Фильтр для очистки молока

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ МОЛОКА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Савицкий Николай Егорович Латышев Александр Викторович Кравцов Александр Геннадьевич Овчинников Константин Владимирович Зотов Сергей Валентинович Барановский Михаил Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(56)2317841 2, 2008.88575 1, 2009.5807 1, 2003. БАРАНОВСКИЙ М.В. и др. Тезисы докладов международной научно-практической конференции Стратегия развития зоотехнической науки. - Жодино, 2009. С. 311-313. КУЗЬМИН С.В. и др. Технический текстиль, 2006,14, //.1./(57) Фильтр для очистки молока, содержащий выполненные из полимерного материала цилиндрический корпус, прилегающую к корпусу через уплотнительную прокладку крышку, боковой входной патрубок и выходной патрубок с направляющей, отличающийся тем, что в корпусе расположен бескаркасный формоустойчивый фильтроэлемент тонкой очистки молока, выполненный в виде полого цилиндра из волокнисто-пористого нетканого материала из полипропиленовых волокон, полученных методом пневмоэкструзии и когезионно соединенных между собой в местах контакта, причем в фильтроэлементе по ходу протекания очищаемого молока диаметр волокон уменьшается от 100 до 20 мкм, а плотность их упаковки увеличивается от 0,1 до 0,5, при этом величина поверхностной плотности волокнисто-пористого материала составляет 140-160 г/м 2. Изобретение относится к фильтрующим элементам для очистки жидкостей в пищевой промышленности, преимущественно молока. Качество молока, являющегося скоропортящимся продуктом, во многом зависит от своевременности его обработки и переработки. При доении коров в молоко нередко попадают бактерии, вызывающие ускоренное закисание. Источниками загрязнения бактериями или более крупными частицами механических примесей могут быть несоблюдение санитарных условий содержания крупного рогатого скота, распространение различных форм маститов, загрязненность элементов доильного оборудования и воздуха коровника, засасываемого пульсатором и коллектором доильного аппарата, и другие факторы. При решении задачи борьбы с маститами обычно прибегают к приемам ветеринарного акушерства. Например, известны технические решения, позволяющие при доении коров 15606 1 2012.04.30 разделять молоко из больных и здоровых долей вымени с помощью устройств в виде полиэтиленовых мешочков с поперечной, кольцевой пластинами и хомутиками, связанными стягивающим винтом и соединенными с рукояткой 1, 2. Недостатки этих способов ручное регулирование процесса сдаивания патологически измененного молока из долей вымени, пораженных маститом, непосредственно оператором доения, а также невозможность снизить количество основных загрязнений, присутствующих в молоке из здоровых долей вымени. Разработан ряд технических решений, направленных на повышение показателей пищевой и биологической ценности молока, расширение его ассортимента, улучшение микробиологических показателей, а также увеличение срока хранения (годности). Известен способ 3, в котором предварительно осуществляют нагрев молока путем кратковременного воздействия на него инфракрасным излучением, регулируя температуру, которая не должна превышать 58 С. Затем молоко бактофугируют для отделения инактивированных микроорганизмов, после чего проводят гомогенизацию в многоступенчатом роторнопульсационном аппарате при возрастании значения градиента скорости сдвига молока в зазорах между статором и ротором при переходе молока с одной ступени обработки на другую по мере удаления их от оси вращения ротора в пределах 1,6105-4,1105 м/см одновременно с пастеризацией при температуре не выше 72 С при воздействии на молоко создаваемыми в нем акустическими колебаниями. Известен способ 4 производства пастеризованного молока длительного хранения, который предусматривает нормализацию молока, двухступенчатую очистку гомогенизацию и пастеризацию при температуре 68-98 С. Нормализованное молоко подогревают до температуры 30-70 С и подвергают двухступенчатой очистке на сепараторе-молокоочистителе, затем на бактофуге с частотой вращения барабана 200-450 с-1, что позволяет удалить до 98 бактерий. Недостатки указанных способов - неприменимость их для получения качественного цельного молока, не прошедшего цикл пастеризации. Фильтрование молока непосредственно после операции доения является важным средством приближения его как питьевого продукта к высшим категориям качества и повышения срока сохранности. Обычно фильтр располагают после молокоприемника, счетчика и молочного насоса, что не всегда позволяет предотвратить преждевременное закисание. Из-за недостаточной обеспеченности молочно-товарных предприятий простыми и эффективными средствами очистки цельного молока значительная его доля не соответствует стандартам Высший сорт или Экстра. Предпринимаются попытки обеспечить эффективную очистку цельного молока от загрязнений путем его фильтрования при первичной обработке. Известен фильтрующий элемент фильтра тонкой очистки молока 5, который состоит из каркаса и фильтрующей поверхности. Каркас выполнен в форме цилиндра или многоугольника и собран из продольных стержней, которые жестко связаны между собой основаниями в виде колец. Фильтрующая поверхность выполнена в виде пружины из нержавеющей проволоки треугольного сечения с фильтрующим зазором между витками пружины и навита на каркас. Зазор между витками пружины фильтрующего элемента со стороны входа молока выполнен равным 0,0700,002 мм и увеличивается в сторону выхода молока, а соотношение площадей фильтрующего зазора и стенки пружины - не менее 120. Кромки стенки пружины, образующие фильтрующий зазор, выполнены острыми. Также известен близкий по конструкции и назначению фильтр для очистки жидкости, преимущественно молока 6,фильтроэлемент которого выполнен двухступенчатым, при этом соотношение фильтрующих зазоров первой и второй ступени очистки составляет не более 2,51. Данные способы позволяют очищать молоко от крупных и мелких механических примесей, обеспечивают удобство сборки/разборки и проведение санитарно-гигиенической промывки деталей фильтра растворами, которые используются в молочной промышленности для обработки доильных аппаратов и молочного оборудования. Недостатки способов - неприменимость их для удаления из цельного молока продуктов маститов. Кроме 2 15606 1 2012.04.30 того, остается опасность накопления в сложных элементах конструкции бактериологических примесей с возможным переходом их в фильтрат. Для очистки некоторых пищевых продуктов применяют адсорбционно-активные фильтрующие материалы (гранулы кварцевого песка, оксидов алюминия, титана, циркония или их сплавов с открытой пористостью), допущенные нормативными документами к контакту с пищевыми продуктами. Однако у таких фильтрующих материалов ограничен срок службы, обусловленный необходимостью периодической замены (обычно после 150-250 циклов фильтрования). Эти материалы, как и имеющие распространение в пищевой промышленности бумажные и картонные фильтры, не обеспечивают удаление малых по величине механических и биологических примесей, что снижает вероятность соответствия полученного молока требованиям стандартов, например ГОСТ Р 52054. Поэтому при доении крупного рогатого скота в стойлах и в доильных залах очистку молока от загрязнений начинают осуществлять в потоке, для чего перед каждым доением целесообразно устанавливать фильтры из тканых или нетканых материалов. Такие фильтры должны удачно сочетать конструкцию и структурные параметры фильтроэлемента. Для первичной очистки цельного молока используют различные текстильные материалы, среди которых полиэфирные и полипропиленовые ткани, хлопчатобумажная марля, фланель, вафельная ткань и вата. Недостатком большинства таких фильтров является быстрая забиваемость механическими примесями, что может нарушить их герметичность и вынуждает часто производить замену фильтра. Прототипом изобретения является устройство фильтрации пищевых жидкостей, преимущественно молока 7. Устройство, помимо корпуса с комплексом приспособлений и входным и выходным патрубками, содержит фильтрующий элемент, снабженный фиксирующим адаптером для крепления и снимающим адаптером для смены. Последний выполнен в виде трубчатого патрона из пищевого полимерного материала, например пищевого полипропилена, с уменьшающимися в радиальном направлении от периферии к центру размерами пор, образующими радиальные диффузорные каналы. Утверждается, что изобретение обеспечивает высокую эффективность фильтрования от механических и бактериологических примесей, удобно в обслуживании, предоставляет возможность легкой и быстрой сборки/разборки и надежной монтируемости в систему очистки молока на молочных фермах, а конструкция фильтра характеризуется отсутствием щелей между деталями, в которых могли бы задерживаться и размножаться бактерии. Недостатки прототипа неоптимальная структурная организация используемого в нем трубчатого патрона из пищевого полипропилена, а также малая вероятность получения после фильтрования молока наивысшей категории сортности Экстра. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании фильтра для очистки молока, который, обладая достоинствами прототипа за счет близкой к нему по схеме компактной легко монтируемой конструкции, преодолевает недостатки прототипа за счет выбора оптимальной структурной организации полимерного материала,непосредственно осуществляющего фильтрование, что обеспечивает повышение номинальной тонкости фильтрования молока при сохранении группы чистоты неменее , снижение количества мезофильных анаэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов в молоке после фильтрования и повышение вероятности получения после фильтрования молока категорий сортности Высший сорт или Экстра. Достижение указанных результатов обеспечивается за счет того, что предлагается фильтр для молока, который содержит выполненные из полимерного материала цилиндрический корпус, прилегающую к корпусу через уплотнительную прокладку крышку, боковой патрубок Вход, патрубок Выход с направляющей и отличается тем, что в корпусе расположен бескаркасный формоустойчивый фильтроэлемент тонкой очистки молока, выполненный в виде полого цилиндра из волокнисто-пористого нетканого материала из полипропиленовых волокон, полученных методом пневмоэкструзии и когезионно соединенных между собой в местах контакта, причем в фильтроэлементе по ходу 3 15606 1 2012.04.30 протекания очищаемого молока диаметр волокон уменьшается с 100 до 20 мкм, а плотность их упаковки изменяется с 0,1 до 0,5 при сохранении поверхностной плотности волокнисто-пористого материала в пределах 140-160 г/м 2. Сущность изобретения состоит в том, что градиент пористости и плотности упаковки волокон в указанных пределах, создаваемый при регулировании технологических режимов пневмоэкструзионного формования цилиндра из волокнисто-пористого нетканого материала, позволяет реализовывать в объеме одного фильтроэлемента последовательную очистку молока от крупных (при плотности упаковки волокон 0,1-0,2), средних (при плотности упаковки волокон 0,2-0,3), мелких (при плотности упаковки волокон 0,3-0,4) механических загрязнений, а также очистку от мезофильных анаэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (при плотности упаковки волокон 0,4-0,5) при отсутствии отрицательного воздействия процесса фильтрования на содержание жира, белка, лактозы и сухого вещества. Фильтр сочетает простоту конструкции с высокими адсорбционными качествами материала фильтроэлемента. Заявляемое техническое решение основано на том, что известен ряд разработок, развивающих технологию получения нетканых волокнистых фильтрующих материалов пневмоэкструзионным формованием из расплавов термопластичных полимеров 8. Установлено,что в ряде процессов фильтрования многофазных сред от загрязнений волокнистопористые системы, сформированные этим методом, существенно превосходят иглопробивные материалы, фильтроматериалы типа спанбонд и ряд других 9, 10. Возможность применения волокнисто-пористых материалов для фильтрования жидкостей, применяемых в пищевой промышленности, показана на примере полезной модели 11, где достигаемый технический результат основан на возможности подбора необходимой пористости и плотности упаковки волокон фильтроэлемента, удерживающего форму и сохраняющего прочностные и фильтрационные характеристики. Исследование фильтрационной способности заявляемого фильтра по отношению к загрязнениям свежего цельного молока проводили путем сопоставления с показателями аналогов, близких по технической сущности и назначению. Фильтры были установлены на напорной линии насоса молочного контура и работали в процессе доения в периодическом режиме с прокачкой через фильтр 1 м 3 молока. Производили периодический отбор проб молока до и после фильтрования с анализом содержания механических, бактериологических загрязнений и тонкости фильтрования (средний размер захваченных фильтром частиц). Результаты исследований представлены в таблице. Сравнительная эффективность фильтров для очистки молока Используемые фильтры МолоТканый Рукавный ко до Фильтр Заявфильтр из фильтр ФильтрфильтПоказатель Комиляерова- волокон по- текс,прото- мый ния лиэтиленте- Россия, тип фильтр рефталата Дания Группа чистоты Тонкость фильтрования, мкм не менее 70 90 90 40 30-50 Среднее количество мезофильне боных анаэробных и факультатив 450 138 136 125 лее но анаэробных мезофильных 100 микроорганизмов, тыс./см 3 Вероятность получения молоне мека высшего сорта или сорта 50 66 88 88 нее 90 Экстра,Изменения в жирности и белковом составе молока, его кинет нет нет нет нет слотности и плотности 4 15606 1 2012.04.30 Результаты испытаний показывают, что поставленная задача решена, поскольку заявляемый фильтр по основным показателям не уступает аналогам или превосходит их. Изобретение может найти применение в молочной промышленности, животноводстве,а также на предприятиях, специализирующихся на выпуске полимерной продукции для этих отраслей. Источники информации 1. Патент РФ 2189133, МПК 01 5/00,01 7/04, 2002. 2. ПатентРФ 2264085, МПК 01 5/00,01 7/04, 2005. 3. Патент РФ 2222952, МПК 23 9/00,23 3/00,01 11/00, 2004. 4. Патент РФ 2268597, МПК 23 3/00,23 9/00, 2006. 5. Патент РФ 2229794, МПК 01 9/02,01 11/06,01 27/06,01 29/48, 2004. 6. Патент РФ 2229795, МПК 01 9/02,01 11/06,01 27/06,0129/48, 2004. 7. Патент РФ 2317841, МПК 01 27/08,01 11/06, 2008 (прототип). 8. Гольдаде В.А. и др. Полимерные волокнистые - материалы / Под науч. ред. Л.С.Пинчука. - Гомель ИММС НАНБ, 2000. - 260 с. 9. Описание изобретения к патенту США 618056, МПК 04 3/03, 1978. 10. Патент РБ 5807, МПК 01 27/06,01 39/16, 2003. 11.Патент РФ на полезную модель 88575, МПК 01 27/06, 2009. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5