RU2781956C2 - Ultraviolet reactor for cold pasteurization of liquid food products, and use of this reactor - Google Patents
Ultraviolet reactor for cold pasteurization of liquid food products, and use of this reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781956C2 RU2781956C2 RU2020113998A RU2020113998A RU2781956C2 RU 2781956 C2 RU2781956 C2 RU 2781956C2 RU 2020113998 A RU2020113998 A RU 2020113998A RU 2020113998 A RU2020113998 A RU 2020113998A RU 2781956 C2 RU2781956 C2 RU 2781956C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultraviolet reactor
- reactor according
- tubes
- spiral tubes
- radiation
- Prior art date
Links
- 235000021056 liquid food Nutrition 0.000 title claims abstract description 50
- 238000009928 pasteurization Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 135
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 9
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 37
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 35
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 24
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 24
- 239000004812 Fluorinated ethylene propylene Substances 0.000 claims description 17
- 229920009441 perflouroethylene propylene Polymers 0.000 claims description 17
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 claims description 13
- 239000008267 milk Substances 0.000 claims description 13
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 claims description 13
- 229920011301 perfluoro alkoxyl alkane Polymers 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 12
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 11
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 241000700605 Viruses Species 0.000 claims description 10
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 8
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims description 8
- 241000187482 Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis Species 0.000 claims description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 7
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 244000199866 Lactobacillus casei Species 0.000 claims description 5
- 235000013958 Lactobacillus casei Nutrition 0.000 claims description 5
- 241000186779 Listeria monocytogenes Species 0.000 claims description 5
- 241000607142 Salmonella Species 0.000 claims description 5
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 claims description 5
- 241000194017 Streptococcus Species 0.000 claims description 5
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 claims description 5
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000002070 germicidal effect Effects 0.000 claims description 5
- 229940017800 lactobacillus casei Drugs 0.000 claims description 5
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 5
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 5
- 241000589562 Brucella Species 0.000 claims description 3
- 241000589875 Campylobacter jejuni Species 0.000 claims description 3
- 241000606678 Coxiella burnetii Species 0.000 claims description 3
- 241000194033 Enterococcus Species 0.000 claims description 3
- 241000186367 Mycobacterium avium Species 0.000 claims description 3
- 241000186366 Mycobacterium bovis Species 0.000 claims description 3
- 241000187479 Mycobacterium tuberculosis Species 0.000 claims description 3
- 241000607768 Shigella Species 0.000 claims description 3
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 241000191940 Staphylococcus Species 0.000 claims description 3
- 244000269722 Thea sinensis Species 0.000 claims description 3
- 241000607447 Yersinia enterocolitica Species 0.000 claims description 3
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000010633 broth Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000016213 coffee Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000013353 coffee beverage Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000006071 cream Substances 0.000 claims description 3
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000012907 honey Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000008960 ketchup Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000008268 mayonnaise Substances 0.000 claims description 3
- 235000010746 mayonnaise Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000020185 raw untreated milk Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000014347 soups Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000013322 soy milk Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000006188 syrup Substances 0.000 claims description 3
- 235000013616 tea Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000014101 wine Nutrition 0.000 claims description 3
- 229940098232 yersinia enterocolitica Drugs 0.000 claims description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 9
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 5
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 38
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 12
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 11
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 9
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 8
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 230000002147 killing effect Effects 0.000 description 6
- 238000007539 photo-oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 4
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000497 Amalgam Inorganic materials 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 3
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 3
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 235000019658 bitter taste Nutrition 0.000 description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 3
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N D-Lyxoflavin Natural products OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 150000002605 large molecules Chemical group 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000011104 metalized film Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 239000002151 riboflavin Substances 0.000 description 2
- 235000019192 riboflavin Nutrition 0.000 description 2
- 229960002477 riboflavin Drugs 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 235000019640 taste Nutrition 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 235000008939 whole milk Nutrition 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006367 Neoflon Polymers 0.000 description 1
- 229920001774 Perfluoroether Polymers 0.000 description 1
- 241001085205 Prenanthella exigua Species 0.000 description 1
- 229920006356 Teflon™ FEP Polymers 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229920006125 amorphous polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000000796 flavoring agent Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical group FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- UJMWVICAENGCRF-UHFFFAOYSA-N oxygen difluoride Chemical class FOF UJMWVICAENGCRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical group FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000013306 transparent fiber Substances 0.000 description 1
- 125000002023 trifluoromethyl group Chemical group FC(F)(F)* 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к фотобиореактору, позволяющему проводить бактерицидную обработку жидкостей с применением УФ излучения спектра С (УФС), главным образом, с длиной волны от 180 нм до 300 нм. Изобретение относится к системе, пригодной для бактерицидной обработки крайне непрозрачных жидкостей.The invention relates to a photobioreactor that allows for bactericidal treatment of liquids using UV-C (UFS) radiation, mainly with a wavelength of 180 nm to 300 nm. The invention relates to a system suitable for the bactericidal treatment of highly opaque liquids.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
УФ приборы уже использовали в реакторах для пастеризации жидких пищевых продуктов. Примеры таких приборов можно встретить в US 2002/096648 или в статье Chem. Eng. Technol. 2007, 30, pages 945-950, в которых описан реактор, предназначенный для облучения текучей реакционной среды УФ излучением. Камера облучения соединена со впуском и выпуском, что позволяет реакционной среде протекать через реактор, при этом, подвергаясь УФ облучению.UV devices have already been used in reactors for the pasteurization of liquid food products. Examples of such devices can be found in US 2002/096648 or in Chem. Eng. Technol. 2007, 30, pages 945-950, which describe a reactor for irradiating a reaction fluid with UV radiation. The irradiation chamber is connected to an inlet and outlet, which allows the reaction medium to flow through the reactor while being exposed to UV irradiation.
Другой пример такого УФ прибора для реактора имеется в US 2004/248076, где описано устройство и способ стерилизации жидких сред при помощи УФ излучения и кратковременной тепловой обработки.Another example of such a UV device for a reactor is found in US 2004/248076, which describes an apparatus and method for sterilizing liquid media using UV radiation and short-term heat treatment.
Однако, в данной области имеется потребность в оптимизации процесса уничтожения бактерий и вирусов (т.е., пастеризации и стерилизации) в отсутствие или при минимальном окислении жидкого продукта. Окисление жидкого продукта приводит к усилению горького привкуса и неприятного запаха/вкуса пищевого продукта.However, there is a need in the art to optimize the process of killing bacteria and viruses (ie, pasteurization and sterilization) with no or minimal oxidation of the liquid product. Oxidation of the liquid product results in an increase in the bitter taste and off-flavour of the food product.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Настоящее изобретения относится к УФ прибору для реактора холодной пастеризации жидких пищевых продуктов. Так, в первом аспекте изобретение относится к фотобиореактору для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов, например, молока, при этом, фотобиореактор содержит:The present invention relates to a UV instrument for a cold pasteurization reactor for liquid food products. So, in the first aspect, the invention relates to a photobioreactor for cold pasteurization of liquid food products, for example, milk, while the photobioreactor contains:
а. одну или несколько спиральных трубок, проходящих от впускного конца до выпускного конца, образуя жидкостную траекторию, иa. one or more spiral tubes extending from the inlet end to the outlet end, forming a fluid path, and
b. один или несколько источников излучения, облучающих одну или несколько спиральных трубок, при этом, один или несколько источников излучения испускают излучение с длиной волны в диапазоне 180-300 нм,b. one or more radiation sources irradiating one or more spiral tubes, while one or more radiation sources emit radiation with a wavelength in the range of 180-300 nm,
при этом фотобиореактор дополнительно содержит один или несколько фильтров, расположенных между одним или несколькими источниками излучения и одной или несколькими спиральными трубками, при этом, один или несколько фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 300 нм одной или нескольких спиральных трубок.wherein the photobioreactor additionally contains one or more filters located between one or more radiation sources and one or more spiral tubes, while one or more filters prevent radiation with a wavelength of more than 300 nm from reaching one or more spiral tubes.
Под предотвращением достижения излучением с длиной волны более 300 нм одной или нескольких спиральных трубок понимается, что излучение с длиной волны более 300 нм значительно ослабляется, например, по меньшей мере, с коэффициентом 100 или коэффициентом 1000 или более.By preventing radiation with a wavelength of more than 300 nm from reaching one or more spiral tubes, it is meant that radiation with a wavelength of more than 300 nm is significantly attenuated, for example, at least by a factor of 100 or by a factor of 1000 or more.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько фильтров предотвращают достижение одной или нескольких спиральных трубок излучением с длиной волны более 270 нм.In one or more embodiments of the invention, one or more filters prevent radiation with a wavelength greater than 270 nm from reaching one or more spiral tubes.
Одним из преимуществ использования светового излучения в качестве средства для холодной пастеризации является то, что это очень энергоэффективный способ частичной стерилизации.One of the advantages of using light as a cold pasteurizing agent is that it is a very energy efficient partial sterilization method.
Одним из преимуществ использования одного или нескольких фильтров является то, что может быть предотвращено фотоокисление излучением с большей длиной волны. Например, предпочтительно исключить фотоокисление рибофлавина (длина волны около 446 нм), но также предпочтительно исключить фотоокисление и других компонентов жидкого пищевого продукта, из-за которого усиливается горький привкус и ухудшается запах/вкус указанного пищевого продукта. Кроме этого, фильтры могут исключить контакт горячего воздуха с одним или несколькими змеевиками, тем самым, предотвращая нагревание жидкого пищевого продукта.One of the advantages of using one or more filters is that photooxidation by longer wavelength radiation can be prevented. For example, it is preferable to exclude photooxidation of riboflavin (wavelength about 446 nm), but it is also preferable to exclude photooxidation of other components of the liquid food product, which increases the bitter taste and deteriorates the smell/taste of the specified food product. In addition, the filters can prevent hot air from contacting one or more coils, thereby preventing the liquid food product from heating up.
Жидкостная траектория предназначена для обеспечения большой величины отношения поверхности к объему, т.е., интенсификации воздействия световой энергии на единицу объема при ослаблении эффектов самоэкранирования непрозрачной жидкости, подвергаемой обработке. Таким образом, возможно обрабатывать непрозрачные жидкости с применением светового излучения, если материал, из которого изготовлена жидкостная траектория, прозрачен для светового излучения.The fluid trajectory is designed to provide a large surface-to-volume ratio, i.e., to intensify the effect of light energy per unit volume while attenuating the self-shielding effects of the opaque liquid being treated. Thus, it is possible to process opaque liquids using light radiation if the material from which the fluid path is made is transparent to light radiation.
Жидкий пищевой продукт пропускают по одной или нескольким спиральным трубкам с некоторым расходом. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения расход, измеряемый в миллилитрах в минуту, составляет 800-2000 мл/мин или 900-1100 мл/мин.The liquid food product is passed through one or more spiral tubes at a certain rate. In one or more embodiments of the invention, the flow rate, measured in milliliters per minute, is 800-2000 ml/min or 900-1100 ml/min.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения представляют собой бактерицидную лампу низкого давления, такую как ртутная лампа низкого давления.In one or more embodiments of the invention, the one or more radiation sources is a low pressure germicidal lamp, such as a low pressure mercury lamp.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения функционируют при температуре лампы от 0°С до 120°С.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources operate at a lamp temperature from 0°C to 120°C.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения функционируют при температуре лампы от 20°С до 60°С.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources operate at a lamp temperature from 20°C to 60°C.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения функционируют при температуре лампы от 30°С до 50°С.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources operate at a lamp temperature from 30°C to 50°C.
Вторым аспектом раскрываемого изобретения является применение фотобиореактора, как описано в настоящем документе, для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов.The second aspect of the disclosed invention is the use of a photobioreactor, as described herein, for cold pasteurization of liquid food products.
Холодная пастеризация может представлять собой частичную стерилизацию вещества, в частности, жидкости способом, при котором избегают нагревания, как основного средства уничтожения нежелательных организмов, без значительного изменения вещества. Избегать не означает исключать, но только сокращать.Cold pasteurization may be the partial sterilization of a substance, in particular a liquid, in a manner that avoids heat as the primary means of killing unwanted organisms, without significantly altering the substance. To avoid does not mean to exclude, but only to reduce.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 2-Log10. Биологический загрязнитель может представлять собой, например, бактерии, споры, плесень или вирусы.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 2-Log 10 . The biological contaminant may be, for example, bacteria, spores, molds or viruses.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 3-Log10.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 3-Log 10 .
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 4-Log10.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 4-Log 10 .
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 5-Log10.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 5-Log 10 .
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 6-Log10.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 6-Log 10 .
Третьим аспектом раскрываемого изобретения является применение фотобиореактора, как описано в настоящем документе, для уничтожения в жидких пищевых продуктах микроорганизмов, таких как бактерии, плесень, споры или вирусы.A third aspect of the disclosed invention is the use of a photobioreactor, as described herein, to kill micro-organisms such as bacteria, mold, spores, or viruses in liquid food products.
Под уничтожением понимается сокращение количества активных или живых микроорганизмов. Микроорганизмы, встречающиеся в жидких пищевых продуктах, могут присутствовать в них из-за загрязнения в процессе обработки указанных жидких пищевых продуктов. Обычными бактериальными загрязнителями, например, молочных продуктов могут быть, например, Lactobacillus casei, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Mycobacterium avium подвид paratuberculosis (MAP), Staphylococcus aureus или Streptococcus spp.Killing refers to the reduction in the number of active or living microorganisms. Microorganisms found in liquid food products may be present due to contamination during processing of said liquid food products. Common bacterial contaminants in, for example, dairy products may be, for example, Lactobacillus casei, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP), Staphylococcus aureus or Streptococcus spp.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Изобретение относится к фотобиореактору, включающему фильтр, блокирующий УФ излучение с длиной волны более 300 нм, и, кроме этого, к гидравлической конструкции, позволяющей проводить бактерицидную обработку жидкостей с применением УФ излучения спектра С (УФС) с длиной волны в диапазоне от 180 нм до 300 нм.The invention relates to a photobioreactor, including a filter that blocks UV radiation with a wavelength of more than 300 nm, and, in addition, to a hydraulic structure that allows bactericidal treatment of liquids using UV C radiation (UFS) with a wavelength in the range from 180 nm to 300 nm.
Изобретение относится к системе, пригодной для бактерицидной обработки крайне непрозрачных жидкостей. Система, соответствующая изобретению, содержит фильтр, который предотвращает достижение излучением с длиной волны вне УФС обрабатываемой жидкости. Фильтр направляет необязательную воздушную струю над одним или несколькими источниками излучения, Таким образом, предотвращается достижение воздушной струей реакционной камеры, в которой происходит обработка жидкого продукта, при этом, поддерживается оптимальная рабочая температура источников излучения. Кроме этого, изобретение относится к гидравлической конструкции, включающей одну или несколько спирально свернутых трубок, которая обеспечивает поперечный поток по действием центробежной силы. Благодаря этому возможна обработка самых непрозрачных жидкостей с применением УФ излучения спектра С.The invention relates to a system suitable for the bactericidal treatment of highly opaque liquids. The system according to the invention contains a filter which prevents radiation with a wavelength outside the UVC from reaching the treated liquid. The filter directs an optional air stream over one or more radiation sources, thus preventing the air stream from reaching the reaction chamber in which the liquid product is processed, while maintaining the optimum operating temperature of the radiation sources. In addition, the invention relates to a hydraulic structure, including one or more spirally coiled tubes, which provides cross-flow by centrifugal force. This makes it possible to process even the most opaque liquids with UV C light.
При описании аспектов изобретения для ясности изложения будет использована особая терминология. Однако, изобретение не подразумевает ограничения особыми, выбранными с этой целью терминами; понятно, что каждый особый термин имеет технические эквиваленты с аналогичной функцией, достигающие аналогичной цели.In describing aspects of the invention, specific terminology will be used for clarity. However, the invention is not intended to be limited by particular terms chosen for this purpose; it is understood that each specific term has technical equivalents with a similar function that achieve a similar purpose.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, им обеспечивается фотобиореактор для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов, например, молока, при этом, фотобиореактор содержит:In accordance with the first aspect of the present invention, it provides a photobioreactor for cold pasteurization of liquid food products, such as milk, while the photobioreactor contains:
а. одну или несколько спиральных трубок, проходящих от впускного конца до выпускного конца, образуя жидкостную траекторию, иa. one or more spiral tubes extending from the inlet end to the outlet end, forming a fluid path, and
b. один или несколько источников излучения, облучающих одну или несколько спиральных трубок, при этом, один или несколько источников излучения испускают излучение с длиной волны в диапазоне 180-300 нм,b. one or more radiation sources irradiating one or more spiral tubes, while one or more radiation sources emit radiation with a wavelength in the range of 180-300 nm,
при этом, фотобиореактор дополнительно содержит один или несколько фильтров, расположенных между одним или несколькими источниками излучения и одной или несколькими спиральными трубками, при этом, один или несколько фильтров предотвращают достижение излучением с длиной волны более 300 нм одной или нескольких спиральных трубок.at the same time, the photobioreactor additionally contains one or more filters located between one or more radiation sources and one or more spiral tubes, while one or more filters prevent radiation with a wavelength of more than 300 nm from reaching one or more spiral tubes.
Пастеризация не ограничивается только частичной стерилизацией вещества, в частности, жидкости при некоторой температуре в течении некоторого времени воздействия, которых достаточно для разрушения нежелательных организмов без значительного химического изменения вещества, но также охватывает холодную пастеризацию, которая представляет собой частичную стерилизацию вещества, в частности, жидкости способом, при котором избегают нагревания, как основного средства уничтожения нежелательных организмов, без значительного изменения вещества. При этом, избегать не означает исключать, но только сокращать. В соответствии с настоящим изобретением, одним из преимуществ использования светового излучения в качестве средства для холодной пастеризации является то, что это очень энергоэффективный способ частичной стерилизации.Pasteurization is not limited to the partial sterilization of a substance, in particular a liquid, at a certain temperature for a certain exposure time, which is sufficient to destroy unwanted organisms without significant chemical change of the substance, but also covers cold pasteurization, which is the partial sterilization of a substance, in particular a liquid. in a manner that avoids heating as the primary means of killing undesirable organisms, without significantly altering the substance. At the same time, to avoid does not mean to exclude, but only to reduce. According to the present invention, one of the advantages of using light as a cold pasteurization agent is that it is a very energy efficient partial sterilization method.
Жидкостная траектория предназначена для обеспечения большой величины отношения поверхности к объему, т.е., интенсификации воздействия световой энергии на единицу объема при ослаблении эффектов самоэкранирования непрозрачной жидкости, подвергаемой обработке. Таким образом, возможно обрабатывать непрозрачные жидкости с использованием светового излучения, если материал, из которого изготовлена жидкостная траектория, прозрачен для светового излучения.The fluid trajectory is designed to provide a large surface-to-volume ratio, i.e., to intensify the effect of light energy per unit volume while attenuating the self-shielding effects of the opaque liquid being treated. Thus, it is possible to process opaque liquids using light radiation if the material from which the fluid path is made is transparent to light radiation.
В одной или нескольких спиральных трубках, проходящих от впускного конца до выпускного конца и образующих жидкостную траекторию, устанавливается режим потока, когда по жидкостной траектории протекает среда. Режим потока в жидкостной траектории может состоять из одного или нескольких вихревых течений, которые образуют вторичный поток, аксиальный первичному потоку, в котором центробежная сила (например, течение с вихрями Дина) используется для увеличения поверхности жидкости, подвергающейся воздействию УФ излучения, испускаемого источником излучения.In one or more spiral tubes extending from the inlet end to the outlet end and forming a fluid path, a flow regime is established when a medium flows along the fluid path. The flow regime in a fluid path may consist of one or more vortex flows that form a secondary flow axial to the primary flow in which centrifugal force (e.g., a Dean vortex flow) is used to increase the surface of the liquid exposed to UV radiation emitted by the radiation source.
Движение текучей среды по жидкостной траектории может иметь двухвихревую структуру, соответствующую течению с вихрями Дина. Благодаря этому, в жидкостной траектории обеспечивается аксиальный поток, характеризующийся большой величиной отношения поверхности к объему. Таким образом, может быть усилено воздействие световой энергии на единицу объема/площади поверхности при ослаблении эффектов самоэкранирования непрозрачной жидкости, подвергаемой обработке.The movement of a fluid medium along a liquid trajectory may have a two-vortex structure corresponding to a flow with Dean vortices. Due to this, an axial flow is provided in the fluid path, characterized by a large surface-to-volume ratio. Thus, the effect of light energy per unit volume/surface area can be enhanced while weakening the self-shielding effects of the opaque liquid being treated.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения при движении текучей среды по одной или нескольким спиральным трубкам возникает течение с вихрями Дина, ламинарное течение или турбулентное течение.In one or more embodiments of the invention, fluid flow through one or more spiral tubes results in a Dean vortex flow, laminar flow, or turbulent flow.
В соответствии с настоящим изобретением, одним из преимуществ использования течения с вихрями Дина, ламинарного течения или турбулентного течения является то, что таким образом может быть усилено воздействие световой энергии на единицу объема/площади поверхности при ослаблении эффектов самоэкранирования непрозрачной жидкости, подвергаемой обработке, тем самым, затрачено меньше энергии и времени на обработку того же объема.According to the present invention, one of the advantages of using Dean's vortex flow, laminar flow or turbulent flow is that the effect of light energy per unit volume/surface area can thus be enhanced while attenuating the self-shielding effects of the opaque fluid being treated, thereby , less energy and time spent on processing the same volume.
Между одной или несколькими спиральными трубками и одним или несколькими источниками излучения может располагаться один или несколько фильтров, предназначенных для сужения диапазона длин волн излучения, достигающего одной или нескольких спиральных трубок. Благодаря этому гарантируется оптимальная для уничтожения бактерий и вирусов длина волны, при этом, предотвращается окисление жидкого пищевого продукта (см. фиг. 11).Between one or more spiral tubes and one or more radiation sources, one or more filters may be located, designed to narrow the wavelength range of radiation reaching one or more spiral tubes. This guarantees the optimum wavelength for the destruction of bacteria and viruses, while preventing the oxidation of the liquid food product (see Fig. 11).
Под предотвращением достижения излучением с длиной волны более 300 нм одной или нескольких спиральных трубок понимается, что излучение с длиной волны более 300 нм значительно ослабляется, например, по меньшей мере, с коэффициентом 100 или коэффициентом 1000 или более.By preventing radiation with a wavelength of more than 300 nm from reaching one or more spiral tubes, it is meant that radiation with a wavelength of more than 300 nm is significantly attenuated, for example, at least by a factor of 100 or by a factor of 1000 or more.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько фильтров предотвращают достижение одной или нескольких спиральных трубок излучением с длиной волны более 290 нм.In one or more embodiments of the invention, one or more filters prevent radiation with a wavelength greater than 290 nm from reaching one or more helical tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько фильтров предотвращают достижение одной или нескольких спиральных трубок излучением с длиной волны более 280 нм.In one or more embodiments of the invention, one or more filters prevent radiation with a wavelength greater than 280 nm from reaching one or more helical tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько фильтров предотвращают достижение одной или нескольких спиральных трубок излучением с длиной волны более 270 нм.In one or more embodiments of the invention, one or more filters prevent radiation with a wavelength greater than 270 nm from reaching one or more spiral tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько фильтров предотвращают достижение одной или нескольких спиральных трубок излучением с длиной волны более 260 нм.In one or more embodiments of the invention, one or more filters prevent radiation with a wavelength greater than 260 nm from reaching one or more helical tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения форма поперечного сечения одной или нескольких спиральных трубок является круглой, шестиугольной, квадратной, треугольной или овальной. Форма поперечного сечения может быть любой, обеспечивающей большую доступную для воздействия наружную площадь жидкого пищевого продукта.In one or more embodiments of the invention, the cross-sectional shape of one or more spiral tubes is round, hexagonal, square, triangular, or oval. The cross-sectional shape can be any that provides a large exposed area of the liquid food product.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 1 мм до 10 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an internal tube diameter from 1 mm to 10 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 2 мм до 9 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an internal tube diameter of 2 mm to 9 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 3 мм до 8 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an internal tube diameter of 3 mm to 8 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 4 мм до 7 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an internal tube diameter of 4 mm to 7 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки от 5 мм до 6 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an internal tube diameter of 5 mm to 6 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют внутренний диаметр трубки 5,5 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an internal tube diameter of 5.5 mm.
Величина внутреннего диаметра является компромиссом между количеством жидкого пищевого продукта, которое может быть обработано за данное время, и воздействием световой энергии на единицу объема/площади поверхности. Чем больше внутренний диаметр трубки, тем больше жидкого пищевого продукта может проходить по ней за определенное время, однако, чем больше внутренний диаметр, тем меньше (в сравнении) может быть площадь воздействия.The inner diameter value is a compromise between the amount of liquid food product that can be processed in a given time and the exposure to light energy per unit volume/surface area. The larger the inner diameter of the tube, the more liquid food product can pass through it in a certain time, however, the larger the inner diameter, the smaller (in comparison) the area of influence can be.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок характеризуются шагом от 2 до 8 мм, при этом, шаг представляет собой расстояние от центра до центра одной или нескольких спиральных трубок после одного витка спирали одной или нескольких спиральных трубок.In one or more embodiments of the invention, one or more coiled tubes are characterized by a pitch of 2 to 8 mm, wherein the pitch is the distance from center to center of one or more coiled tubes after one helix turn of one or more coiled tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок характеризуются шагом от 3 до 7 мм, при этом, шаг представляет собой расстояние от центра до центра одной или нескольких спиральных трубок после одного витка спирали одной или нескольких спиральных трубок.In one or more embodiments of the invention, one or more coiled tubes are characterized by a pitch of 3 to 7 mm, wherein the pitch is the distance from center to center of one or more coiled tubes after one helix turn of one or more coiled tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок характеризуются шагом от 4 до 7 мм, при этом, шаг представляет собой расстояние от центра до центра одной или нескольких спиральных трубок после одного витка спирали одной или нескольких спиральных трубок.In one or more embodiments of the invention, one or more coiled tubes are characterized by a pitch of 4 to 7 mm, wherein the pitch is the distance from center to center of one or more coiled tubes after one helix turn of one or more coiled tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок характеризуются шагом 6 мм, при этом, шаг представляет собой расстояние от центра до центра одной или нескольких спиральных трубок после одного витка спирали одной или нескольких спиральных трубок.In one or more embodiments of the invention, one or more coiled tubes are characterized by a pitch of 6 mm, wherein the pitch is the distance from center to center of one or more coiled tubes after one helix turn of one or more coiled tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок характеризуются углом спирали от 1° до 6°, например, от 2° до 5°, например, от 3° до 4°, при этом, угол спирали измеряют между одной или несколькими спиральными трубками и прямым направлением, сопоставимым с направлением от впускного конца к выпускному концу, образующим жидкостную траекторию.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes are characterized by a helix angle from 1° to 6°, for example, from 2° to 5°, for example, from 3° to 4°, while the helix angle is measured between one or more spiral tubes and a direct direction comparable to the direction from the inlet end to the outlet end, forming a fluid path.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок характеризуются углом спирали от 2° до 5°.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes are characterized by a helix angle from 2° to 5°.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок характеризуются углом спирали от 3° до 4°.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes are characterized by a helix angle from 3° to 4°.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок характеризуются диаметром спирали от 20 до 150 мм, при этом, диаметр спирали представляет собой расстояние от наружного конца до наружного конца одной или нескольких спиральных трубок после половины витка спирали одной или нескольких спиральных трубок. То есть, диаметр спирали является шириной спирали, образуемой одной или несколькими спиральными трубками.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes are characterized by a spiral diameter of 20 to 150 mm, while the diameter of the spiral is the distance from the outer end to the outer end of one or more spiral tubes after a half turn of the helix of one or more spiral tubes. That is, the diameter of the spiral is the width of the spiral formed by one or more spiral tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 2 до 8 мм. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 5 до 6 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an outer tube diameter of 2 to 8 mm. In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an outer tube diameter of 5 to 6 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 3 до 7 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an outer tube diameter of 3 to 7 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 4 до 7 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an outer tube diameter of 4 to 7 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки от 5 до 6 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an outer tube diameter of 5 to 6 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют наружный диаметр трубки 6 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have an outer tube diameter of 6 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют толщину стенки от 0,1 до 0,4 мм. Толщина стенки может быть определена как наружный диаметр трубки минус внутренний диаметр трубки.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have a wall thickness of 0.1 to 0.4 mm. The wall thickness can be defined as the outside diameter of the tube minus the inside diameter of the tube.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют толщину стенки от 0,1 до 0,3 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have a wall thickness of 0.1 to 0.3 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют толщину стенки от 0,2 до 0,3 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have a wall thickness of 0.2 to 0.3 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют толщину стенки от 1 до 4 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have a wall thickness of 1 to 4 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют толщину стенки от 1 до 3 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have a wall thickness of 1 to 3 mm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют толщину стенки от 2 до 3 мм.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have a wall thickness of 2 to 3 mm.
Толщину стенки от 0,1 до 4 мм используют, главным образом, когда одна или несколько спиральных трубок изготовлены из полимерного материала, тогда как толщину от 1 до 4 мм используют, главным образом, когда одна или несколько спиральных трубок изготовлены из кварцевого стекла. Однако, толщина одной или нескольких спиральных трубок зависит от коэффициента пропускания излучения одного или нескольких источников излучения. Чем больше коэффициент пропускания, тем более толстыми могут быть изготовлены стенки.A wall thickness of 0.1 to 4 mm is mainly used when one or more spiral tubes are made of polymeric material, while a thickness of 1 to 4 mm is mainly used when one or more spiral tubes are made of quartz glass. However, the thickness of one or more spiral tubes depends on the radiation transmittance of one or more radiation sources. The higher the transmittance, the thicker the walls can be made.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок обвиты вокруг стойки.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes are wrapped around the post.
Одним из преимуществ использования стойки для намотки вокруг нее одной или нескольких трубок является то, что стойка придает одной или нескольким спиральным трубкам устойчивость, если указанные трубки, например, изготовлены из гибкого материала. Следовательно, стойка может обеспечивать устойчивость спирали. Кроме этого, стойка может иметь другое преимущество, например, способствовать увеличению количества световой энергии, достигающей одной или нескольких спиральных трубок, если, например, изготовлена из отражающего материала.One of the advantages of using a stand to wind one or more tubes around it is that the stand gives stability to one or more helical tubes if said tubes, for example, are made of a flexible material. Therefore, the post can provide stability to the helix. In addition, the rack may have another advantage, such as increasing the amount of light energy reaching one or more spiral tubes, if, for example, it is made of a reflective material.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок обвиты вокруг стойки так, что образуется конусообразный змеевик. Это означает, что начало змеевика уже, чем конец змеевика, или начало змеевика шире, чем конец змеевика. В результате может быть получен пирамидальный змеевик.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes are wrapped around the rack so that a cone-shaped coil is formed. This means that the start of the coil is narrower than the end of the coil, or the start of the coil is wider than the end of the coil. As a result, a pyramidal coil can be obtained.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок включают только одну спиральную трубку. В другом варианте осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок обвиты вокруг стойки парами, по меньшей мере, из двух трубок.In one or more embodiments of the invention, one or more coiled tubes include only one coiled tube. In another embodiment of the invention, one or more spiral tubes are wound around the post in pairs of at least two tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения стойка изготовлена из отражающего материала.In one or more embodiments of the invention, the rack is made of a reflective material.
Отражающий материал может представлять собой, помимо прочего, дихроичный отражающий материал, такой как алюминий, нержавеющая сталь, хром или серебро.The reflective material may be, among other things, a dichroic reflective material such as aluminium, stainless steel, chromium or silver.
Отражающий материал также может представлять собой частично отражающие материалы, такие как тефлоновые (Teflon) материалы, такие как перфторалкоксиалканы (PFA), политетрафторэтилен (PTFE), фторированный этилен-пропилен (FEP). Отражательная способность материалов зависит от угла распространения излучения относительно материала.The reflective material may also be partially reflective materials such as Teflon materials such as perfluoroalkoxyalkanes (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorinated ethylene propylene (FEP). The reflectivity of materials depends on the angle of radiation propagation relative to the material.
Политетрафторэтилен (PTFE) является синтетическим фторполимером тетрафторэтилена, имеющим множество вариантов применения. Наиболее известной торговой маркой композиций на основе PTFE является Тефлон. PTFE представляет собой фторуглеродное твердое тело, поскольку является высокомолекулярным соединением, полностью состоящим из углерода и фтора. PTFE является гидрофобным: ни вода, не содержащие воду вещества не смачивают PTFE, так как фторуглероды, из-за высокой электроотрицательности фтора, проявляют умеренные лондоновские дисперсионные силы. PTFE характеризуется наименьшим коэффициентом трения среди твердых тел.Polytetrafluoroethylene (PTFE) is a synthetic fluoropolymer of tetrafluoroethylene with many applications. The best-known trade name for PTFE-based compositions is Teflon. PTFE is a fluorocarbon solid because it is a high molecular weight compound composed entirely of carbon and fluorine. PTFE is hydrophobic: neither water nor water-containing substances wet PTFE, since fluorocarbons, due to the high electronegativity of fluorine, exhibit moderate London dispersion forces. PTFE has the lowest coefficient of friction among solids.
Перфторалкоксиалканы (PFA) являются фторполимерами. Это сополимеры тетрафторэтилена (C2F4) и перфторэфиров (C2F3ORf, где Rf означает перфторуглеродную группу, такую как, например, трифторметил (CF3)). Свойства PFA подобны свойствам PTFE. Одно из значительных различий состоит в том, что алкокси-заместители придают полимеру свойства, делающие возможным его обработку в расплавленном состоянии. На молекулярном уровне PFА имеет более короткую цепь и большую степень зацепления между цепями, чем фторполимеры. Он также содержит атом кислорода в боковых цепях. Благодаря этому получаемый материал более светопрозрачный, характеризуется улучшенным сопротивлением течению, сопротивлением ползучести и термостойкостью, сравнимыми или превосходящими аналогичные параметры PTFE.Perfluoroalkoxyalkanes (PFA) are fluoropolymers. These are copolymers of tetrafluoroethylene (C 2 F 4 ) and perfluoroethers (C 2 F 3 OR f , where R f is a perfluorocarbon group such as, for example, trifluoromethyl (CF 3 )). The properties of PFA are similar to those of PTFE. One significant difference is that the alkoxy substituents impart properties to the polymer that allow it to be processed in the molten state. At the molecular level, PFA has a shorter chain and a greater degree of chain linking than fluoropolymers. It also contains an oxygen atom in the side chains. As a result, the resulting material is more translucent, with improved flow resistance, creep resistance and heat resistance comparable to or better than PTFE.
Фторированный этилен-пропилен (FEP) представляет собой сополимер гексафторпропилена и тетрафторэтилена. Он отличается от PTFE тем, что может быть подвергнут обработке в расплавленном состоянии обычными способами литья под давлением и экструдирования на червячном экструдере. Фторированный этилен-пропилен продается под торговой маркой Teflon FEP. Другими торговыми марками являются Neoflon FEP или Dyneon FEP. По составу FEP очень похож на фторполимеры PTFE и PFA. FEP мягче, чем PTFE, и плавится, примерно, при 260°С. FEP чрезвычайно прозрачен и устойчив к солнечному свету.Fluorinated ethylene propylene (FEP) is a copolymer of hexafluoropropylene and tetrafluoroethylene. It differs from PTFE in that it can be melt processed by conventional injection molding and screw extrusion processes. Fluorinated ethylene propylene is sold under the brand name Teflon FEP. Other brand names are Neoflon FEP or Dyneon FEP. The composition of FEP is very similar to the fluoropolymers PTFE and PFA. FEP is softer than PTFE and melts at approximately 260°C. FEP is extremely transparent and resistant to sunlight.
FEP и PFA также обладают свойственными PTFE полезными свойствами: низким коэффициентом трения и низкой реакционноспособностью, но легче поддаются формованию.FEP and PFA also have the beneficial properties of PTFE, low friction and low reactivity, but are easier to mold.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения стойка изготовлена из отражающего полимерного материала.In one or more embodiments of the invention, the rack is made of a reflective polymeric material.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения стойка покрыта металлизированной пленкой.In one or more embodiments of the invention, the rack is covered with a metallized film.
Металлизированные пленки представляют собой полимерные пленки, на которые нанесен тонкий слой металла, такого как, помимо прочего, алюминий. Они имеют глянцевый внешний вид металлической фольги при сниженном весе и меньшей стоимости.Metallized films are polymeric films that have been coated with a thin layer of a metal such as, but not limited to, aluminum. They have the glossy appearance of metal foil at a reduced weight and lower cost.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения стойка изготовлена из политетрафторэтилена (PTFE).In one or more embodiments of the invention, the rack is made of polytetrafluoroethylene (PTFE).
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения стойка является одним или несколькими источниками излучения.In one or more embodiments of the invention, the rack is one or more radiation sources.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют длину в сжатом состоянии от впускного конца до выпускного конца от 100 мм до 400 мм. Длина в сжатом состоянии - это длина одной или нескольких спиральных трубок в той форме, в которой они установлены в фотобиореакторе, без растягивания или сдавливания одной, или нескольких спиральных трубок, то есть, размер от впускного конца до выпускного конца.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes have a compressed length from the inlet end to the outlet end from 100 mm to 400 mm. The collapsed length is the length of one or more coiled tubes in the form in which they are installed in the photobioreactor, without stretching or squeezing one or more coiled tubes, that is, the dimension from the inlet end to the outlet end.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок имеют длину в растянутом состоянии/свободную длину от впускного конца до выпускного конца от 5 м до 20 м. Длина в растянутом состоянии/свободная длина - это общая длина одной трубки из одной или нескольких спиральных трубок. Общая длина одной трубки равна общему расстоянию, которое должна пройти единица жидкого пищевого продукта по одной или нескольким спиральным трубкам.In one or more embodiments of the invention, one or more coiled tubes have a stretched length/free length from the inlet end to the outlet end from 5 m to 20 m. The stretched length/free length is the total length of one tube of one or more spiral tubes. The total length of one tube is equal to the total distance that a unit of liquid food product must travel through one or more spiral tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок изготовлены из полимерного материала или кварцевого стекла, прозрачных для УФ излучения. Однако, одна или несколько спиральных трубок могут быть изготовлены из любого материала при условии, что указанный материал более или менее прозрачен для излучения одного или нескольких источников излучения.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes are made of a polymeric material or quartz glass that is transparent to UV radiation. However, one or more spiral tubes can be made of any material, provided that said material is more or less transparent to the radiation of one or more radiation sources.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок изготовлены из материала, выбранного из фторированного этилен-пропилена (FEP), политетрафторэтилена (PTFE) или перфторалкоксиалканов (PFA). Одна или несколько спиральных трубок могут быть изготовлены из любого материала со свойствами, аналогичными свойствам FEP, PTFE или PFA.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes are made from a material selected from fluorinated ethylene propylene (FEP), polytetrafluoroethylene (PTFE), or perfluoroalkoxyalkanes (PFA). One or more spiral tubes can be made from any material with similar properties to FEP, PTFE or PFA.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок изготовлены из аморфного фторполимера (AF). Одна или несколько спиральных трубок могут быть изготовлены из любого материала со свойствами, аналогичными свойствам AF.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes are made from an amorphous fluoropolymer (AF). One or more spiral tubes can be made from any material with properties similar to those of AF.
Аморфный фторполимер (AF) - это семейство аморфных фторпластмасс. Эти материалы подобны другим аморфным полимерам в отношении оптической прозрачности и механических свойств, включая прочность. Эти материалы сравнимы с другими фторпластмассами по параметрам в широком диапазоне температур, высокой химической стойкости и исключительным электрическим свойствам. Полимеры AF отличаются от других фторпластмасс тем, что растворимы в определенных растворителях, обладают высокой газопроницаемостью, высокой прессуемостью, высоким сопротивлением ползучести и низкой теплопроводностью. Полимеры AF характеризуются самой низкой диэлектрической постоянной из известных твердых полимеров. Полимеры AF обладают низким коэффициентом отражения по сравнению со многими известными полимерами.Amorphous fluoropolymer (AF) is a family of amorphous fluoroplastics. These materials are similar to other amorphous polymers in terms of optical clarity and mechanical properties, including strength. These materials are comparable to other fluoroplastics in terms of performance over a wide temperature range, high chemical resistance and exceptional electrical properties. AF polymers differ from other fluoroplastics in that they are soluble in certain solvents, have high gas permeability, high compressibility, high creep resistance, and low thermal conductivity. AF polymers have the lowest dielectric constant of known solid polymers. AF polymers have low reflectivity compared to many known polymers.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения впускной конец и выпускной конец спроектированы так, что жидкий пищевой продукт входит и выходит из одной или нескольких спиральных трубок аксиально. Это означает, что жидкость выходит из выпускного конца более или менее аксиально относительно тому, как она вошла во впускной конец.In one or more embodiments of the invention, the inlet end and the outlet end are designed such that the liquid food product enters and exits one or more spiral tubes axially. This means that the fluid exits the outlet end more or less axially relative to how it entered the inlet end.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения впускной конец и выпускной конец спроектированы так, что жидкий пищевой продукт протекает, в целом, вертикально по одной или нескольким спиральным трубкам при взгляде от впускного конца к выпускному концу. Это означает, что жидкий пищевой продукт поступает в одну или несколько спиральных трубок через впуск вертикально, протекает по одной или нескольким спиральным трубкам и вертикально выходит через выпуск, тем самым, в целом, перемещаясь вертикально.In one or more embodiments of the invention, the inlet end and the outlet end are designed such that the liquid food product flows generally vertically through one or more helical tubes as viewed from the inlet end to the outlet end. This means that the liquid food product enters one or more spiral tubes through the inlet vertically, flows through one or more spiral tubes and exits vertically through the outlet, thereby generally moving vertically.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения впускной конец и выпускной конец спроектированы так, что жидкий пищевой продукт протекает, в целом, горизонтально по одной или нескольким спиральным трубкам при взгляде от впускного конца к выпускному концу. Это означает, что жидкий пищевой продукт поступает в одну или несколько спиральных трубок через впуск горизонтально, протекает по одной или нескольким спиральным трубкам и горизонтально выходит через выпуск, тем самым, в целом, перемещаясь горизонтально.In one or more embodiments of the invention, the inlet end and the outlet end are designed such that the liquid food product flows generally horizontally through one or more helical tubes as viewed from the inlet end to the outlet end. This means that the liquid food product enters one or more spiral tubes through the inlet horizontally, flows through one or more spiral tubes, and exits horizontally through the outlet, thereby generally moving horizontally.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения соединены с одним или несколькими волокнами, направляющими излучение 180-300 нм от одного или нескольких источников излучения к одной или нескольким спиральным трубкам. Это означает, что излучение источника излучения направляется посредством/через одно или несколько волокон к одной или нескольким спиральным трубкам. Волокно может представлять собой оптическое волокно. Оптическое волокно является гибким, прозрачным волокном, изготовленным, например, путем вытягивания стекла (оксида кремния) или пластика до заданного диаметра. Оптические волокна могут быть использованы в качестве средства передачи излучения между двумя концами волокна.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources are connected to one or more fibers directing 180-300 nm radiation from one or more radiation sources to one or more spiral tubes. This means that the radiation of the radiation source is directed through/through one or more fibers to one or more helical tubes. The fiber may be an optical fiber. An optical fiber is a flexible, transparent fiber made, for example, by drawing glass (silicon oxide) or plastic to a predetermined diameter. Optical fibers can be used as a means of transmitting radiation between two ends of a fiber.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один источник излучения и множество волокон использованы для освещения одной или нескольких спиральных трубок.In one or more embodiments of the invention, a single radiation source and a plurality of fibers are used to illuminate one or more spiral tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения выбраны из ртутной лампы, ксеноновой лампы и светодиода (liquid emitting diode, LED). В соответствии с настоящим изобретением, источник излучения может представлять собой любой источник излучения, пригодный для получения излучения в диапазоне длин волн от 180 нм до 300 нм.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources are selected from a mercury lamp, a xenon lamp, and an LED (liquid emitting diode, LED). In accordance with the present invention, the radiation source may be any radiation source suitable for producing radiation in the wavelength range from 180 nm to 300 nm.
Ртутная лампа представляет собой газоразрядную лампу, в которой для получения излучения используется электрическая дуга в парах ртути. Дуговой разряд может быть заключен в небольшой лампе из плавленого кварца.A mercury lamp is a gas-discharge lamp that uses an electric arc in mercury vapor to produce radiation. The arc discharge can be enclosed in a small fused quartz lamp.
Светодиод (LED) представляет собой двухпроводный полупроводниковый источник излучения. Это плоскостной диод с р-n-переходом, который, будучи активированным, испускает излучение. Когда к проводам приложено надлежащее напряжение, электроды способны к рекомбинации с электронными дырками внутри устройства, при этом выделяется энергия в форме фотонов. Этот эффект называют электролюминесценцией, а цвет излучения (соответствующий энергии фотона) определяется энергией запрещенной зоны полупроводника. LED обычно имеют небольшой размер (менее 1 мм), и для моделирования излучения могут быть использованы интегральные оптические компоненты.Light emitting diode (LED) is a two-wire semiconductor source of radiation. It is a p-n-junction in-plane diode that, when activated, emits radiation. When the proper voltage is applied to the wires, the electrodes are able to recombine with the electron holes inside the device, releasing energy in the form of photons. This effect is called electroluminescence, and the color of the radiation (corresponding to the energy of the photon) is determined by the band gap energy of the semiconductor. LEDs are usually small (less than 1 mm), and integrated optical components can be used to simulate radiation.
Ксеноновая дуговая лампа - это специализированный тип газоразрядной лампы, электрическая лампа, испускающая излучение при прохождении электрического тока через ионизированный газообразный ксенон высокого давления. Она дает яркий белый свет, довольно точно имитирующий естественный солнечный свет. Особый тип ксеноновых ламп используют в автомобилях. Это, по существу, металлогалогенная лампа, в которой ксеноновая дуга используется только во время запуска.A xenon arc lamp is a specialized type of gas discharge lamp, an electric lamp that emits radiation when an electric current is passed through high-pressure ionized xenon gas. It produces a bright white light that mimics natural sunlight fairly accurately. A special type of xenon lamps are used in automobiles. It is essentially a metal halide lamp in which the xenon arc is only used during start up.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения представляют собой металлогалогенную лампу. Металлогалогенная лампа представляет собой электрическую лампу, которая испускает излучение благодаря созданию электрической дуги в газообразной смеси парообразных ртути и галогенидов металла. Она относится к типу газоразрядных ламп высокой интенсивности. Они подобны ртутным лампам, однако, в кварцевой лампе дополнительно присутствует галогенид металла, который может повышать эффективность и улучшать цветность излучения.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources are a metal halide lamp. A metal halide lamp is an electric lamp that emits radiation by creating an electric arc in a gaseous mixture of vaporous mercury and metal halides. It belongs to the type of high-intensity discharge lamps. They are similar to mercury lamps, however, in a quartz lamp, an additional metal halide is present, which can increase efficiency and improve the color of the radiation.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения выбраны из источников излучения, излучающих в УФ диапазоне спектра С (УФС).In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources are selected from radiation sources emitting in the UV range of the spectrum (UFS).
УФ диапазон может быть разделен на несколько меньших областей: УФА, 315-400 нм; УФВ, 280-315 нм; УФС, 100-280 нм; ближняя УФ область, 300-400 нм; средняя УФ область, 200-300 нм; дальняя УФ область, 122-200 нм.The UV range can be divided into several smaller regions: UVA, 315-400 nm; UVB, 280-315 nm; UVS, 100-280 nm; near UV region, 300-400 nm; medium UV region, 200-300 nm; far UV region, 122-200 nm.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения выбраны из источников излучения, излучающих в средней УФ области.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources are selected from radiation sources emitting in the mid-UV region.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения представляют собой бактерицидную лампу низкого давления, такую как ртутная лампа низкого давления.In one or more embodiments of the invention, the one or more radiation sources is a low pressure germicidal lamp, such as a low pressure mercury lamp.
Бактерицидная лампа низкого давления может представляют собой УФ лампу, значительная часть излучаемой мощности которой соответствует диапазону УФС, такую как ртутная лампа низкого давления или амальгамная лампа низкого давления.The low pressure germicidal lamp may be a UV lamp, a significant portion of the emitted power of which is in the UVC range, such as a low pressure mercury lamp or a low pressure amalgam lamp.
Амальгамная лампа низкого давления представляет собой лампу, в которой ртуть соединена с другим элементом (часто галлием), поэтому также называется амальгамной.A low pressure amalgam lamp is a lamp in which mercury is combined with another element (often gallium), which is why it is also called an amalgam lamp.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения функционируют при температуре лампы от 0°С до 120°С.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources operate at a lamp temperature from 0°C to 120°C.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения функционируют при температуре лампы от 20°С до 60°С.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources operate at a lamp temperature from 20°C to 60°C.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения функционируют при температуре лампы от 30°С до 50°С.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources operate at a lamp temperature from 30°C to 50°C.
В соответствии с настоящем изобретением, одно из преимуществ использования источника излучения с меньшей температурой лампы может заключаться в том, что от источника излучения к жидкому пищевому продукту передается меньше тепла. Благодаря этому могут быть снижены требования к охлаждению жидкого пищевого продукта во время работы биореактора.In accordance with the present invention, one advantage of using a light source with a lower lamp temperature may be that less heat is transferred from the light source to the liquid food product. Due to this, the requirements for cooling the liquid food product during the operation of the bioreactor can be reduced.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения функционируют при температуре лампы 40°С.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources operate at a lamp temperature of 40°C.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения расположены снаружи одной или нескольких спиральных трубок.In one or more embodiments of the invention, one or more radiation sources are located outside one or more spiral tubes.
В другом варианте осуществления изобретения один или несколько источников излучения расположены внутри одной или нескольких спиральных трубок. В других вариантах осуществления изобретения один или несколько источников излучения расположены и внутри одной или нескольких спиральных трубок, и снаружи одной или нескольких спиральных трубок.In another embodiment of the invention, one or more radiation sources are located inside one or more spiral tubes. In other embodiments of the invention, one or more radiation sources are located both inside one or more spiral tubes and outside one or more spiral tubes.
Расположение одного или нескольких источников излучения может быть изменено в соответствии с общей компоновкой биореактора так, чтобы достичь наибольшей возможной передачи энергии от одного или нескольких источников излучения к жидкому пищевому продукту внутри одной или нескольких спиральных трубок.The location of one or more radiation sources can be changed in accordance with the overall layout of the bioreactor so as to achieve the greatest possible transfer of energy from one or more radiation sources to the liquid food product within one or more spiral tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения один или несколько фильтров выбраны из полосно-пропускающих фильтров, узкополосных режекторных фильтров или их сочетания.In one or more embodiments of the invention, one or more filters are selected from bandpass filters, notch filters, or combinations thereof.
Одним из преимуществ использования одного или нескольких фильтров (например, полосно-пропускающего фильтра или узкополосного режекторного фильтра) является то, что может быть исключено фотоокисление излучением с большей длиной волны. Например, предпочтительно исключить фотоокисление рибофлавина (длина волны около 446 нм), но также предпочтительно исключить фотоокисление и других компонентов жидкого пищевого продукта, из-за которого усиливается горький привкус и ухудшается запах/вкус указанного пищевого продукта. Кроме этого, фильтры могут исключить контакт горячего воздуха с одним или несколькими змеевиками, тем самым, предотвращая нагревание жидкого пищевого продукта.One of the advantages of using one or more filters (eg, a bandpass filter or a notch filter) is that photooxidation by longer wavelength radiation can be eliminated. For example, it is preferable to exclude photooxidation of riboflavin (wavelength about 446 nm), but it is also preferable to exclude photooxidation of other components of the liquid food product, which increases the bitter taste and deteriorates the smell/taste of the specified food product. In addition, the filters can prevent hot air from contacting one or more coils, thereby preventing the liquid food product from heating up.
Полосно-пропускающий фильтра представляет собой устройство, пропускающее частоты определенного диапазона и подавляющее/ослабляющее частоты за пределами этого диапазона.A bandpass filter is a device that passes frequencies in a certain range and attenuates/attenuates frequencies outside that range.
Узкополосный режекторный фильтр является полосно-заграждающим фильтром с узкой полосой заграждения. При обработке сигнала, полосно-заграждающий фильтр или узкополосный режекторный фильтр - это фильтр, который большую часть частот пропускает неизменными, но подавляет/ослабляет частоты определенного диапазона до очень низкого уровня. Это противоположность полосно-пропускающего фильтра.The notch filter is a bandstop filter with a narrow stopband. In signal processing, a notch filter or notch filter is a filter that passes most of the frequencies unchanged, but attenuates/attenuates the frequencies of a certain range to a very low level. This is the opposite of a band pass filter.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения фотобиореактор дополнительно содержит корпус реактора. Корпус реактора имеет модульную конструкцию, следовательно, не имеет минимальной или максимальной длины. Размер корпуса реактора зависит от размера одного или нескольких источников излучения, одной или нескольких спиральных трубок и других конструкционных особенностей биореактора. Наличие корпуса реактора может быть желательным, поскольку он удерживает излучение внутри реактора и отражает его в направлении одной или нескольких спиральных трубок.In one or more embodiments of the invention, the photobioreactor further comprises a reactor vessel. The reactor vessel has a modular design and therefore has no minimum or maximum length. The size of the reactor vessel depends on the size of one or more radiation sources, one or more spiral tubes, and other design features of the bioreactor. The presence of a reactor vessel may be desirable because it traps radiation within the reactor and reflects it towards one or more helical tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько спиральных трубок, один или несколько источников излучения и один или несколько фильтров заключены внутри корпуса реактора.In one or more embodiments of the invention, one or more spiral tubes, one or more radiation sources, and one or more filters are enclosed within the reactor vessel.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения корпус реактора изготовлен из материала, отражающего излучение УФС. Материал, отражающий излучение УФС, может представлять собой материал, отражающий излучение в диапазоне от 100 нм до 300 нм. Одним из преимуществ использования материала, отражающего излучение УФС, может быть сведение к минимуму энергии, необходимой для работы реактора, так как в направлении одной или нескольких спиральных трубок может быть отражено больше излучения.In one or more embodiments of the invention, the reactor vessel is made of a material that reflects UVC radiation. The material reflecting UVC radiation may be a material reflecting radiation in the range of 100 nm to 300 nm. One of the advantages of using a material that reflects UVC radiation can be to minimize the energy required to operate the reactor, since more radiation can be reflected in the direction of one or more spiral tubes.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения корпус реактора изготовлен из отражающего политетрафторэтилена (PTFE).In one or more embodiments of the invention, the reactor vessel is made of reflective polytetrafluoroethylene (PTFE).
Политетрафторэтилен (PTFE) является синтетическим фторполимером тетрафторэтилена, имеющим множество вариантов применения. Наиболее известной торговой маркой композиций на основе PTFE является Тефлон. PTFE представляет собой фторуглеродное твердое тело, поскольку является высокомолекулярным соединением, полностью состоящим из углерода и фтора. PTFE является гидрофобным: ни вода, не содержащие воду вещества не смачивают PTFE, так как фторуглероды, из-за высокой электроотрицательности фтора, проявляют умеренные лондоновские дисперсионные силы. PTFE характеризуется наименьшим коэффициентом трения среди твердых тел.Polytetrafluoroethylene (PTFE) is a synthetic fluoropolymer of tetrafluoroethylene with many applications. The best-known trade name for PTFE-based compositions is Teflon. PTFE is a fluorocarbon solid because it is a high molecular weight compound composed entirely of carbon and fluorine. PTFE is hydrophobic: neither water nor water-containing substances wet PTFE, since fluorocarbons, due to the high electronegativity of fluorine, exhibit moderate London dispersion forces. PTFE has the lowest coefficient of friction among solids.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения фотобиореактор дополнительно содержит средство воздушного охлаждения одного или нескольких источников излучения. В зависимости от температуры лампы, для поддержания приемлемой температуры жидкого пищевого продукта во время прохождения по жидкостной траектории может потребоваться дополнительное охлаждение.In one or more embodiments of the invention, the photobioreactor further comprises means for air cooling one or more radiation sources. Depending on the temperature of the lamp, additional cooling may be required to maintain an acceptable temperature of the liquid food product during its passage through the liquid path.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения поток воздуха для охлаждения источников излучения представляет собой поток воздуха от одной стороны до другой стороны фотобиореактора.In one or more embodiments of the invention, the airflow for cooling the radiation sources is an airflow from side to side of the photobioreactor.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения поток воздуха для охлаждения источников излучения представляет собой поток воздуха из верхней части фотобиореактора к нижней части фотобиореактора. В качестве альтернативы, этот поток может быть направлен снизу-вверх или представлять собой сочетание потока от одной стороны до другой стороны и потока снизу/сверху вверх/вниз.In one or more embodiments of the invention, the airflow for cooling the radiation sources is an airflow from the top of the photobioreactor to the bottom of the photobioreactor. Alternatively, this flow may be bottom-up or a combination of side-to-side flow and bottom/top-up/down flow.
Поток воздуха для охлаждения ламп может быть различным образом отрегулирован так, чтобы оптимально охлаждать лампы до заданной температуры. Воздух также может проходить через среднюю часть ламп с целью оптимального охлаждения.The air flow for cooling the lamps can be adjusted in various ways so as to optimally cool the lamps to the desired temperature. Air can also flow through the middle of the lamps for optimal cooling.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения фотобиореактор дополнительно содержит блок управления.In one or more embodiments of the invention, the photobioreactor further comprises a control unit.
Блок управления может представлять собой блок, пригодный для измерения и регулирования, например, скорости потока, температуры, интенсивности излучения и множества других свойств. Одним из преимуществ использования блока управления может быть автоматическое управление биореактором. Кроме этого, при помощи блока управления может быть создана система наблюдения, которая, например, в случае снижения давления, повышения температуры или снижения интенсивности излучения может уведомлять оператора.The control unit may be a unit capable of measuring and controlling, for example, flow rate, temperature, radiation intensity, and a variety of other properties. One of the advantages of using a control unit can be the automatic control of the bioreactor. In addition, a monitoring system can be set up using the control unit, which, for example, in the event of a decrease in pressure, an increase in temperature or a decrease in radiation intensity, can notify the operator.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения блок управления содержит электронный регулятор температуры и регулятор расхода.In one or more embodiments of the invention, the control unit includes an electronic temperature controller and a flow controller.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения блок управления осуществляет автоматическое регулирование температуры лампы и скорости потока жидкости по жидкостной траектории. Преимуществом использования автоматического регулирования может быть экономия времени пользователя благодаря сокращению времени, необходимого для наблюдения за системой и выполнения регулирования параметров системы вручную. Кроме этого, при наличии блока управления может быть создана система наблюдения, которая, например, в случае снижения давления, повышения температуры или снижения интенсивности излучения может уведомлять оператора. Кроме этого, блок управления может автоматически реагировать на снижение давления, увеличение температуры или снижение интенсивности излучения. В качестве альтернативы, блок управления может останавливать реактор, если не способен противодействовать различным нарушениям процесса.In one or more embodiments of the invention, the control unit automatically controls the lamp temperature and the fluid flow rate along the fluid path. The benefit of using automatic control can be to save user time by reducing the time required to monitor the system and perform manual adjustments to system parameters. In addition, in the presence of a control unit, a monitoring system can be created, which, for example, in the event of a decrease in pressure, an increase in temperature or a decrease in radiation intensity, can notify the operator. In addition, the control unit can automatically respond to a decrease in pressure, an increase in temperature or a decrease in radiation intensity. Alternatively, the control unit may shut down the reactor if it is unable to counteract various process disturbances.
Другим аспектом настоящего изобретения является применение фотобиореактора, описанного в настоящем документе, для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов.Another aspect of the present invention is the use of the photobioreactor described herein for cold pasteurization of liquid food products.
Холодная пастеризация может представлять собой частичную стерилизацию вещества, в частности, жидкости способом, при котором избегают нагревания, как основного средства уничтожения нежелательных организмов, без значительного изменения вещества. Избегать не означает исключать, но только сокращать. В соответствии с настоящим изобретением, одним из преимуществ использования излучения в качестве средства холодной пастеризации является то, что это очень энергоэффективный способ частичной стерилизации.Cold pasteurization may be the partial sterilization of a substance, in particular a liquid, in a manner that avoids heat as the primary means of killing unwanted organisms, without significantly altering the substance. To avoid does not mean to exclude, but only to reduce. In accordance with the present invention, one of the advantages of using radiation as a means of cold pasteurization is that it is a very energy efficient method of partial sterilization.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения жидкие пищевые продукты выбраны из жидких молочных продуктов.In one or more embodiments of the invention, liquid food products are selected from liquid dairy products.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения жидкие пищевые продукты выбраны из сырого молока, молока, сока, кофе, чая, соевого молока, сойлента, содовой воды, бульона, супа, пива, фруктовых напитков, белкового коктейля, жидкого заменителя пищи, сливок, вина, майонеза, кетчупа, сиропа, меда или непрозрачной технологической воды.In one or more embodiments of the invention, liquid food products are selected from raw milk, milk, juice, coffee, tea, soy milk, soylent, soda water, broth, soup, beer, fruit drinks, protein shake, liquid meal replacement, cream, wine , mayonnaise, ketchup, syrup, honey or opaque process water.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 2-Log10. Биологический загрязнитель может представлять собой, например, бактерии, споры, плесень или вирусы.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 2-Log 10 . The biological contaminant may be, for example, bacteria, spores, molds or viruses.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 3-Log10.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 3-Log 10 .
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 4-Log10.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 4-Log 10 .
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 5-Log10.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 5-Log 10 .
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 6-Log10.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 6-Log 10 .
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель выбран из Campylobacter jejuni, Shigella, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium paratuberculosis, Salmonella spp., Yersinia enterocolitica, Brucella spp., Staphylococcus spp., Lactobacillus casei, Mycobacterium avium subspecies, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Enterococcus spp. или Entrerobacter spp.In one or more embodiments, the biological contaminant is selected from Campylobacter jejuni, Shigella, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium paratuberculosis, Salmonella spp., Yersinia enterocolitica, Brucella spp., Staphylococcus spp., Lactobacillus casei, Mycobacterium avium subspecies, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Enterococcus spp. or Enterrobacter spp.
Другим аспектом настоящего изобретения является применение фотобиореактора, описанного в настоящем документе, для уничтожения в жидких пищевых продуктах микроорганизмов, таких как бактерии, плесень, споры или вирусы.Another aspect of the present invention is the use of the photobioreactor described herein to kill micro-organisms such as bacteria, mold, spores or viruses in liquid foods.
Под уничтожением понимается сокращение количества активных или живых микроорганизмов. Микроорганизмы, встречающиеся в жидких пищевых продуктах, могут присутствовать в них из-за загрязнения в процессе обработки указанных жидких пищевых продуктов. Обычными бактериальными загрязнителями, например, молочных продуктов могут быть, например, Lactobacillus casei, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Mycobacterium avium подвид paratuberculosis (MAP), Staphylococcus aureus или Streptococcus spp.Killing refers to the reduction in the number of active or living microorganisms. Microorganisms found in liquid food products may be present due to contamination during processing of said liquid food products. Common bacterial contaminants in, for example, dairy products may be, for example, Lactobacillus casei, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP), Staphylococcus aureus or Streptococcus spp.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения жидкие пищевые продукты выбраны из жидких молочных продуктов.In one or more embodiments of the invention, liquid food products are selected from liquid dairy products.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения жидкие пищевые продукты выбраны из сырого молока, молока, сока, кофе, чая, соевого молока, сойлента, содовой воды, бульона, супа, пива, фруктовых напитков, белкового коктейля, жидкого заменителя пищи, сливок, вина, майонеза, кетчупа, сиропа, меда или непрозрачной технологической воды.In one or more embodiments of the invention, liquid food products are selected from raw milk, milk, juice, coffee, tea, soy milk, soylent, soda water, broth, soup, beer, fruit drinks, protein shake, liquid meal replacement, cream, wine , mayonnaise, ketchup, syrup, honey or opaque process water.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 2-Log10, например, по меньшей мере, 3-Log10, например, по меньшей мере, 4-Log10, например, по меньшей мере, 5-Log10, например, по меньшей мере, 6-Log10. Биологический загрязнитель может представлять собой, например, бактерии, споры, плесень или вирусы.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced in multiples of at least 2-Log 10 , such as at least 3-Log 10 , such as at least 4-Log 10 , such as at least 5-Log 10 , such as at least 6-Log 10 . The biological contaminant may be, for example, bacteria, spores, molds or viruses.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 5-Log10.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 5-Log 10 .
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель инактивируют или уменьшают его количество кратно, по меньшей мере, 6-Log10.In one or more embodiments of the invention, the biological contaminant is inactivated or reduced by a multiple of at least 6-Log 10 .
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения биологический загрязнитель выбран из Campylobacter jejuni, Shigella, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium paratuberculosis, Salmonella spp., Yersinia enterocolitica, Brucella spp., Staphylococcus spp., Lactobacillus casei, Mycobacterium avium subspecies, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Enterococcus spp. или Entrerobacter spp.In one or more embodiments, the biological contaminant is selected from Campylobacter jejuni, Shigella, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium paratuberculosis, Salmonella spp., Yersinia enterocolitica, Brucella spp., Staphylococcus spp., Lactobacillus casei, Mycobacterium avium subspecies, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Enterococcus spp. or Enterrobacter spp.
При описании вариантов осуществления настоящего изобретения, сочетания и перестановочные трансформации всех возможных вариантов осуществления изобретения явным образом не описаны. Однако, сам факт, что определенные признаки описаны в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения или в разных вариантах осуществления изобретения, не означает, что сочетание этих признаков не может быть выгодным. Настоящим изобретением предусматриваются все возможные сочетания и перестановочные трансформации описанных вариантов его осуществления.When describing embodiments of the present invention, combinations and permutation transformations of all possible embodiments of the invention are not explicitly described. However, the mere fact that certain features are described in different dependent claims or in different embodiments of the invention does not mean that a combination of these features cannot be advantageous. The present invention provides for all possible combinations and permutation transformations of the described embodiments.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На фиг. 1 представлен вид с пространственным разделением деталей одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, на котором показаны корпус реактора, спиральные трубки с впуском и выпуском, стойка и фильтр.In FIG. 1 is an exploded view of one embodiment of the present invention showing a reactor vessel, inlet and outlet spiral tubes, rack, and filter.
На фиг. 2 представлен вид сбоку одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, на котором показаны два корпуса реактора, два выпуска, два фильтра и множество источников излучения.In FIG. 2 is a side view of one embodiment of the present invention showing two reactor vessels, two outlets, two filters, and a plurality of radiation sources.
На фиг. 3 представлен вид сбоку одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, на котором показаны два корпуса реактора, два выпуска, два фильтра и множество источников излучения.In FIG. 3 is a side view of one embodiment of the present invention showing two reactor vessels, two outlets, two filters, and a plurality of radiation sources.
На фиг. 4 представлен сквозной вид сбоку одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, на котором показаны два корпуса реактора (части корпуса реактора видимы насквозь), два выпуска, два фильтра (фильтры видимы насквозь) и множество источников излучения.In FIG. 4 is a side-through side view of one embodiment of the present invention showing two reactor vessels (parts of the reactor vessel are visible through), two outlets, two filters (filters are visible through), and a plurality of radiation sources.
На фиг. 5 представлен сквозной вид спереди одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, на котором показаны корпус реактора, спиральная трубка со впуском и выпуском, стойка и фильтр.In FIG. 5 is a front through view of one embodiment of the present invention showing the reactor vessel, inlet and outlet spiral tube, rack, and filter.
На фиг. 6 представлен вид сбоку в сечении одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, на котором показаны корпус реактора, спиральная трубка со впуском и выпуском (не показан), стойка и фильтр. Сечение выполнено посередине корпуса реактора.In FIG. 6 is a side cross-sectional view of one embodiment of the present invention showing a reactor vessel, an inlet and outlet spiral tube (not shown), a rack, and a filter. The section is made in the middle of the reactor vessel.
На фиг. 7 схематично показаны различные части и размеры для конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения.In FIG. 7 schematically shows various parts and dimensions for specific embodiments of the present invention.
На фиг. 8 представлен анализ количества энергии, требуемой от источника излучения для достижения инактивации или уменьшения количества биологического загрязнителя.In FIG. 8 provides an analysis of the amount of energy required from a radiation source to achieve inactivation or reduction of a biological contaminant.
На фиг. 9 представлен анализ отличий в настоящем изобретении при изменении температуры с 18 градусов Цельсия до 38 градусов Цельсия.In FIG. 9 shows an analysis of the differences in the present invention when the temperature changes from 18 degrees Celsius to 38 degrees Celsius.
На фиг. 10 представлен анализ отличий в настоящем изобретении при изменении расхода жидкости в трубках трех разных размеров.In FIG. 10 presents an analysis of the differences in the present invention when changing the flow rate of the liquid in the tubes of three different sizes.
На фиг. 11 показана степень повреждения, наносимого излучением вирусам по сравнению с белком при разных длинах волн (220-320 нм).In FIG. 11 shows the degree of damage caused by radiation to viruses compared to protein at different wavelengths (220-320 nm).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На фиг. 1, 5 и 6 представлены различные виды одного из вариантов осуществления фотобиореактора для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов. Фотобиореактор содержит спиральную трубку 104, проходящую от впускного конца 106 до выпускного конца 108, образуя жидкостную траекторию. Спиральная трубка 104 обвита вокруг стойки 110.In FIG. 1, 5 and 6 are different views of one embodiment of a photobioreactor for cold pasteurization of liquid food products. The photobioreactor includes a
Кроме этого, фотобиореактор содержит корпус 102а, 102b, 102с реактора, состоящий из трех частей; первая часть 102а находится сверху фотобиореактора, показанного на фиг. 1, вторая часть, образует боковую сторону корпуса, и третья часть образует нижнюю сторону фотобиореактора.In addition, the photobioreactor includes a three-
Фильтр 112, расположенный снаружи спиральной трубки 104, также показан на фиг. 1. Фильтр 112 предотвращает достижение излучением с длиной волны более 300 нм спиральной трубки 104.A
На фиг. 5 фильтр 112 показан как видимый насквозь. Представленное на фиг. 6 сечение выполнено посередине корпуса 102а, 102b и 102с реактора.In FIG. 5,
Фотобиореакторы, показанные на фиг. 1, 5 и 6, являются примерами фотобиореакторов, в которых жидкий пищевой продукт протекает, в целом, вертикально по одной или нескольким спиральным трубками 104 при взгляде от впускного конца 106 к выпускному концу 108.The photobioreactors shown in FIG. 1, 5 and 6 are examples of photobioreactors in which the liquid food product flows generally vertically through one or more
На фиг. 2-4 представлен альтернативный вариант осуществления фотобиореактора для холодной пастеризации жидких пищевых продуктов, включающего элементы, подобные определенным и описанным в связи с фиг. 1, 5 и 6.In FIG. 2-4 show an alternative embodiment of a photobioreactor for cold pasteurization of liquid food products, incorporating elements similar to those defined and described in connection with FIG. 1, 5 and 6.
В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 2-4, для облучения двух спиральных трубок 104 использовано множество источников 114 излучения. Излучение источников 114 соответствует диапазону длин волн 180-300 нм. Как показано на фиг. 2-4, два фильтра 112 размещено между источниками 114 излучения и двумя спиральными трубками 104, входящими в фотобиореактор.In the embodiment of the invention shown in FIG. 2-4, a plurality of
На фиг. 4 два фильтра 112 показаны как видимые насквозь. Кроме этого, внутри корпуса 102а, 102b и 102с реактора на фиг. 4 можно видеть две спиральных трубки 104 со впусками 106 и выпусками 108 и стойки 110.In FIG. 4, two
Фотобиореакторы, показанные на фиг. 2-4, являются примерами фотобиореакторов, в которых жидкий пищевой продукт протекает, в целом, горизонтально по одной или нескольким спиральным трубками 104 при взгляде от впускного конца 106 к выпускному концу 108.The photobioreactors shown in FIG. 2-4 are examples of photobioreactors in which the liquid food product flows generally horizontally through one or more
На фиг. 7 показаны спиральные трубки 104 со впуском 106 и выпуском 108, соответствующие изобретению. Длина 116 спиральной трубки в сжатом состоянии, длина в растянутом состоянии/свободная длина 118 спиральных трубок, внутренний диаметр 120 трубки, шаг 122, угол 124 спирали, диаметр 126 спирали, наружный диаметр 128 трубки и толщина 130 стенки также показаны на фиг. 7.In FIG. 7 shows spiral
На фиг. 8 представлен анализ количества энергии, требуемой от источника излучения для достижения инактивации или уменьшения количества биологического загрязнителя.In FIG. 8 provides an analysis of the amount of energy required from a radiation source to achieve inactivation or reduction of a biological contaminant.
На фиг. 9 представлен анализ отличий в настоящем изобретении при изменении температуры с 18 градусов Цельсия до 38 градусов Цельсия.In FIG. 9 shows an analysis of the differences in the present invention when the temperature changes from 18 degrees Celsius to 38 degrees Celsius.
На фиг. 10 представлен анализ отличий в настоящем изобретении при изменении расхода жидкости в трубках трех разных размеров.In FIG. 10 presents an analysis of the differences in the present invention when changing the flow rate of the liquid in the tubes of three different sizes.
На фиг. 11 показана степень повреждения, наносимого излучением вирусам по сравнению с белком при разных длинах волн (220-320 нм).In FIG. 11 shows the degree of damage caused by radiation to viruses compared to protein at different wavelengths (220-320 nm).
ПРИМЕРЫEXAMPLES
Общая методика экспериментаGeneral experimental procedure
Влияние диаметра трубки и расхода жидкости исследовали с применением цельного долгохранящегося молока, в которое добавили Escherichia coli до концентрации, минимум, 2,7Е6 на миллилитр (измеряемой наиболее надежным численным методом).The effect of tube diameter and liquid flow was studied using long shelf life whole milk supplemented with Escherichia coli to a concentration of at least 2.7E6 per milliliter (measured by the most reliable numerical method).
Один литр цельного долгохранящегося молока помещали в стерилизованную голубую колбу с крышкой и добавляли 1 мл среды Escherichia coli, достигая минимальной концентрации, по меньшей мере, 2,7Е6/мл. Организовывали циркуляцию молока с добавкой в УФ-реакторе и отбирали пробы с интервалами, через которые достигались заданные дозы УФС. Молоко с добавкой постоянно перемешивали в ходе эксперимента при помощи магнитной мешалки.One liter of long-term whole milk was placed in a sterilized blue flask with a lid and 1 ml of Escherichia coli medium was added, reaching a minimum concentration of at least 2.7E6/ml. The milk with the additive was circulated in the UV reactor and samples were taken at intervals through which the specified doses of UV were reached. The milk with the additive was constantly stirred during the experiment using a magnetic stirrer.
Для каждой конкретной величины расхода и размера трубки готовили свежую порцию, включающую 1 литр долгохранящегося молока и Escherichia coli с минимальной концентрацией 2,7Е6/мл.For each specific flow rate and tube size, a fresh batch was prepared containing 1 liter of long-term milk and Escherichia coli at a minimum concentration of 2.7E6/ml.
УФ-реактор состоял из трубки, изготовленной из FEP и обвитой вокруг 28 мм кварцевого стекла. Внутри кварцевого стекла была помещена бактерицидная лампа 75 Вт с пиком излучения на 253,7 нм. Использованные в экспериментах трубки соответствовали американскому сортаменту проводов (American Wire Gauge, AWG) 7, 9 и 11, величины расхода составляли 200, 300, 600 и 1000 мл в минуту.The UV reactor consisted of a tube made of FEP wrapped around 28 mm quartz glass. A 75 W germicidal lamp with an emission peak at 253.7 nm was placed inside the quartz glass. The tubes used in the experiments corresponded to the American Wire Gauge (AWG) 7, 9 and 11, the flow rates were 200, 300, 600 and 1000 ml per minute.
Циркуляцию молока организовали при помощи центробежного лопастного насоса; молоко подвергали воздействию излучения в УФ-реакторе в течение некоторого периода времени, после чего при помощи стерилизованных пипеток отбирали пробы 20 мл и переносили их в стерилизованную голубую колбу с крышкой. Перед началом каждого эксперимента молоко циркулировало в системе при выключенной лампе, при этом, отбирали пробы с целью установления начальной концентрации. Температура молока составляла от 24 до 25°С в начале каждого эксперимента и от 34 до 43°С в конце каждого эксперимента.The circulation of milk was organized using a centrifugal vane pump; milk was exposed to radiation in a UV reactor for a certain period of time, after which 20 ml samples were taken using sterilized pipettes and transferred to a sterilized blue flask with a lid. Before the start of each experiment, milk was circulated in the system with the lamp turned off, while samples were taken in order to establish the initial concentration. The milk temperature was 24 to 25°C at the start of each experiment and 34 to 43°C at the end of each experiment.
После каждого эксперимента систему подвергали очистке без демонтажа, для чего сначала заполняли на 10 мин деминерализованной водой, после чего 40 мин проводили циркуляцию 1% раствора NaOН при 65°С. Затем систему заполняли на 10 мин деминерализованной водой. Наконец, систему промывали 20 мин деминерализованной водой.After each experiment, the system was subjected to cleaning without dismantling, for which it was first filled for 10 min with demineralized water, after which 1% NaOH solution was circulated for 40 min at 65°C. Then the system was filled for 10 min with demineralized water. Finally, the system was flushed for 20 min with demineralized water.
Непосредственно по окончании эксперимента пробы передавали в ламинарный бокс, где их подвергали обработке методом MPN в соответствии с Jarvis, B. et al., Journal of Applied Microbiology, 2010, 109, 1660-1667.Immediately after the experiment, the samples were transferred to a laminar flow hood where they were subjected to MPN processing according to Jarvis, B. et al., Journal of Applied Microbiology, 2010, 109, 1660-1667.
Через два дня пребывания в инкубаторе при 35°С подсчитывали число пробирок с положительным результатом и рассчитывали концентрацию бактерий.After two days in the incubator at 35° C., the number of positive tubes was counted and the bacterial concentration was calculated.
Пример 1Example 1
В экспериментальном примере 1 исследовали количество энергии, требуемой от насоса и источника излучения, для достижения инактивации или уменьшения количества биологического загрязнителя. В эксперименте использовали трубку размером AWG 9 и расход жидкости 700 мл в минуту. Как можно видеть на фиг. 8, при использовании небольшой энергии излучения (около 1,2 кВт на 1000 литров жидкости) достигали уменьшения 1-log10. При увеличении используемой энергии излучения величина кратного Log10 уменьшения также увеличивалась, пока не достигала плато при 100 кВт на 1000 литров жидкости при уменьшении около 5-log10.In Experimental Example 1, the amount of energy required from a pump and a radiation source to achieve inactivation or reduction of a biological contaminant was investigated. The experiment used a
Пример 2Example 2
В экспериментальном примере 2 исследовали отличие в настоящем изобретении при изменении температуры с 18 градусов Цельсия до 38 градусов Цельсия. В эксперименте использовали трубку размером AWG 9 и расход жидкости 700 мл в минуту. Как можно видеть на фиг. 9, отличие в кратном log10 уменьшении одинаково при 10 кВт на 1000 литров жидкости. Однако, когда используемую энергию увеличивали, кратное log10 уменьшение между 18 градусов Цельсия и 38 градусов Цельсия становилось значительным. При энергии около 18 кВт на 1000 литров жидкости кратное log10 уменьшение составляло 5,5 для 38 градусов Цельсия и 6,5 для 18 градусов Цельсия, что соответствует разности 1-log10.In Experimental Example 2, the difference in the present invention was examined when the temperature changed from 18 degrees Celsius to 38 degrees Celsius. The experiment used a
Пример 3Example 3
В экспериментальном примере 3 исследовали отличие в настоящем изобретении при изменении расхода жидкости в трубках трех разных размеров. В эксперименте использовали трубки размером AWG 7, 9 и 11 и величины расхода 200, 300, 600 и 1000 мл в минуту. Температуру поддерживали в диапазоне от 24 до 43 градусов Цельсия. Как можно видеть на фиг. 10, в зависимости от размера трубки оптимальный набор установок достигается при разных величинах расхода.In Experimental Example 3, the difference in the present invention was investigated when changing the flow rate of the liquid in tubes of three different sizes.
При использовании трубки размером AWG 7 отличия для разных величин расхода были небольшие. Однако, отличие было наиболее выраженным при высокой энергии воздействия (около 4000 Дж на литр жидкости), когда между расходом 200-300 мл/мин и расходом 600-1000 мл/мин наблюдалась разность на 1-log10.When using
При использовании трубки размером AWG 9 отличия для разных величин расхода были значительными. Отличие было наиболее выраженным при высокой энергии воздействия (около 4500 Дж на литр жидкости), когда между расходом 200-300 мл/мин и расходом 600-1000 мл/мин наблюдалась разность на 3-log10.When using
При использовании трубки размером AWG 11 отличия для разных величин расхода были очень небольшими. Однако, при высокой энергии воздействия (около 4000 Дж на литр жидкости) отличие было пренебрежимо мало.When using AWG 11 tubing, the differences for different flow rates were very small. However, at high exposure energy (about 4000 J per liter of liquid), the difference was negligible.
Список обозначений на чертежахList of symbols in the drawings
102а Первая часть корпуса реактора102a The first part of the reactor vessel
102b Вторая часть корпуса реактора102b Second part of the reactor vessel
102с Третья часть корпуса реактора102с The third part of the reactor vessel
104 Спиральные трубки104 Spiral tubes
106 Впуск106 intake
108 Выпуск
110 Стойка110 Rack
112 Фильтр112 Filter
114 Источник излучения114 Radiation source
116 Длина в сжатом состоянии116 Compressed length
118 Длина в растянутом состоянии/свободная длина118 Stretched/loose length
120 Внутренний диаметр трубки120 Tube inner diameter
122 Шаг 122 step
124 угол спирали124 helix angle
126 Диаметр спирали126 Helix diameter
128 Наружный диаметр трубки128 Outer tube diameter
130 Толщина стенки.130 Wall thickness.
Claims (48)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DKPA201770708A DK179693B1 (en) | 2017-09-21 | 2017-09-21 | Photobioreactor for bactericidal treatment of fluids |
| DKPA201770708 | 2017-09-21 | ||
| PCT/DK2018/050230 WO2019057257A1 (en) | 2017-09-21 | 2018-09-19 | A photo bioreactor for cold pasteurization of liquid food products and the use of the reactor |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020113998A RU2020113998A (en) | 2021-10-21 |
| RU2020113998A3 RU2020113998A3 (en) | 2022-04-04 |
| RU2781956C2 true RU2781956C2 (en) | 2022-10-21 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233243C1 (en) * | 1999-10-21 | 2004-07-27 | Лайтстрим Текнолоджиз, Инк. | Method and device for disinfecting liquids with ultraviolet radiation |
| US20090145855A1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-11 | Novapure Systems Inc. | Water Purifier System and Method |
| US20100224562A1 (en) * | 2009-03-05 | 2010-09-09 | Rolchigo Philip M | Ultraviolet Disinfection System and Method |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233243C1 (en) * | 1999-10-21 | 2004-07-27 | Лайтстрим Текнолоджиз, Инк. | Method and device for disinfecting liquids with ultraviolet radiation |
| US20090145855A1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-11 | Novapure Systems Inc. | Water Purifier System and Method |
| US20100224562A1 (en) * | 2009-03-05 | 2010-09-09 | Rolchigo Philip M | Ultraviolet Disinfection System and Method |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| CAPPPOZZO J.C. et al. Chemical characterization of milk after treatment with thermal (HTST and UHT) and nonthermal (turbulent flow ultraviolet) processing technologies, Journal of Dairy Science, 2015, Vol.98, N 8, pp.5068-5079. ROSSITTO P.V. et al. Effects of UV Irradiation in a Continuous Turbulent Flow UV Reactor on Microbiological and Sensory Characteristics of Cow’s Milk, Journal of Food Protection, 2012, Vol. 75, No. 12, pp.2197-2207. GANG LU at al. UV inactivation of milk-related microorganisms with a novel electrodeless lamp apparatus, Eur. Food Research Technology, 2011, Vol.233, pp.79-87. * |
| Photochemical UV-150 reactor - Wavelength filters, 04.03.2017, найдено в интернет по ссылке https://www.vapourtec.com/products/flow-reactors/photochemistry-uv-150-photochemical-wavelength-filters/# 01.04.2022. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220217987A1 (en) | Photo Bioreactor for Cold Pasteurization Of Liquid Food Products and the Use of the Reactor | |
| CA3153601C (en) | A photo bioreactor and a cassette system for germicidal treatment of liquids | |
| US20090294688A1 (en) | Ultraviolet Radiation Treatment System | |
| US20240407403A1 (en) | A uv germicidal treatment system for of opaque liquids | |
| RU2781956C2 (en) | Ultraviolet reactor for cold pasteurization of liquid food products, and use of this reactor | |
| RU2819629C1 (en) | Ultraviolet reactor for pasteurisation of liquid food products | |
| DK181596B1 (en) | System and method for UV germicidal treatment of opaque liquids | |
| BR112020005359B1 (en) | PHOTOBIOREACTOR FOR PASTEURIZATION OF LIQUID FOOD PRODUCTS, AND USE OF A PHOTOBIOREACTOR | |
| AU2024225077A1 (en) | A uv-germicidal irradiation system for germicidal treatment of liquids | |
| CN120826160A (en) | Space-optimized UV germicidal irradiation system | |
| CN119430376A (en) | Use of UV sterilizing irradiation system, method for UV sterilizing irradiation treatment of salt water using UV sterilizing irradiation system, and UV sterilizing irradiation system for treating salt water |