由经臭氧处理的谷粒制备面粉的方法和装置

本发明的主题是一种制备面粉的新方法，该面粉是供人消费的或作为 动物饲料，并具有高的食品安全性。

本发明还涉及适用于实施该方法的专用装置。

本发明具体应用于工业化制粉、专业化制粉领域，应用于专用面粉的 生产，焙烤产品的工业化制备及动物饲料的工业化制备。

已知在制粉前，使用天然状态的的谷粒会有许多产地的或源自贮存期 间的污染物，所述谷粒是得自于谷物并用于制备面粉的。

这些污染物通常存在于谷粒的外围，并以微生物、细菌、杀虫剂残留、 霉菌毒素和各种孢子的形式存在。

在制粉期间，被污染的外皮与由研磨所述谷粒的内部得到的面粉会密 切接触。在该操作过程中，外皮的污染物因此污染所述面粉，这导致食品 安全、防腐和使用的问题，在一些情况下，这还能使由此得到的面粉不适 于消费。

制粉工业，非工业化的或工业化的，目前着手解决污染问题，并且已 经建议了解决这些问题的各种方法。

已经建议在制粉前使谷粒进行：

-或用离子化的物理处理；

-或化学处理，特别是用过氧化氢处理。

但是，这两种技术具有各种缺点，这些缺点妨碍其被广泛应用。

事实上，离子化包括使用放射源，所述放射源要被精确控制，并被设 置在与面粉生产位置不对应的合适的位置。运输的成本加上有关加工的成 本使离子化处理非常昂贵，因此其使用仍限于一些涉及相当少量的谷粒的 相当特殊的情况。

此外，对谷粒使用过氧化氢的化学处理不十分令人满意，因为在处理 后其会带来细菌复活，并且由于这些试剂的性质而在使用中需要特别小心， 及需要与使用几乎不相适合的控制。

除过氧化氢以外的化学试剂也已被预计用于谷粒的去污染处理，在它 们中可能被提到的是：

-氯及含氯试剂，其最近被证明的诱变性和致癌性事实上限制了它们的 使用。

-过乙酸，其使用引起谷粒的感官质量下降，并且需要与其使用几乎不 相适合的控制。

此外，由载气制得的臭氧具有杀菌性是已知的，所述载气能够是大气 中的氧气、纯氧或这两者以不同比例的混合物。臭氧已被广泛用于供人消 费的水的处理，以及用于工业(渔业、贝类养殖、制药和精细化工)。

在法国专利FR9311776中也具体建议了使用臭氧处理种子和球茎，但 只是为了提高出芽的目的。

在这些情况下，本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种制备具 有高的食品安全性的面粉的新方法，该方法能够在生产地相对容易地直接 使用，并不必考虑要处理的谷粒的量，同时保护了面粉的技术质量，该质 量是在面包制作中尤其需要的。

已发现，通过用产自于载气的臭氧对所述谷粒的预处理，不使用额外 的处理剂，能够在制粉前去除谷粒的污染，并且甚至相当显著地提高通过 研磨所述谷粒得到的面粉的质量，以及付产品的质量，及在实施时，特别 在实施过程中，其与连续的工业化应用相适应，这构成本发明的基础。

因此，本发明的第一主题是制备具有高的食品安全性的面粉的方法， 该方法包括研磨预清净和湿润的谷粒，其特征在于在所述研磨前或与所述 研磨同时，使所述谷粒与产自于载气的臭氧接触，优选每公斤谷粒与0.5-20 克臭氧接触。

该方法首次并非常令人满意地解决了制粉工业所遇到的面粉污染问 题。

为了得到良好的研磨，在实施研磨操作前必需湿润谷粒在制粉技术中 是已知的。至今为止，该湿润步骤使用未处理的水，并且通常湿润步骤后 接着匀湿步骤，在此期间，由于供给的水分，进一步促进了存在的菌株的 生长。

本发明的方法的具体特征在于用于湿润谷粒的水是预先用臭氧处理过 的。

确实已经发现用臭氧对用于湿润谷粒的水进行预处理与仅对谷粒的预 先干处理相比，能够进一步提高有益效果，并令人惊奇地避免了存在于外 皮上的菌株在上述匀湿期间复活。

通过传统的面包制作试验，已经出人意料地发现由经过这种预处理的 谷粒得到面粉制作的面团具有改进的特性，这些特性特别适合于制作英式 的或哥诺斯果料蛋糕式的甜品、用于涂层的混合料(多纳圈和面包屑衣等)及 工业化的面包产品。

因此，本发明的第二主题是如此处理的面粉用于制备这些产品的用途。

本发明方法的具体使用，及在制粉前谷粒的干燥处理和湿润处理的结 合构成本发明的优选实施方案。

本发明的方法的具体特征在于谷粒与臭氧的接触时间为5-70分钟，并 优选15-40分钟。

另一具体特征是，所用的臭氧产自于干的载气，及该载气中的臭氧浓 度为80-160g/m3STP，并优选100-120g/m3STP。

再一具体特征是，含臭氧的载气在与所述谷粒接触期间的压力为200- 500mbar。

本发明的第三主题是用于实施上述方法的专用装置。

该装置包括贮存设备和可选择的谷粒混合设备、该贮存的和可选择的 混合的谷粒的第一清净设备、湿润所述谷粒的设备、匀湿经湿润的谷粒的 设备、匀湿后的谷粒的第二清净设备、研磨所述谷粒的设备，其主要特征 在于其还包括使谷粒与产自于载气的臭氧接触的设备，该设备被设置在研 磨设备的上游或同一水平。

通过参照实施例及附图阅读以下说明书，将会更清楚地理解本发明、 并且本发明的其它目的、特征及它们的优点将更加清楚地显示，本发明不 受给出的实施例及附图的限制，其中：

-图1制备面粉的传统方法和装置示意图；

-图2本发明的制备面粉的方法和装置示意图；和

-图3专用于本发明中的使谷粒与臭氧接触的接触反应器的纵向剖面 图。

参照图1，将首先描述本领域公知的制备面粉的方法和装置。

在实施例中，得自于农业的谷粒，如小麦谷粒，被贮存于分别用参考 号1、2和3表示的贮存仓中，其中数目可自由地选择以完全适合于当地的 工业结构及所需的自治权。

在天然状态下，这些小麦谷粒的残留水分通常为13％。

当希望由不同的小麦品种制备面粉时，该贮存的谷粒在混合设备4中 混合。

然后所述谷粒经过第一清净步骤，使用本领域技术人员公知的适当设 备5，用来分离最轻颗粒，例如通过吹风。

在该第一清净步骤后，通过供给水将所述谷粒湿润并混合。

供给谷粒的水的量调节至使该谷粒的残留水份最适于实施制粉操作， 对于小麦，其为18％，所述残留水份是例如通过液体比重测定法或通过称 重法测量的。

经此湿润的谷粒在仓6中经过所谓的“匀湿”步骤，时间通常为8-36 小时。

在此匀湿步骤后，用合适的设备7，该谷粒经过第二清净步骤，该步 骤也是通过吹空气实施的。

该第二清净步骤使回收付产品--谷粒的外皮(麦麸)成为可能，该付产品 可用作为动物饲料。

经此湿润和清净的谷粒在研磨机9中经过研磨步骤，该研磨机9可以 是本领域技术人员公知的类型。

该研磨机9可以是连续进料的，以本领域技术人员公知的方式，使用 一个中转缓冲仓8。

现在将参照图2描述本发明的制备面粉的方法和装置。

在该图中，与上述图1中相同的部分使用相同的参考号。

本发明的方法是对面粉的传统制备方法的改进，其特征在于在所述研 磨前或与所述研磨同时，使谷粒与产自于载气的臭氧以预定的量接触预定 的时间，所述传统的制备方法已参照图1进行了描述。

如上所述，优选地使谷粒与臭氧在匀湿步骤和第二清净步骤间接触。

在图2所代表的实施方案中，匀湿后的谷粒被引入反应器10(或接触反 应器)以用臭氧处理，其中的优选实施方案将会在后面更具体地描述。

根据本发明，接触反应器10可以被独立地供给干臭氧、湿臭氧或臭氧 处理的水。

臭氧产自于载气，所述载气优选由贮存于容器11中的纯氧组成。

或者，所述载气产自于经过滤、压缩和干燥、露点为-50-70℃的大 气。

或者，所述载气可以由纯氧和经过滤、压缩和干燥的空气以任意比例 的混合物组成。

臭氧发生器12能够产生露点为-50-70℃的含臭氧的干的载气流。

该干的气流可用于：

-一方面，通过调节阀13控制地直接供给接触反应器10；所述气流通 过导管34传送至接触反应器。

-另一方面，用于制备含臭氧的湿气流，也供给接触反应器10；和

-最后，用于制备在第一清净步骤后湿润谷粒的臭氧处理的水，和可选 择地也供给接触反应器10。

由臭氧发生器12产生的含臭氧的干的载气经过包含在加湿柱15中的 液体床，在室温下被加湿。

该柱的尺寸必须计算成使水充分蒸发以保证在该方法的压力和温度下 饱和。

通常，液体的高度和柱的直径比为1.7-2.5，优选为2。

柱15在其顶部包括经湿润的含臭氧的载气的出口，该载气可通过导管 33被传送至接触反应器10。

通过溶解反应器16，可由来自于臭氧发生器12的干的含臭氧的载气 产生臭氧处理的水。

在该反应器中，使干的臭氧与水以气泡形式接触，气泡的直径可以是 2-4mm。

这些气泡是借助于包含多孔板的设备，包括校准孔的“herring-bone” 设备、或本领域技术人员公知的其它设备，如溶解涡轮、剪切涡轮或带强 的再循环设备的水喷射器产生的。

通常，水中溶解的臭氧的浓度越高，水在溶解反应器16中的停留时间 越短。

因此，在溶解反应器16中臭氧处理的水的停留时间通常为2-12分钟， 优选3-6分钟。

在水中溶解臭氧的条件主要依赖于载气中臭氧的浓度，供臭氧的压力、 在气体顶部的残留压力、及气泡的大小和气泡界面的流体状态。

在溶解反应器16的计算中，本领域技术人员通过优选地调节气相中臭 氧的浓度、通过增加溶解反应器中的静态水的高度、通过增加气体顶部的 残留压力、通过增加交换的总的界面表面积或通过增加气液界面的流体状 态(流体的速度，湍流)，不难于将促进气相向液相转移的参数最大化。

臭氧处理的水通过泵17从溶解反应器16中抽出并可被输送至：

-通过导管30送至进行谷粒湿润的区域；

-通过导管31送至接触反应器10；和

-可选择地，通过导管32送至谷粒研磨步骤前的缓冲仓8。

通过将干处理与湿处理结合，所有这些用于供给湿润的，干的臭氧和 臭氧处理的水的设备能够保证谷粒处理的最佳化。

例如，在处理用于制备面包面粉的谷粒中建议采用该组合。

在另一些情况中，如制备动物食物、或制备用于日常产品的面粉，通 常仅通过干处理就能令人满意。

在湿润步骤中，对于谷粒外表面浸渗所必需的湿润优选使用臭氧处理 的水，及额外地，可选择地，通过可调节地连续喷入反应器10及利用经湿 润的含臭氧的气体中的水分进行。

由溶解反应器16抽出的臭氧处理的水也可选择地被送至贮存仓1、2 和3以预湿润谷粒。

通过用压缩机22将接触反应器10中反应后的存在于载气中的残余臭 氧抽出及通过导管35将其送至贮存仓1、2和3，能够有效地利用所述残余 臭氧。

由此回收的残余臭氧能够预处理谷粒，该处理可与上述预湿润有利地 组合。

通常，接触反应器10可以是直立的，并由圆柱或具有圆锥形底的圆柱 圆锥主体组成，所述圆锥形底包括提供谷粒在充分接触的反应器中循环和 停留时间的内部设备，以确保臭氧处理最佳化。谷粒与臭氧的接触可以在 反应器中连续或间歇地进行。

通常：

-在接触反应器中谷粒的总停留时间为5-70分钟，并优选15-40分钟；

-谷粒的内部再循环度(即在与臭氧接触区中经过的谷粒数)通常为10- 40，优选20-30。

通过夹层阿基米德螺旋式设备来实施内部再循环，所述设备是通过电 机驱动的，该电机可以使螺旋的旋转速度调节至能精确地提供再循环率， 这也依赖于螺旋的螺距和直径。

接触反应器10通常带有排放反应后的反应气体的设备，带有喷臭氧处 理的水的设备，所述臭氧处理的水是通过导管31提供的，在压力下供给水 的安全设备、安全阀和保险板。

在底部，接触反应器10包括引入和分散含臭氧的气体的设备，该设备 确保气体以足够的注射速度在谷粒中分布，以保证所述气体良好地进入要 处理的物料中。

通常：

-注射速度为10-80m.s-1，优选30-50m.s-1；

-载气中臭氧的浓度为80-160g/m3STP(标准温度和压力)，优选100- 120g/m3STP。

而且，由于该臭氧化反应是放热反应，接触反应器的主体通常带有冷 却设备，在反应所需的时间内，该设备能使所述接触反应器内的温度保持 恒温，并且在反应介质中没有垂直的或放射状的温度梯度。

接触反应器的有效冷却促进了其使用的安全性，并能够精确地控制臭 氧化反应。

例如，冷水在压力下，或通过由制冷设备产生的冰冷水的回路供给冷 却设备。

适合于最佳实施本发明的方法的接触反应器10的优选实施方案如图3 所示。

该接触反应器主要包括一中心环形螺旋36，该螺旋由可变速的齿轮马 达37驱动，并被中心夹套38包围，该夹套定界了谷粒与臭氧进行接触的 优选区域。

中心夹套38通过本领域技术人员公知的定心部件39被置于相对于接 触反应器壁的位置，并包括冷却设备，该冷却设备能够冷却反应物质并避 免放射状的温度梯度。

中心螺旋36通过本领域技术人员公知的组件40和41被居中置于所述 接触反应器10内，组件40和41分别被置于接触反应器的顶部和底部以确 保该反应器不透过性。

此外，所述接触反应器10包括支持和阻挡所述接触反应器的支持组件 42以削除由于螺旋的运动而产生的旋转扭矩。

在接触反应器10的底部，即圆锥形底部的位置，有插入用于注射含臭 氧的气体的设备如喷嘴43，所述喷嘴优选呈放射状排布在夹套38的外面， 以使气体进入要处理的谷粒堆及在该谷粒堆中的分布最佳化。

通常情况下，这些注射设备以放射状排布在夹套38的外面，其距离为 0.17-0.8d，及优选0.3d-0.67d，其中d代表夹套38的外壁离接触反应器10 的内壁的距离。

喷嘴43的数量可以选择成使臭氧的喷出速度为10-80m/s，优选30- 50m/s，及喷嘴数通常为15-85，优选20-40。

接触反应器10的主体和圆锥形底部44优选通过外部冷却设施冷却， 所述设施如可由常规的水夹套式设备，或由回路组成，所述回路由保证捕 获来自反应物质的热并将其排出的阴模组成。

该冷却设备优选带有控制部件如流量计和计数器等，这些均是本领域 技术人员公知的。

在顶部，接触反应器包括：

-引入要处理的谷粒的设备25；

-安全阀46；

-击穿盘(disrupting disk)47

-用于抽出残留气体的盘48；

-供水盘(消防)26；

-供臭氧处理的水的设备，能够在处理中调节谷粒的水分。

接触反应器10可以本领域技术人员公知的方式装有温度和压力的控制 部件，所述部件分别用49和50表示。

在环形螺旋36的底部优选安装刮臂51，优选安装4个，所述刮臂的 设计及分布要确保恒定和均匀的扭矩，以促进谷粒的混合、保证它们进入 接触反应器的中间及它们在环形螺旋边的分布。

构成接触反应器10的主体的材料选用能够保证耐因高浓度的臭氧的存在 而产生的腐蚀和氧化的。这种材料可以是如本领域技术人员公知的不锈钢。

通常情况下，如果交换界面区域的更新(谷粒-活性臭氧)剧烈，及如果 总可达性最大，已经发现谷粒的去污染均非常有效。

因此接触反应器10优选设计成完全对应于这些参数，保证谷粒的有效 混合及在臭氧处理区中的谷粒再循环的最佳程度。

再循环的程度大体取决于环形螺旋螺距、进料速度，进料速度自身取 决于谷粒的大小和环形螺旋的旋转速度。

在通常情况下，已经观察到下列参数将导致最佳结果：

-“螺旋直径/反应器直径”比：0.1-0.5，优选0.25-0.35；

-“螺旋螺距/螺旋直径”比：0.4-1.1，优选0.6-0.8；

-螺旋填充率：15％-95％，优选55％-82％；

-螺旋的旋转速度：50-200rpm，优选80-120rpm，在此范围内可变以对 应于几何形状及要处理的谷粒直径的变化；

-“可用反应器高度/反应器直径”比：1.1-2，及优选1.3-1.6；

-“夹套高度/直径“比：1.4-2.2，优选1.5-1.8；

-“夹套内径/反应器直径“比：0.1-0.5，优选0.25-0.35；

-圆锥形底部的角为60°-120°；

-“反应器总高度/反应器直径”比1.5-5，优选2.2-3.2。

与使用传统的方法相比，实施本发明的方法的最初实验能证明得到的 面粉在微生物方面的质量有明显的改善。

由此，可以看到本发明的方法能够实际上消除任何微生物污染，特别 是嗜常温需氧菌(M.A.F)、总大肠菌、霉菌和酵母菌。

通过使用通用的评价方法对对照样品(传统方法)及经本发明的方法处 理的样品上的上述微生物进行评价而得到的结果列于表A中。

这些结果证明本发明的方法能够获得高的食品安全度。

                          表A     MAF     对照样   22000000     减少：99.90％     经处理的    13000   总大肠杆菌     对照样    2800000     减少：99.90％     经处理的      900     霉菌     对照样      80000     减少：99.85％     经处理的      120     酵母     对照样     200000     减少：99.80％     经处理的      310

本发明的方法对霉菌毒素特别是小麦中赭曲毒素A毁灭的影响也进行 了评价试验。

通过装有荧光检测器的HPLC对对照批次及经本发明的方法处理的批 次进行测试得到的结果如下：

-对照批次：39.80μg/kg

-经处理的批次：2.5μg/kg

其相当于减少94％，从所需的食品质量标准(标准：5μg/kg)来看，能够 得到完全令人满意的产品。

其它试验也证明本发明的方法能减少因杀虫剂的使用而带来的污染。

发现甲基毒死蜱(一种常用于小麦的杀虫剂)的含量减少了约80％，这 使得到的产品完全满足目前的食品标准。

为了证明由本发明的方法得到的面粉的技术质量，使用传统的面包制 作试验，如体积、光滑性、弹性、多孔性、硬度、粘模性、色泽及吸水性 的测试。

评价以下5个面包样的特性：

-2个对照样，谷粒未经臭氧处理的(样1和样2)；

-1个样，谷粒在湿润后立即以每公斤谷粒5g臭氧进行处理并然后在制 粉前经匀湿24小时(样3)；

-2个样，谷粒经预湿润，并经过匀湿24小时，然后一个以每公斤谷粒 5g臭氧进行处理及另一个以每公斤谷粒4g臭氧进行处理(分别为样4和样 5)。

对于此评价，首先考虑以下30个标准，分为3类：

1) 面团

●揉制：硬度、稳定性、在10°下的光滑性、光滑性、粘性

●模制：延伸性、弹性、硬度、撕扯性、粘膜性

●涂敷：活性、粘性、在炉中的稳定性(最小-最大)

2) 面包

●面包皮：色泽、厚度、脆性

●切片：一条面包中的切口(最小-最大)、均匀性(最小-最大)、撕扯性(最 小-最大)；

●成熟度：横截面(最小-最大)，体积

3)面包屑

●色泽

●颗粒(cell)形成

●弹性

●气味/味道

每一项标准使用0-5分。发现本发明的样本(3-5)的标准比得上所有对 照样的标准。

然后用另一评价标准：由常规的Chopin面团吹泡张力图得到的P/L 比。

申请人发现通过在制粉前用臭氧处理谷粒，由通过本发明的方法得到 的面粉制成的面团具有完全改进的面团吹泡张力图。

得到的结果显示在谷粒处理中臭氧的增加与强度的增加及延伸性的降 低完全相关。

由此，借助本发明的方法，通过选择谷粒的臭氧处理量及通过用水、 臭氧处理的水或这两者的混合物预湿润谷粒，能够选择和控制面粉的P/L 比的增加。

最特别的是，能够根据气候条件的变化，改进面粉的质量(如过度可延 伸的面粉)。

所述结果还证明通过使用由经臭氧处理的水预处理过的谷粒得到的面 粉的事实：

-用于制作在焙烤中不过分发起的产品的面团在焙烤后不再减少，并且 没有通常可观察到的塌陷现象，所述产品如英式或哥诺斯果料蛋糕式的甜 品。所用的臭氧的量优选每公斤谷粒至少8-20g，特别优选每公斤谷粒10g；

-用于涂层的混合物(如面包圈和面包屑衣等)没有表现出使用传统面粉 可观察到的不良现象，所述现象是在产品的表面形成泡或裂缝。相反地， 由于可以使陷入的焙烤气体涌出表面，根据本发明得到的混合物的表面具 有均匀一致的外观，没有泡的形成，因此外观得到相当地改善；

-用于工业化的面团或面包产品的面团，天然的面团延伸性太大，能够 吸收高于通常条件的水量。所用的臭氧的量优选每公斤谷粒3g。

最后，发现可以改善面包伸张性能而基本上不改变面团的W值(P/L 比)，所述面团是由得自于谷粒的面粉制成的，所述谷粒是通过干或湿的方 法，或在用水或臭氧处理的水预湿润后经含臭氧的气体预处理过的，处理 臭氧量为每公斤谷粒2-8g，优选每公斤谷粒3-5g。

上述方法具有许多优点，其中具体提到的是：

-因为该方法完全适合于通用的面粉制备方法和设备，因此实施简单。

-得到具有食品安全性的面粉；干和湿处理的组合能够避免在匀湿步骤 中存在于外皮的菌株的复活，同时防腐、或甚至改善得到的面粉的技术质 量。

另外，该方法能够得到无污染的制粉付产品(麦麸)，并且发现其消化 性也因此得到改进。