vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1817-7204-2026-64-4-331-341vestiag-889Research ArticleМЕХАНІЗАЦЫЯ І ЭНЕРГЕТЫКАMECHANIZATION AND POWER ENGINEERINGЭффективность светодиодного ультрафиолетового обеззараживания молокаEfficiency of led ultraviolet disinfection of milkТрофимовЮ. В.TrofimovYu. V.

Трофимов Юрий Васильевич – кандидат технических наук, директор

Логойский тракт, 20, 220090, Минск 

Yuri V. Trofimov – Ph. D. (Engineering), Director

20, Logoysky Trakt, 220090, Minsk

info@ledcenter.byЛишикС. И.LishikS. I.

Лишик Сергей Иванович – кандидат технических наук, заместитель директора по научной работе

Логойский тракт, 20, 220090, Минск 

Sergey I. Lishik – Ph. D. (Engineering), Deputy Director for Research

20, Logoysky Trakt, 220090, Minsk

info@ledcenter.byСорокоО. Л.SorokoO. L.

Сороко Олег Леонидович – кандидат технических наук, доцент, главный энергетик

пр. Партизанский, 172, 220075, Минск 

Oleg L. Soroko – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Chief Power Engineer

172, Partizansky Ave., 220075, Minsk 

saroka.aleh@gmail.comБеспаловаЕ. В.BespalovaE. V.

Беспалова Екатерина Владимировна – кандидат технических наук, доцент, заведующий отраслевой лабораторией

пр. Партизанский, 172, 220075, Минск

Ekaterina V. Bespalova – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Head of the Industry Laboratory

172, Partizansky Ave., 220075, Minsk 

bespalova-kat@mail.ruПолынА. Н.PolynA. N.

Полын Ангелина Николаевна – инженер отраслевой лаборатории

пр. Партизанский, 172, 220075, Минск

Angelina N. Polyn – Engineer at the Industrial Laboratory

172, Partizansky Ave., 220075, Minsk 

info@instmmp.byГрадД. В.GradD. V.

Град Дмитрий Валентинович – младший научный сотрудник

Логойский тракт, 20, 220090, Минск

Dmitry V. Grad – Junior Researcher 

20, Logoysky Trakt, 220090, Minsk

info@ledcenter.byСлепокуровВ. Е.SlepokurovV. E.

Слепокуров Вадим Евгеньевич – начальник конструкторско-технологического бюро

Логойский тракт, 20, 220090, Минск

Vadim E. Slepokurov – Head of the Design and Technology Bureau

20, Logoysky Trakt, 220090, Minsk

info@ledcenter.byЧеляпинА. Е.ChelyapinA. E.

Челяпин Алексей Евгеньевич – заведующий научно-исследовательским отделом

Логойский тракт, 20, 220090, Минск 

Alexey E. Chelyapin – Head of the Research Department 

20, Logoysky Trakt, 220090, Minsk

info@ledcenter.byЩитниковаА. И.ShchitnikovaA. I.

Щитникова Анна Игоревна – младший научный сотрудник

Логойский тракт, 20, 220090, Минск 

Anna I. Shchitnikova – Junior Researcher 

20, Logoysky Trakt, 220090, Minsk

info@ledcenter.byАсиненкоД. А.AsinenkoD. A.

Асиненко Денис Артурович – младший научный сотрудник

Ло­гойский тракт, 20, 220090, Минск

Denis A. Asinenko – Junior Researcher 

20, Logoysky Trakt, 220090, Minsk

info@ledcenter.byЗахароваН. А.ZakharovaN. A.

Захарова Нина Аркадьевна – ведущий инженер-конструктор

Логойский тракт, 20, 220090, Минск

Nina A. Zakharova – Leading Design Engineer 

20, Logoysky Trakt, 220090, Minsk

info@ledcenter.byЦентр светодиодных и оптоэлектронных технологий Национальной академии наук БеларусиБеларусьCenter for LED and Optoelectronic Technologies of the National Academy of Sciences of BelarusBelarusИнститут мясо-молочной промышленности, Национальная академия наук БеларусиБеларусьInstitute of Meat and Dairy Industry, National Academy of Sciences of BelarusBelarus202610112026644331341Copyright © Трофимов Ю.В., Лишик С.И., Сороко О.Л., Беспалова Е.В., Полын А.Н., Град Д.В., Слепокуров В.Е., Челяпин А.Е., Щитникова А.И., Асиненко Д.А., Захарова Н.А., 20262026Трофимов Ю.В., Лишик С.И., Сороко О.Л., Беспалова Е.В., Полын А.Н., Град Д.В., Слепокуров В.Е., Челяпин А.Е., Щитникова А.И., Асиненко Д.А., Захарова Н.А.Trofimov Y.V., Lishik S.I., Soroko O.L., Bespalova E.V., Polyn A.N., Grad D.V., Slepokurov V.E., Chelyapin A.E., Shchitnikova A.I., Asinenko D.A., Zakharova N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/889

Разработана экспериментальная установка для светодиодного ультрафиолетового (УФ) обеззараживания молока-сырья в реакторе типа Куэтта – Тейлора. Представлены результаты моделирования распределения энергетической освещенности на внутренней поверхности кварцевой трубы в зависимости от расстояния между печатной платой с УФ-светодиодами и кварцевой трубой. Важным параметром системы УФ-обработки молока является время нахождения элементарных частиц молока в приповерхностном слое реактора. Для его оценки проводилось моделирование траекторий перемещения отдельных частиц молока с вычислением их радиус-вектора (глубины залегания) в цилиндрической системе координат УФ-реактора. В ходе исследований проведена серия экспериментов с целью изучения влияния скорости вращения ротора внутри реактора и интенсивности свечения УФ-светодиодов на эффективность обеззараживания молока. Анализ полученных результатов показывает, что скорость вращения ротора и мощность УФ-светодиодов оказывают существенное влияние на эффективность снижения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ). Выявлено, что при обеззараживании молока через установку при оптимальном режиме обработки содержание КМАФАнМ в образце коровьего молока уменьшилось в 21 раз, а количество бактерий группы кишечной палочки (БГКП) – в 16 раз, что соответствует требованиям, предъявляемым к молоку питьевому. Полученные результаты могут использоваться при проектировании энергоэффективных промышленных установок УФ-обеззараживания молока.

­An experimental installation for LED ultraviolet (UV) disinfection of raw milk in a Couette – Taylor reactor has been developed. The results of modeling the distribution of irradiance on the inner surface of a quartz tube as a function of the distance between a printed circuit board with UV LEDs and a quartz tube are presented. An important parameter of the UV milk treatment system is the residence time of the elementary milk particles in the surface layer of the reactor. To evaluate it, the trajectories of individual milk particles were modeled and their radius vector (depth of immersion) was calculated in the cylindrical coordinate system of the UV reactor. In the course of the research, a series of experiments was conducted to study the effect of the rotor rotation speed inside the reactor and the intensity of the UV LEDs on the effectiveness of milk disinfection. An analysis of the results shows that both rotor speed and UV LED power have a strong effect on the effectiveness of reducing the number of mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms (NMAFAnM). It was shown that when milk was disinfected using the installation under an optimal treatment regime, the content of NMAFAnM in a cow’s milk sample decreased 21-fold, and the coliform bacteria (BECG) count decreased 16-fold, which meets the requirements for drinking milk. The results obtained can be used in the design of energy-efficient industrial installations for UV disinfection of milk.

ультрафиолетовое излучениесветодиодтечение Куэтта – Тейлораобеззараживание молокапастеризациямикробиологические показатели Для цитирования: Эффективность светодultraviolet radiationLEDCouette – Taylor flowmilk disinfectionpasteurizationmicrobiological indicatorsReferencesUV irradiation as a comparable method to thermal treatment for producing high quality stabilized milk whey / S. Buhler, A. Gasparini, R. Montanari [et al.] // LWT – Food Science and Technology. – 2019. – Vol. 105. – P. 127–134. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.01.051Buhler S., Gasparini A., Montanari R., Montanari R., Sforza S., Tedeschi T. UV irradiation as a comparable method to thermal treatment for producing high quality stabilized milk whey. LWT – Food Science and Technology, 2019, vol. 105, pр. 127–134. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.01.051Мяленко, Д. М. Разработка и совершенствование технологии обеззараживания упаковки ультрафиолетовым облучением / Д. М. Мяленко, О. Б. Федотова // Идеи академика Владимира Дмитриевича Харитонова в наукоемких технологиях переработки молока / Всерос. науч.-исслед. ин-т молоч. пром-сти; под общ. ред. А. Г. Галстяна. – М., 2021. – С. 207–226.Myalenko D. M., Fedotova O. B. Development and improvement of technology for disinfection of packaging by ultraviolet irradiation. Ideas of academician Vladimir Dmitrievich Kharitonov in high-tech technologies of milk processing. Moscow, 2021, pp. 207–226 (in Russian).Efficacy of ultraviolet (UV-C) light in reducing foodborne pathogens and model viruses in skim milk / D. M. Gunter-Ward, A. Patras, M. Bhullar [et al.] // Journal of Food Processing and Preservation. – 2018. – Vol. 42, № 2. – Art. e13485. https://doi.org/10.1111/jfpp.13485Gunter-Ward D. M., Patras A., Bhullar M. S., Kilonzo-Nthenge A., Pokharel B., Sasges M. Efficacy of ultraviolet (UV-C) light in reducing foodborne pathogens and model viruses in skim milk. Journal of Food Processing and Preservation, 2018, vol. 42, no. 2, art. e13485. https://doi.org/10.1111/jfpp.13485Inactivation and potential reactivation of pathogenic Escherichia coli O157:H7 in bovine milk exposed to three monochromatic ultraviolet UVC lights / F. Yin, Y. Zhu, T. Koutchma, J. Gong // Food Microbiology. – 2015. – Vol. 49. – P. 74–81. https://doi.org/10.1016/j.fm.2015.01.014Yin F., Zhu Y., Koutchma T., Gong J. Inactivation and potential reactivation of pathogenic Escherichia coli O157:H7 in bovine milk exposed to three monochromatic ultraviolet UVC lights. Food Microbiology, 2015, vol. 49, pp. 74–81. https://doi.org/10.1016/j.fm.2015.01.014UV-C treatment on the safety of skim milk: effect on microbial inactivation and cytotoxicity evaluation / D. M. Ward, A. Patras, A. Kilonzo-Nthenge [et al.] // Journal of Food Process Engineering. – 2019. – Vol. 42, № 4. – Art. e12944. https://doi.org/10.1111/jfpe.12944Ward D. M., Patras A., Kilonzo-Nthenge A., Sudheer K. Y., Pan C., Xiao H., Sasges M. R. UV-C treatment on the safety of skim milk: effect on microbial inactivation and cytotoxicity evaluation. Journal of Food Process Engineering, 2019, vol. 42, no. 4, art. e12944. https://doi.org/10.1111/jfpe.12944Ихлов, Б. Л. Спектры ДНК. Обзор / Б. Л. Ихлов // Вестник новых медицинских технологий. – 2018. – Т. 25, № 2. – С. 121–134. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2018-16001Ikhlov B. L. Spectra of DNAa. Review. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologii = Journal of New Medical Technologies, 2018, vol. 25, no. 2, pp. 121–134 (in Russian). https://doi.org/10.24411/1609-2163-2018-16001Recent insights in the impact of emerging technologies on lactic acid bacteria: a review / K. Peng, M. Koubaa, O. Bals, E. Vorobiev // Food Research International. – 2020. – Vol. 137. – Art. 109544. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109544Peng K., Koubaa M., Bals O., Vorobiev E. Recent insights in the impact of emerging technologies on lactic acid bacteria: a review. Food Research International, 2020, vol. 137, art. 109544. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109544Bakshi, A. S. Effect of fat content and temperature on viscosity in relation to pumping requirements of fluid milk products / A. S. Bakshi, D. E. Smith // Journal of Dairy Science. – 1984. – Vol. 67, № 6. – P. 1157–1160. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(84)81417-4Bakshi A. S., Smith D. E. Effect of fat content and temperature on viscosity in relation to pumping requirements of fluid milk products. Journal of Dairy Science, 1984, vol. 67, no. 6, pp. 1157–1160. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(84)81417-4Bactericidal effect of ultraviolet C light-emitting diodes: optimization of efficacy toward foodborne pathogens in water / S.-K. Park, D.-M. Jo, M.-G. Kang [et al.] // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. – 2021. – Vol. 222. – Art. 112277. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2021.112277Park S.-K., Jo D.-M., Kang M.-G., Khan F., Hong S. D., Kim C. Y., Kim Y.-M., Ryu U.-C. Bactericidal effect of ultraviolet C light-emitting diodes: optimization of efficacy toward foodborne pathogens in water. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2021, vol. 222, art. 112277. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2021.112277Bactericidal effects of 310 nm ultraviolet light-emitting diode irradiation on oral bacteria / A. Takada, K. Matsushita, S. Horioka [et al.] // BMC Oral Health. –2017. – Vol. 17. – Art. 96. https://doi.org/10.1186/s12903-017-0382-5Takada A., Matsushita K., Horioka S., Furuichi Y., Sumi Y. Bactericidal effects of 310 nm ultraviolet light-emitting diode irradiation on oral bacteria. BMC Oral Health, 2017, vol. 17, art. 96. https://doi.org/10.1186/s12903-017-0382-5Effects of ultraviolet irradiation equipment on endodontic disease–related bacteria / A. Haraguchi, Y. Shinichiro, M. Takeshita [et al.] // Lasers in Dental Science. – 2022. – Vol. 6, № 1. – P. 31–40. https://doi.org/10.1007/s41547-021-00145-8Haraguchi A., Yoshida S., Takeshita M., Sumi Y., Mitarai H., Yuda A., Wada H., Nishimura F., Maeda H., Wada N. Effects of ultraviolet irradiation equipment on endodontic disease–related bacteria. Lasers in Dental Science, 2022, vol. 6, no. 1, pр. 31–40. https://doi.org/10.1007/s41547-021-00145-8Kim, D. Effect of surface characteristics on the bactericidal efficacy of UVC LEDs / D. Kim, D.-H. Kang // Food Control. – 2020. – Vol. 108. – Art. 106869. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2019.106869Kim D., Kang D.-H. Effect of surface characteristics on the bactericidal efficacy of UVC LEDs. Food Control, 2020, vol. 108, art. 106869. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2019.106869Yolmeh, M. Evaluate the effects of ultraviolet radiation on the growth of Escherichia coli and Bacillus cereus isolated from raw milk and raw rice / M. Yolmeh, M. B. Habibi Najafi, M. Najafzadeh // Iranian Food Science and Technology Research Journal. – 2015. – Vol. 11, № 4. – P. 319–324. https://doi.org/10.22067/ifstrj.v1394i11.37989Yolmeh M., Habibi Najafi M. B., Najafzadeh M. Evaluate the effects of ultraviolet radiation on the growth of Escherichia coli and Bacillus cereus isolated from raw milk and raw rice. Iranian Food Science and Technology Research Journal, 2015, vol. 11, no. 4, pр. 319–324. https://doi.org/10.22067/ifstrj.v1394i11.37989Srimagal, A. Effect of light emitting diode treatment on inactivation of Escherichia coli in milk / A. Srimagal, T. Ramesh, J. K. Sahu // LWT – Food Science and Technology. – 2016. – Vol. 71. – P. 378–385. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.04.028Srimagal A., Ramesh T., Sahu J. K. Effect of light emitting diode treatment on inactivation of Escherichia coli in milk. LWT – Food Science and Technology, 2016, vol. 71, pр. 378–385. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.04.028Microbial inactivation and cytotoxicity evaluation of UV irradiated coconut water in a novel continuous flow spiral reactor / M. S. Bhullar, A. Patras, A. Kilanzo-Nthenge [et al.] // Food Research International. – 2018. – Vol. 103. – P. 59–67. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.10.004Bhullar M. S., Patras A., Kilanzo-Nthenge A., Pokharel B., Yannam S. K., Rakariyatham K., Pan C., Xiao H., Sasges M. Microbial inactivation and cytotoxicity evaluation of UV irradiated coconut water in a novel continuous flow spiral reactor. Food Research International, 2018, vol. 103, pр. 59–67. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.10.004Use of UV-C radiation as a non-thermal process for liquid egg products (LEP) / S. Unluturk, M. R. Atılgan, A. H. Bay­sal, C. Tarı // Journal of Food Engineering. – 2008. – Vol. 85, № 4. – P. 561–568. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2007.08.017Unluturk S., Atılgan M. R., Baysal A. H., Tarı C. Use of UV-C radiation as a non-thermal process for liquid egg products (LEP). Journal of Food Engineering, 2008, vol. 85, no. 4, pр. 561–568. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2007.08.017Wadsworth, J. Perchlorates on Mars enhance the bacteriocidal effects of UV light / J. Wadsworth, C. S. Cockell // Scientific Reports. – 2017. – Vol. 7. – Art. 4662. https://doi.org/10.1038/s41598-017-04910-3Wadsworth J., Cockell C. S. Perchlorates on Mars enhance the bacteriocidal effects of UV light. Scientific Reports, 2017, vol. 7, art. 4662. https://doi.org/10.1038/s41598-017-04910-3Effects of UV radiation on aquatic ecosystems and interactions with other environmental factors / D. P. Häder, C. E. Williamson, S. Å. Wängberg [et al.] // Photochemical & Photobiological Sciences. – 2015. – Vol. 14, № 1. – P. 108–126. https://doi.org/10.1039/c4pp90035aHäder D. P., Williamson C. E., Wängberg S. Å., Rautio M., Rose K. C., Gao K., Helbling E. W., Sinha R. P., Worrest R. Effects of UV radiation on aquatic ecosystems and interactions with other environmental factors. Photochemical & Photobiological Sciences, 2015, vol. 14, no. 1, pр. 108–126. https://doi.org/10.1039/c4pp90035aВлияние светодиодного ультрафиолетового излучения на обеззараживание молока / Ю. В. Трофимов, С. И. Ли­шик, О. Л. Сороко [и др.] // Наука, питание и здоровье: сб. науч. тр. / НАН Беларуси, Науч.-практ. центр НАН Беларуси по продовольствию; под общ. ред. З. В. Ловкиса. – Мн., 2024. – С. 381–386.Trofimov Yu. V., Lishik S. I., Soroko O. L., Bespalova E. V., Tsvirko V. I., Chelyapin A. E., Bareko E. A. The effect of LED ultraviolet radiation on milk disinfection. Nauka, pitanie i zdorov’e: sbornik nauchnykh trudov [Science, nutrition, and health: collection of scientific papers]. Minsk, 2024, pp. 381–386 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.