ES2323146T3 - Procedimiento y dispositivo de tratamiento por presion de producto liquido. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de tratamiento de producto líquido en el que el producto líquido se difunde en gotas siempre que la velocidad de cambio de presión en el líquido es suficiente para reducir el nivel de microorganismos preseleccionados a un nivel predeterminado, y en el que el producto líquido se calienta.
Description
Procedimiento y dispositivo de tratamiento por
presión de producto líquido.
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La invención está destinada a utilizarse en
cualquier producto en el que sea necesario reducir el número de
microorganismos, y está relacionada con un procedimiento de
tratamiento por presión de producto líquido y (opcionalmente)
temperatura que mata microorganismos, como las bacterias. El
procedimiento se puede utilizar para productos o sustancias
líquidas de cualquier industria, como las industrias alimentarias o
farmacológicas.
Existe un procedimiento conocido de tratamiento
térmico de producto líquido destinado a destruir microorganismos
dañinos (también denominadas aquí microorganismo) en el que los
microorganismos se matan mezclando producto líquido con un medio de
calentamiento (p. ej., vapor de agua estéril) mediante el que se
calienta el producto líquido y se mantiene a una temperatura que
garantiza la pasteurización o la esterilización.
Un inconveniente de este procedimiento conocido
es que el producto líquido se mezcla con agua cuando el vapor se
condensa durante los procesos de enfriamiento del producto. Esto
aumenta la masa del producto en una media de aproximadamente el 30%
y, como resultado, la eliminación del agua resulta necesaria. La
eliminación de agua está asociada a etapas y gastos adicionales.
Otro inconveniente de este procedimiento conocido es el deterioro
potencial de la calidad del producto y de su gusto tras la
pasteurización debido a la destrucción de vitaminas y a la
coagulación de proteínas por la temperatura a la que se eleva el
producto.
Otro procedimiento conocido con características
técnicas similares es uno en el que el producto líquido se mezcla
con un medio de calentamiento de vapor de condensación, y el
producto líquido se calienta a una velocidad de aproximadamente
1400ºC/s o superior para la pasteurización y aproximadamente
7600ºC/S o superior para la esterilización, a una temperatura que
no sobrepasa la temperatura en la que se producen cambios
cualitativos en el producto líquido (tales cambios cualitativos y
temperaturas son conocidos por los expertos en la materia). El
producto se difunde en gotas que no sobrepasan preferentemente los
0,3 mm de diámetro (este proceso se describe en la patente rusa nº
2.052.967). Este procedimiento potencia el tratamiento térmico
eficaz del producto líquido, mata los microorganismos
suficientemente y no afecta de forma adversa a los aspectos
cualitativos del producto líquido, ya que aumenta la velocidad a la
que se calienta el producto líquido y solo mantiene el producto a
una temperatura alta durante un periodo de tiempo reducido. El
producto líquido se calienta solo a una temperatura inferior que la
que no afecta a los cambios cualitativos en el producto líquido. El
procedimiento se realiza en un dispositivo de pasteurización, que
contiene un difusor de producto líquido, una cámara de
pasteurización, una boquilla para el vapor, un generador de vapor,
una cámara de enfriamiento, y una bomba de vacío.
Un inconveniente de este procedimiento es que no
excluye la mezcla del producto con condensado de vapor, y esto
puede afectar de forma adversa a la estabilidad organoléptica y
fisicoquímica (como el gusto, el olor, el color y la consistencia)
de tales productos líquidos, que incluyen por ejemplo zumos
concentrados no congelados ("MFC", del inglés
Non-frozen concentrate), y no garantiza la
destrucción necesaria de microorganismos que son resistentes al
calor.
El documento FR 2.735.039 está dirigido a la
esterilización de un líquido al pasar un líquido de presión alta a
través de una boquilla y recogiendo el producto en un segundo
recipiente que está a una presión por debajo de la presión
atmosférica. El documento US 2004/161363 A1 está dirigido a un
aparato y un procedimiento para esterilizar un líquido mediante el
fluido del líquido a través de una zona de calentamiento en la que
el agua se calienta durante un periodo de tiempo suficiente para
destruir los microorganismos objetivos. El resumen de la patente de
la publicación japonesa nº 20011346515 describe un procedimiento de
esterilización de una composición de aceite y grasa emulsionada de
tipo aceite en agua. El procedimiento comprende una presurización
rápida o una despresurización rápida de una composición de aceite y
grasa emulsionada de tipo aceite en agua en una línea de producción
con el objetivo de esterilizar la solución. El documento WO 97/32483
describe un procedimiento para tratar un organismo biológico en un
medio que comprende el calentamiento del medio que contiene el
organismo a través de una temperatura de al menos aproximadamente
2ºC a un ritmo que sobrepasa una velocidad de relajación de una
membrana celular de dicho organismo. El documento US 5.232.726
describe un procedimiento de homogeneización de zumo a una presión
de al menos 15000 psi (1050 bar), disminuyendo por tanto la
actividad microbiana. El documento US 2001/0038806 A1 describe un
proceso para la esterilización de un líquido en un sistema continuo
que comprende presurizar el líquido a 30000 psig y enfriar y reducir
la presión y la temperatura en una serie de etapas.
La presente invención proporciona un
procedimiento de tratamiento de producto líquido según la
reivindicación 1.
El propósito de la invención es crear un
procedimiento y dispositivo de tratamiento por presión de producto
líquido y temperatura (opcionalmente) que potencie la estabilidad
organoléptica y fisicoquímica de productos líquidos. Se ha
descubierto que la exposición de un producto líquido a un
diferencial de presión agudo, asociado al calentamiento del
producto líquido, destruye microorganismos, incluyendo los
microorganismos que son resistentes al calor.
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El problema se puede solucionar al difundir el
producto líquido en gotas (preferentemente en gotas que no
sobrepasen aproximadamente los 0,3 mm de diámetro) y al exponer el
producto líquido a una velocidad de variación de presión de
aproximadamente 109 Pa/s o superior. En la realización preferida, la
velocidad de la velocidad de las gotas es aproximadamente 10 m/s o
superior y la variación de presión se produce durante la difusión
del producto líquido. El producto líquido se difunde utilizando una
boquilla y se mantiene a una presión en una parte de la boquilla
(la presión puede medirse y controlarse, preferentemente utilizando
una bomba) y se libera cuando se difunde en una cámara en la otra
parte de la boquilla cuando tiene una segunda presión. La presión
de la cámara también se puede regular y, si se hace, se regula
preferentemente mediante la utilización de una bomba de vacío. En
la realización preferida, se conecta una fuente de vacío a la cámara
y la presión en la cámara se mantiene a aproximadamente 0,25
Pa.
El producto líquido también se puede calentar
durante el proceso. El calentamiento se realiza preferentemente en
la cámara a medida que el producto líquido se difunde y se puede
hacer utilizando vapor sobrecalentado o cualquier otro
procedimiento de calentamiento adecuado (otras opciones incluyen la
frecuencia ultrasónica o la luz infrarroja). Si se utiliza vapor,
se introduce preferentemente en la cámara a través de una boquilla
separada y se presenta en la misma dirección que el producto
líquido. Además, la velocidad de calentamiento del producto líquido
no sobrepasa preferentemente los 1100ºC/s en la realización
preferida, pero se puede utilizar cualquier velocidad de
calentamiento que mate suficientemente el número de microorganismos
necesario y que no caliente el producto líquido a una temperatura
en la que se vean afectados de forma adversa los atributos
cualitativos.
Un dispositivo para llevar a cabo un
procedimiento según la invención incluye preferentemente una cámara
con un difusor (preferentemente una boquilla), una fuente de calor
(preferentemente un generador de vapor), una apertura para liberar
vapor (si se utiliza vapor) dentro de la cámara, una cámara de
enfriamiento, una bomba de vacío opcional conectada a la cámara y
una válvula de control de vacío, y un sobrecalentador de vapor
opcional.
El resultado técnico de la invención es un
procedimiento de tratamiento altamente eficaz. El resultado se
alcanza mediante el efecto de un cambio de presión de producto de
corta duración, que se puede unir a un calentamiento de corta
duración. El proceso reporta un nivel requerido (determinado
basándose en el estándar gubernamental aplicable) de estabilidad
microbiológica para productos líquidos sin cambios significativos
en sus características organolépticas o fisicoquímicas.
\vskip1.000000\baselineskip
El dispositivo se ilustra en los dibujos
adjuntos en los que la figura 1 muestra un esquema del dispositivo
y la figura 2 muestra la sección de cámara de acondicionamiento de
la presión y la temperatura.
En esta realización preferida, el dispositivo
100 contiene (figura 1) un depósito que incluye una cámara 4
utilizada para tratar producto líquido. El depósito 1 está conectado
a la bomba 2 mediante un conducto hasta el difusor 3 (que es
preferentemente una boquilla de acero inoxidable con un diámetro de
apertura de 1 a 3 mm). La boquilla 3 está en la cámara de
acondicionamiento de presión y temperatura 4 que incluye partes
superiores e inferiores que están conectadas entre sí (y
preferentemente están selladas herméticamente) a lo largo de los
rebordes. En la parte superior de la cámara 4 hay una boquilla 3, y
la parte inferior de la cámara 4 tiene un bloque de control de
vacío 5, como se aprecia mejor en la figura 2. El dispositivo 100
también incluye una fuente de calor opcional que, como se muestra,
es el generador de vapor 6 conectado mediante la válvula de control
de presión 7 a un sobrecalentador de vapor 8, que a su vez está
conectado a la cámara 4 mediante un conducto. El dispositivo 100
también tiene una cámara de enfriamiento 9 conectada mediante la
válvula de control de presión 10 al condensador 11, depósitos para
la condensación 12 y productos acabados 13, 14, y una bomba de
vacío 15 para crear un vacío en la cámara 4 en esta realización.
En el aspecto más preferido de un procedimiento
según la invención se envía un producto líquido bajo presión al
difusor (mostrado aquí como boquilla) 3 donde se pulveriza (o
difunde) dentro de la cámara 4 desde el depósito a través de un
conducto conectado a la boquilla 3. La difusión se realiza
preferentemente a 20ºC de temperatura y el producto líquido se
difunde preferentemente en gotas de un diámetro que generalmente no
sobrepasa aproximadamente los
0,3 mm (aunque es posible que algunas gotas sobrepasen este diámetro, incluso en la realización preferida). La velocidad de variación de presión para el producto es suficiente para matar microorganismos preseleccionados o microorganismos hasta un nivel predeterminado, y este nivel lo requiere a menudo el estándar gubernamental. La determinación de la cantidad de diferencial de presión y (opcionalmente) la temperatura necesarios para matar un microbio seleccionado en un líquido seleccionado se puede determinar a través del método de ensayo y error. En la realización preferida, el diferencial de presión al que el producto líquido está sujeto no es inferior a 109 Pa/sec.
0,3 mm (aunque es posible que algunas gotas sobrepasen este diámetro, incluso en la realización preferida). La velocidad de variación de presión para el producto es suficiente para matar microorganismos preseleccionados o microorganismos hasta un nivel predeterminado, y este nivel lo requiere a menudo el estándar gubernamental. La determinación de la cantidad de diferencial de presión y (opcionalmente) la temperatura necesarios para matar un microbio seleccionado en un líquido seleccionado se puede determinar a través del método de ensayo y error. En la realización preferida, el diferencial de presión al que el producto líquido está sujeto no es inferior a 109 Pa/sec.
Además, en esta realización, la presión en la
cámara se mantiene aproximadamente a 0,25 Pa, pero podría ser mayor
o menor, ya que el diferencial de presión por tiempo es lo que mata
a los microorganismos. La presión en la cámara 4 se controla
mediante el bloque de control de vacío 5. La velocidad de las gotas
en la cámara 4 es preferentemente alrededor de 10 m/sec, aunque
puede variar según los parámetros de funcionamiento deseados.
Si se calienta, el producto líquido se calienta
más preferentemente utilizando vapor del generador de vapor 6, que
se regula mediante la válvula 7. En esta realización, el vapor se
envía al sobrecalentador de vapor 8, donde se calienta hasta que se
convierte en un vapor de agua sobrecalentado seco. La adición de un
sobrecalentador de vapor al dispositivo es necesaria para crear un
vapor de agua sobrecalentado seco a baja presión antes de que entre
en la cámara 4. La adición de un bloque de control de vacío 5 en la
cámara 4 resulta deseable para la regulación de vapor para mantener
la presión en el nivel necesario.
El vapor del sobrecalentador de vapor 8 se envía
a continuación a través de un conducto 4 para dirigir la mezcla con
el producto líquido difundido. El vapor se inyecta preferentemente
en la cámara 4 a través de una boquilla separada y se inyecta en el
flujo de producto líquido difundido en la misma dirección en la que
se mueve el producto líquido difundido. En esta realización, el
producto líquido se calienta a una velocidad que no sobrepasa los
1100ºC/s, aunque se puede utilizar cualquier velocidad de
calentamiento adecuada. El producto se calienta a una temperatura
que no conlleva cambios cualitativos, como las temperaturas
específicas para cada producto líquido y que son conocidas por los
expertos en la materia. Existe un equilibrio entre la condensación
de vapor en gotas de producto y la evaporación de agua a partir de
gotas de producto alcanzado con ciertas condiciones y parámetros en
la cámara de tratamiento de presión y temperatura. Opcionalmente,
el producto líquido, si se calienta, se puede calentar utilizando
cualquier otro método adecuado, como luz infrarroja o frecuencia
ultrasónica.
El producto tratado junto con el vapor se envían
a la cámara de enfriamiento 9 donde se retira el vapor con la ayuda
de un condensador 11 y una bomba de vacío 15, y el producto se
enfría a la temperatura requerida, que depende de la apertura de la
válvula 10. El vapor retirado en forma de condensado se envía al
depósito 12, mientras que el producto enfriado se envía al depósito
13 o 14.
La utilización de la invención proporciona
estabilidad microbiológica del producto líquido tratado y al mismo
tiempo conserva las propiedades cualitativas del producto líquido en
sus niveles originales o cerca de los mismos. Esta es una
característica importante para la producción industrial de productos
líquidos como la leche, los zumos (como zumos reconstituidos o
zumos NFC (del inglés, no proviene de concentrado), néctares y
otros productos.
Ejemplo
1
Leche fresca a 20ºC se envía bajo una presión de
7 bar a la cámara 4 desde el depósito a través de un conducto
conectado al difusor 3. El difusor 3 era tal que difundía la leche
en gotitas con un diámetro que no sobrepasaba aproximadamente los
0,3 mm, y en este ejemplo era una boquilla de acero inoxidable. La
velocidad de reducción de presión para la leche que se estaba
difundiendo era de 2,5x109 Pa/s. La presión en el difusor era de
6x105 Pa, el diámetro de la salida en la boquilla del difusor es de
2 mm y la presión en la cámara 4 se mantuvo a 0,25 Pa, aunque se
pueden utilizar otras condiciones operativas. La velocidad de las
gotitas del producto líquido difundido en la cámara 4 no es inferior
a 10 m/s. El vapor del generador de vapor 6 regulado por la válvula
7 se envió al sobrecalentador de vapor 8. El vapor sobrecalentado
seco del sobrecalentador de vapor 8 se envió a la cámara 4 para
dirigir la interacción con la leche fresca difundida. El tiempo
durante el que las gotitas de leche interactuaron con el vapor fue
de aproximadamente 50 milisegundos. Como resultado, la leche se
calentó a 65ºC, lo que no provocó ningún cambio cualitativo en la
misma. La leche se calentó de 20 a 65ºC a una velocidad de
calentamiento de 900ºC/s. La leche tratada y el vapor se enviaron a
continuación a la cámara de enfriamiento 9 donde, con la ayuda del
condensador 11 y la bomba de vacío 15, el vapor se retiró y la
leche se enfrió hasta la temperatura objetivo de 31ºC, que se
controló mediante la apertura de válvula 10, que se utilizó para
regular la evaporación de agua. El vapor retirado en forma de
condensado se mantuvo en el depósito 12, mientras que la leche
enfriada se envió al depósito 13.
Los resultados del análisis microbiológico de
muestras de leche antes y después del tratamiento de presión y
temperatura que demuestran la eficacia del procedimiento y
dispositivo aplicado se presentan en la Tabla 1 a continuación:
Ejemplo
2
El procedimiento se realizó como se describe en
el ejemplo 1, sin embargo, se utilizó como producto líquido zumo
de naranja no procedente de concentrado.
La tabla 2 ilustra la eficacia del presente
procedimiento y dispositivo para zumo de naranja no procedente de
concentrado.
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento se realizó como se describe en
el ejemplo 1, sin embargo, se utilizó una solución fisiológica con
cultivo E. coli como producto líquido.
La tabla 3 ilustra la eficacia del presente
procedimiento y dispositivo para una solución fisiológica con
cultivo E. coli.
\vskip1.000000\baselineskip
Los ejemplos 1, 2, 3 no cubren todas las
aplicaciones de la invención y solo son ilustrativos. Por ejemplo,
el presente procedimiento y dispositivo también se puede utilizar
para el tratamiento por presión y temperatura opcional de productos
líquidos como vino, comida, productos farmacéuticos, plasma
sanguíneo y otros.
Habiendo descrito la invención, las variaciones
que no se alejen del ámbito de la invención se dispondrán para los
expertos en la materia. La invención no está por tanto limitada a la
descripción anterior, pero se expone en las siguientes
reivindicaciones y los equivalentes legales de la misma. A menos que
se indique explícitamente de otro modo, las etapas del
procedimiento según la invención se pueden realizar en cualquier
otro orden adecuado para ofrecer el producto deseado.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este
respecto.
\bullet RU 2052967 [0004]
\bullet FR 2735039 [0006]
\bullet US 2004161363 A1 [0006]
\bullet WO 9732483 A [0006]
\bullet US 5232726 A [0006]
\bullet US 20010038806 A1 [0006]
\bullet PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, 20011346515
[0006]
Claims (29)
1. Procedimiento de tratamiento de producto
líquido en el que el producto líquido se difunde en gotas siempre
que la velocidad de cambio de presión en el líquido es suficiente
para reducir el nivel de microorganismos preseleccionados a un
nivel predeterminado, y en el que el producto líquido se
calienta.
2. Procedimiento de la reivindicación 1 donde la
velocidad de cambio de presión en el producto líquido es
aproximadamente 109 Pa/s o superior.
3. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que las gotas generalmente no sobrepasan los 0,3 mm de diámetro.
4. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que la velocidad de las gotitas es aproximadamente 10 m/s o superior
durante el proceso de difusión.
5. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que el producto líquido es leche.
6. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que el producto líquido es zumo de naranja.
7. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que el producto líquido se mezcla directamente con un medio de
calentamiento.
8. Procedimiento de la reivindicación 7 en el
que el medio de calentamiento es vapor.
9. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que el producto líquido se calienta solo a una temperatura que no
sobrepasa la temperatura que afecta a los cambios cualitativos en el
producto líquido.
10. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que la etapa de calentamiento se realiza a una presión inferior que
la presión ambiente.
11. Procedimiento de la reivindicación 8 en el
que el producto líquido se difunde pasando a través de una boquilla
y se pulveriza en una cámara.
12. Procedimiento de la reivindicación 11 en el
que el producto líquido se calienta a medida que se difunde.
13. Procedimiento de la reivindicación 12 en el
que el producto líquido se calienta mediante el vapor y el vapor se
distribuye en la cámara en la misma dirección que se difunde el
producto líquido.
14. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que el producto líquido se precalienta antes de la difusión a una
temperatura que no sobrepasa un nivel de temperatura que afecta a
los cambios cualitativos en el producto líquido.
15. Procedimiento de la reivindicación 1 que
incluye además la etapa de calentar las paredes de una cámara
dentro de la cual se difunde el producto líquido.
16. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que el producto líquido se calienta mediante radiación
infrarroja.
17. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que el producto líquido se calienta mediante vibración por
frecuencia ultra alta.
18. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que la velocidad de calentamiento del producto líquido no sobrepasa
los 1100ºC/s.
19. Procedimiento de la reivindicación 1 que
incluye además el tratamiento del producto líquido con gases
químicamente activos o componentes, gases o sustancias que matan
bacterias.
20. Procedimiento de la reivindicación 19 en el
que uno o más gases activos químicamente incluyen uno o más del
grupo constituido por oxígeno, cloro y flúor.
21. Procedimiento de la reivindicación 1 en el
que el producto líquido se difunde en una cámara y la cámara se
mantiene a una presión inferior a la presión ambiente.
22. Procedimiento de la reivindicación 21 en el
que la cámara se mantiene a aproximadamente 0,25 Pa.
23. Dispositivo para la implementación de un
procedimiento de tratamiento por presión de producto líquido,
comprendiendo el dispositivo una cámara (\textdollar), un difusor
(3) comunicado con la cámara, una fuente de calor, una unidad de
control del vacío (5) comunicada con la cámara.
\newpage
24. Dispositivo de la reivindicación 23 que
incluye además un generador de vapor (6), una cámara de enfriamiento
(9), una bomba de vacío (15), y un sobrecalentador de vapor (8), en
el que la fuente de calor incluye el generador de vapor (6).
25. Procedimiento de la reivindicación 23 en el
que la cámara está hecha de acero inoxidable.
26. Procedimiento de la reivindicación 23 en el
que el difusor (3) es una boquilla.
27. Dispositivo de la reivindicación 26 en el
que la boquilla está hecha de acero inoxidable.
28. Dispositivo de la reivindicación 26 en el
que la boquilla tiene un diámetro de apertura entre 1 y 3 mm.
29. Dispositivo de la reivindicación 23 en el
que la cámara (4) tiene aproximadamente 70 cm de diámetro y
120 cm de altura.
120 cm de altura.
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2323146T3 true ES2323146T3 (es) | 2009-07-07 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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