维持在连续的液体状态但不使液体制品冰冻的水平,二氧化碳和液体制品的高压混合物以足够的时间流过一个反应区以减少有害的微生物和/或使不希望有的酶失去活力,随后进入多个膨胀阶段,在其中混合物流的压力充分地降低使二氧化碳气化以便由液体制品中分离。在膨胀阶段的至少某些阶段进行加热以防止混合物流冷却到液体制品的冰点。可加热以控制液体制品的温度使其不超过出现有害效果的温度。

Description

降低液体制品中微生物活力的连续方法与装置
本发明涉及一种用以处理液体的方法和装置，以降低其中的微生物和/或酶活力，特别地，涉及利用高压二氧化碳降低微生物和/或酶活力。
有许多用于改善液体制品如橘子汁，苹果汁，牛奶，乳胶漆，花生酱，汤等的储存期限的方法。
在商业上，热处理方法如低温灭菌法是用来改善液体食品储存期限的主要的方法。超高压处理也可用在液体食品中，但不经常使用。
在高压处理设备中，受微生物污染的液体以静水压力方式增压以消灭大部分的细菌。在这种系统中，所生成的压力等于或超过30,000磅/英寸2。但这种静水压力处理不能破坏酶，由于压力很高而因不安全，历时较长，是分批的而不是连续的，而且由于所需设备的高基本投资而是昂贵的。
为延长液体储存期限的其它方法包括核辐射，紫外线照射和应用微波。这些处理方法是昂贵的，目前在商业上不是被广泛采用的。
如在授予Clark等人的美国专利第5,232,726号所公开的高压均质化曾用于增加橘子汁和其它天然浓度柑橘汁的储存期限。其中公开了待处理的柑橘汁要承受约15,000磅/英寸2的高压，导致果汁中生物活力显著降低。
如在授予Balaban等人的美国专利第5,393,547号所描述的，二氧化碳曾用以使食物中的酶失去活性和减少果汁中微生物的数量。Balaban等人描述了一种用以使液体食物制品中的酶失去活力的方法，其中食物暴露在高压的二氧化碳中，接着，产生了足够低pH的碳酸溶液，使液体食物中的酶不可逆地失去活力。Balaban等人的方法既可用于分批的形式也可用于连续的形式处理食物。Balaban等人还指出超临界二氧化碳以足够的速率引入以使其充分地溶入食物使酶失去活力。在酶失去活力以后，食物流动到减压区，释放出来的二氧化碳可以回收以重复使用。
授予Osajima等人的美国专利第5,704,276号描述了一种利用超临界形式的二氧化碳连续地使液体食品中的酶失去活力的方法。Osajima等人指出超临界流体的比重小于液体食物的比重，而且超临界二氧化碳是连续地注入液体食物中并在处理过程的以后阶段从中分离出来。Osajima等人还指出，他们的方法可以降低液体食物中的臭味和去掉挥发性的成分。
Arreola等人在Journal of Food Quality，Volume14(1991)，pp.275-284，中题为“超临界二氧化碳对天然浓度柑橘汁中微生物数量的影响”的论文中描述了超临界二氧化碳对橘汁中微生物数量的效果。Arreola等人得出结论，利用分批方法的高压二氧化碳处理，即使在低温下也会使天然浓度柑橘汁中的微生物减少。他们还得出结论，高压，减压时橘汁承受的剪切力以及由于暂时地形成碳酸而致的低pH的联合作用对橘汁中正常菌群具有进一步的抑制效果。在该文所述的过程中，所使用的最低温度为35℃。
本发明的一个目的是要提供一种降低液体制品中微生物和/或酶活力的改进的方法和装置。
本发明的另一个目的是要提供一种利用高压二氧化碳降低微生物和/或酶活力的方法和装置，其中液体所承受的处理温度对液体制品不产生有害的影响。
本发明还有一个目的，是要提供一种利用高压二氧化碳降低液体制品中微生物和/或酶活力的连续流动的方法和装置。
本发明描述了一种利用二氧化碳的高压流动以降低液体制品中的微生物和/或使高压流动的液体制品中的一种或多种酶失去活力的连续方法。流动区域内的压力保持在足以使二氧化碳处于致密状态的水平，但其温度不会使液体产品冰冻。二氧化碳和液流的高压混合物以足够的时间流过一个反应区以减少有害微生物并使不需要的酶失去活力，随后进入一系列的膨胀阶段，在其中混合流的压力充分地降低以使二氧化碳由液体制品中分离。在至少某些膨胀阶段应加热以防止混合流冷却到液体制品的冰点。加热以防止液体制品冰冻并控制温度使其不超过会产生有害后果的温度。(冰冻和超高的温度对果汁的质量会产生反面的影响。超过40°的温度开始使产品降解。)
本发明意在用于任何可通过一个管道传输的液体，例如包括饮料产品如果汁和牛奶，半固体食品如蛋黄酱，色拉调料，汤和农家干酪，以及其它液体诸如油漆和无菌注射液。
附图为装置的示意的流程图，这些装置是用来实施本发明的方法的。
参照附图，高压二氧化碳是由二氧化碳源10馈送，通过任选的压力调节器12到一个泵14，泵使二氧化碳流升压并随后将其通过一个止回阀16馈送到一个接合点18。二氧化碳在泵14处加压以防止致密状态的二氧化碳在处理方法的以后阶段沸腾。
以相同的方式，液体制品由一个液体制品供料罐20馈送，通过一个阀22到一个泵24。泵24将液体制品的的馈送压力升高到由泵14输出的致密状态的二氧化碳的压力相同的水平。升压的液体制品通过止回阀26馈送到接合点18，在这里它和升压的二氧化碳流相混合。液体制品和二氧化碳的混合物随后通过一串联混合器28，混合器基本上由一个带有密集障板的管道组成，它彻底地将二氧化碳和液体制品流混合。自然，其它可以使液体制品/二氧化碳混合到所需的水平的混合器都可使用。液体混合物由一串联混合器28中流出并进一步由泵30的作用而加压到一个作业的压力。
根据特定的液体制品进料，作业压力将随之改变。作业压力优选地在300磅/英寸2到20,000磅/英寸2的范围内。如果橘汁作为一种液体食品进行加工，压力的优选的范围约为1750磅/英寸2到2200磅/英寸2。
一旦液体混合物由泵30送出，即进入一个反应区32，该区具有合适的大小和长度以通过足够的接触(或滞留)时间使二氧化碳和液体制品相互作用以减少液体制品中的微生物和/或使其中不需要的酶失去活力。选定的停留时间依赖于待处理的液体制品及其流动速率，以及反应区的大小和长度。优选地在反应区滞留的时间在约1.0到约15.0分的范围内。
例如，为处理橘汁，流速为20-200ml/min时，在长约20英尺和管子尺寸约为7.9mm的内径(I.D.)的反应区内，优选的滞留时间约为1.5到13.0分钟，而更为优选的滞留时间约为3.0分钟。
当液体混合物流由反应区32送出，即进入一个或多个作用室34(任选的)，在其中施加强剪切力从而使液体混合物中的微生物细胞壁被破坏。这一作用使得混合物中的微生物数量进一步被降低。适合于包括在该方法的强剪力作用室是由Microfluidics International Corp，Newton，Massachusetts制造的。
在该阶段，升压的二氧化碳/液体制品混合物必须在避免液体制品冰冻(由于二氧化碳膨胀的焦耳-汤普生冷却效应)的情况下减压。如果在一个或两个阶段使压力降低到周围环境的压力，需要很大的热交换或施加附加的热量。如果在混合物上附加过多的热量，将对液体制品的风味特点或其成分带来损害。同样，重要的挥发性物质如香料成分可能被带走。因此，已经表明在减压作用期间必须非常注意使液体混合物保持在两个边界之内。下边界为液体混合物的冰点，上边界点为液体制品可以承受的，不损害产品的最高温度。
对于橘汁，最高温度约为60℃，最低温度约为0℃。因此，在选择压力降低方案时，必须使用二氧化碳的压力/热含量图以确定各压力降低阶段所需的最佳压力和加热的温度，同时使橘汁(在本例中)的温度保持在损害其风味及其冰点之间的温度。已经确认至少需要两个减压阶段，但优选地至少有三个阶段。
再参看附图，第一个减压阶段包括一个被一个热交换器38跟随在其后的压力控制装置36，如反压调节器。假设待处理的液体制品为橘汁且在反应区32和作用室34中的作业压力约为2,000磅/英寸2，在第一减压阶段35使液体混合物的压力降低至约600磅/英寸2并通过热交换器38施加足够的热量以保持液体混合物的温度在约30℃。
第二减压阶段40包括压力控制装置42和热交换器44，它们共同作用使液体混合物的压力降低至大约250磅/英寸2，并保持其温度在约30℃。最后阶段的减压器46仅包括一个压力控制装置48将液体混合物的压力降低到使致密状态的二氧化碳气化和在重要的挥发性成分最小损失的情况下使其由液体制品中分离出来的水平。在附图所示的实施例中，在压力控制装置48后面不需要热交换器，但如果需要可以提供一个，使液体混合物保持在所需要的温度范围之内。
当液体混合物由压力控制装置48送出后，在降低压力的情况下进入一个液体制品/二氧化碳分离罐50或其它集气装置。在这里，二氧化碳气化物由液体制品中分离，并被收集和经过一个过滤器52，流量计54(如果需要)或排入大气或经过一个升压阶段(未示出)回收到二氧化碳源10。液体制品槽56随后通过阀58被排空以进行后续的处理和/或使用。
应该了解，图示的连续处理方法是由于多个能使液体混合物保持在前述的温度边界之内的减压阶段才得以实现的。结果，实现了降低微生物和/或酶活力的连续处理，同时克服了已有技术中的主要问题，即，间歇处理是商业条件下不经济和不理想的处理方法。
如果二氧化碳被回收，优选地要经过一个凝结过滤器以去除被加工的液体制品的液滴。随后，气体通过一个凝结热交换器重新凝结为液体状态。另外，为确保分离出溶解在加工的液体制品中的二氧化碳，在分离罐50之后可以带有一个液体制品/二氧化碳分离器用以排除气体。
作为处理结果留下来的气体可能附带有有价值的芳香剂和/或香料。为回收或分离这些芳香剂或香料，可使用如凝结或吸收的方法。
应该了解上面的描述仅仅是为了说明本发明。在不脱离本发明的情况下，那些熟悉此项技术的人可以做出各种替换和修改。

Claims (10)

1.一种用以降低液体制品中的微生物的连续方法，所说的方法包括的步骤为：
a)将所说的液体制品的压力流与高压液化二氧化碳流混合形成一种流动状态的高压混合物，所说的二氧化碳处于足以使其保持液体状态的压力和不会使所说的液体制品冰冻的温度；
b)使所说的高压混合物以足够的时间流过一个反应区以降低所说的液体制品中的微生物；
c)由所说的反应区馈送所说的高压混合物通过多个膨胀阶段，在其中所说的混合物流被减压使所说的混合物流中的液化二氧化碳气化；和
d)在所说的膨胀阶段中的至少几个阶段对所说的混合物流进行加热以防止因二氧化碳的冷却而导致所说的液体制品的冰冻。
2.根据权利要求1中所说的连续方法，其中在步骤d)中将所说的混合物的温度保持在所说的液体制品的冰冻温度和约60℃之间的范围内。
3.根据权利要求1中所说的连续方法，其中在步骤c)中馈送所说的混合物流通过两个或更多的膨胀阶段以使所说的液化二氧化碳气化。
4.根据权利要求1中所说的连续方法，其中在步骤a)中在约300磅/英寸2到20,000磅/英寸2范围内的压力下馈送所说的混合物的所说的压力流到所说的反应区里。
5.根据权利要求1中所说的连续方法，其中在步骤b)中将所说的混合物的所说的压力流保持在所说的反应区内的时间为约5秒到30分钟。
6.根据权利要求1中所说的连续方法，其中所说的液体制品为一种食物制品，所说的方法可以使一种或多种不希望有的酶失去活力。
7.一种用以减少液体果汁制品中微生物和使其中一种或多种不希望有的酶失去活力的连续方法，所说的方法包括的步骤为：
a)将所说的液体果汁制品的压力流与高压液化二氧化碳流混合形成一种流动状态的高压混合物，所说的二氧化碳处于足以使其保持液体状态的压力和不会使所说的液体果汁制品冰冻的温度；
b)使所说的高压混合物以约1.0到约15分钟的时间流过一个反应区以减少存在于其中的所说的微生物和使所说的一种或多种不希望有的酶失去活力；
c)由所说的反应区馈送所说的高压混合物通过两个或更多的膨胀阶段，在其中所说的混合物流的压力降低到约2,000磅/英寸2；和
d)在所说的膨胀阶段中的至少几个阶段对所说的混合物流进行加热以防止因二氧化碳的冷却而导致所说的液体果汁制品的冰冻
8.根据权利要求7中所说的连续方法，其中果汁为蔬菜或水果汁，在步骤b)中的接触的时间为约1.5到13分钟。
9.根据权利要求7中所说的连续方法，其中在步骤d)中所说的混合物的温度保持在所说的液体果汁制品的冰冻温度和约30℃之间的范围内。
10.根据权利要求8中所说的连续方法，其中所说的果汁为橘汁，所说的接触时间为约3.0分钟，在步骤d)中所说的混合物的温度保持在约30℃。
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