ES2569609T3 - Método para la esterilización de sustancias pulverulentas o granuladas - Google Patents

Método para la esterilización de sustancias pulverulentas o granuladas Download PDF

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Toshio Hirata
Fumihiro Sato
Akira Mori
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Abstract

Un método para esterilizar polvo o grano, de tal manera que el método comprende: aplicar (11) calor y presión, de tal manera que se suministra polvo o grano (1) al interior de un conducto (104) de flujo de gas calentado, mantenido bajo condiciones calentadas y presurizadas, y el polvo o grano es transferido a la vez que entra en contacto directo con un vapor dentro del conducto (104) de flujo de gas calentado, durante entre 0,008 y 2 segundos; esterilizar (12) por reducción instantánea de la presión, de tal manera que el vapor y el polvo o grano son instantáneamente liberados al seno de un espacio que tiene una presión más baja que la del conducto (104) de flujo de gas calentado, de modo que el agua contenida en los microorganismos que están adheridos al polvo o grano se hace hervir rápidamente, y los tejidos de los microorganismos son destruidos; enfriar (13) el vapor y el polvo o grano inmediatamente después de la esterilización (12) por reducción instantánea de la presión, mediante aire o un gas no oxidante suministrado desde una unidad de enfriamiento (106); y separar (14) el polvo o grano, enfriado, del vapor y del aire o gas no oxidante, de tal manera que en la esterilización (12) por reducción instantánea de la presión, el vapor y el polvo o grano se hacen pasar a través de un tubo estrecho o un orificio proporcionado aguas abajo del conducto (104) de flujo de gas calentado, a fin de llevar a cabo un proceso de reducción de la presión, y el proceso de reducción de la presión se consigue en entre 0,00001 y 0,1 segundos.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para la esterilizacion de sustancias pulverulentas o granuladas CAMPO TECNICO
La presente invencion se refiere a un metodo para esterilizar polvo o grano que es capaz de destruir microorganismos desde el interior mediante un calentamiento y una rapida reduccion de la presion, que es capaz de minimizar la degradacion de la calidad de un material esterilizado, y que puede proporcionar una esterilizacion suficiente, as! como a un aparato de esterilizacion que emplea el metodo. Por otra parte, el metodo para esterilizar polvo o grano y el aparato de esterilizacion que emplea el metodo de la presente invencion pueden ser aplicados para matar plagas de insectos y sus huevos.
TECNICA ANTERIOR
El documento US 4.709.487 divulga un metodo para tratar por calor una sustancia en forma de polvo y/o granular, que incluye las etapas de cargar la sustancia en forma de polvo y/o granular, como materia destinada a su tratamiento, en el seno de una corriente de un medio de calentamiento directo presurizado.
El documento WO/2004 049 925 A1 divulga un metodo de tratamiento de cereales por calor que utiliza un vapor sobrecalentado.
El documento EP 0061305 A1 divulga un metodo para preparar una especia o un material similar, tal como un medicamento sin tratar, que comprende esterilizar por calor un material en bruto correspondiente a la especia o material similar mientras este se encuentra suspendido en el seno de, y es transportado por, una corriente de vapor sobrecalentado que fluye a traves de una tuberla.
La superficie del polvo o grano tal como harina, harina de arroz, especias tales como la pimienta, polvo de te, polvo o grano de chlorella, y polvo cosmetico se contamina con microorganismos tales como bacterias y hongos que son transportados por el aire. La proliferacion de los microorganismos degrada la calidad del polvo o grano con el tiempo. Cuando las condiciones son adecuadas para la proliferacion de los microorganismos, por ejemplo, temperaturas y humedad elevadas, especialmente durante el transporte o el tratamiento del polvo o grano, los microorganismos pueden proliferar de forma explosiva y provocar un gran dano.
Por otra parte, el polvo o grano puede verse contaminado con plagas de insectos tales como el gorgojo del malz y la polilla india de la harina, o con sus huevos, y provocar la degradacion de la calidad del polvo o grano.
Se han estudiado diversos metodos de esterilizacion para evitar la proliferacion de tales organismos daninos, como los microorganismos y las placas, y se han puesto en uso practico. Por ejemplo, por lo que respecta a la esterilizacion de microorganismos, el polvo o grano se somete, por lo comun, a metodos de esterilizacion en los que el polvo o grano es esterilizado (termicamente esterilizado) por medio de un calentamiento indirecto o directo tal como por calentamiento por efecto Joule, calentamiento por induction, aire caliente, agua caliente, vapor, vapor sobrecalentado o vapor a presion.
Al objeto de esterilizar microorganismos por calentamiento, los microorganismos son expuestos a calentamiento a una temperatura predeterminada durante un periodo de tiempo predeterminado para la esterilizacion. Se ha venido acumulando una gran riqueza de conocimiento acerca de la relation existente entre la temperatura predeterminada y el periodo de tiempo predeterminado para la exposition al calor. La esterilizacion termica es ampliamente utilizada en la industria alimentaria debido a que la esterilizacion termica es un metodo altamente seguro para esterilizar alimentos, y se ha demostrado, en diversas aplicaciones de esterilizacion, que acumula el conocimiento y los datos para asegurar un grado de esterilizacion predeterminado.
Por ejemplo, el Documento de Patente 1 divulga, en el parrafo [0009], un aparato que incluye una unidad de suministro de material en bruto (numeros de referencia 2 a 8 en la Figura 1) en la cual se suministra polvo o grano con aire a presion que es calentado y presurizado a una temperatura de entre aproximadamente 80° C y 200° C y una presion que va desde la presion ambiental hasta aproximadamente 10 kg/cm2G (valores correspondientes a entre 0,1 MPaG y 1 MPaG), hacia una primera boquilla, y una unidad de suministro de vapor (numeros de referencia 14 a 17 en la Figura 1) en la que se mezclan vapor 13 y aire 14 para ser suministrados a una primera boquilla de estrangulamiento 9. Se supone que el polvo o grano suministrado desde la unidad de suministro de material en bruto, y el gas de mezcla de vapor y aire suministrado desde la unidad de suministro de vapor, son mezclados en un aparato de calentamiento 12 para llevar a cabo una esterilizacion termica. Se describe que el aparato de calentamiento 12 tiene una salida provista de una segunda boquilla de estrangulamiento (parrafo [0010]).
La invencion del Documento de Patente 1 se parece superficialmente a una realization del aparato de la presente invencion. Sin embargo, el parrafo [0009] describe que la temperatura es de entre 80° C y 200° C, la presion se encuentra entre la presion ambiental y 10 kg/cm2G, y el tiempo de permanencia es de 3 segundos a 60 segundos en el aparato de calentamiento 12. Como se ha descrito en el parrafo [0034], cuando el aparato de calentamiento es un
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conducto recto, el caudal de flujo del gas mezclado es 20 m/segundo, y el tiempo de permanencia es entre 0,5 segundos y 2 segundos, el conducto recto tiene una longitud grande de entre 10 m y 40 m. De acuerdo con ello, se requiere un ciclon tal como se muestra en la Figura 8 para conseguir el tiempo de permanencia y para reducir las dimensiones del aparato.
Esto esta respaldado por el hecho de que, en una realizacion descrita en el parrafo [0040] del Documento de Patente 1, el caudal de flujo del gas mezclado es 15 m/segundo y el tiempo de permanencia es 4 segundos, y, cuando se utiliza un conducto recto, su longitud se hace tan grande como 60 m. Esto se supone que es debido a que el metodo de esterilizacion del Documento de Patente 1 depende principalmente del calentamiento, y no puede obtenerse un historial termico suficiente para matar microorganismos a menos que el calentamiento dure varios segundos al menos.
El Documento de Patente 2 proporciona un metodo de calentamiento que incluye suministrar material en polvo o en grano al seno de un flujo de un medio presurizado y calentado, tal como vapor sobrecalentado, para su mezcla y transferencia, transferir el flujo de medio de transferencia del medio presurizado y calentado, mezclado con el material en polvo o grano, al interior de un conducto calentado que genera un flujo turbillonario que se proporciona aguas abajo, y hacer arremolinarse el medio de transferencia a lo largo del flujo del interior del conducto calentado que genera un flujo turbillonario, a fin de transferir en espiral el material en polvo o en grano. El conducto calentado que genera un flujo turbillonario es calentado indirectamente. Como se describe en la columna 4, el metodo esta destinado a esterilizar termicamente y modificar termicamente la naturaleza del polvo o grano.
El Documento de Patente 2 describe, en la columna 6, que el estado de calentamiento directo es, de preferencia, a una temperatura comparativamente baja para la esterilizacion, y el material en bruto es tratado durante entre 0,1 segundos y 3 segundos mediante un contacto directo con vapor saturado a una presion manometrica de 5 kg/cm2 o menos, y, preferiblemente, de entre 0,5 kg/cm2 y 2,5 kg/cm2, o con vapor sobrecalentado a una presion manometrica de 4 kg/cm2 o menos y una temperatura de 300° C o menos, y, preferiblemente, a una presion de entre 0,1 kg/cm2 y 3 kg/cm2 y una temperatura de 250° C o menos. Sin embargo, ateniendo al tiempo de tratamiento mas corto de entre todas las realizaciones, este requiere 0,7 segundos, utilizando vapor sobrecalentado a 194° C (Realizacion 1). En comparacion con el Documento de Patente 1, la temperatura de tratamiento es mas alta, pero el tiempo de tratamiento se ve considerablemente reducido. Sin embargo, no hay ninguna descripcion sobre si la bacteria utilizada en las realizaciones es una bacteria resistente al calor o no. El tratamiento de bacterias resistentes al calor puede requerir un tiempo mas largo. De esta forma, una reduccion adicional del tiempo de tratamiento y de la temperatura de tratamiento puede reducir la degradacion de la calidad del material esterilizado.
Por otra parte, el Documento de Patente 2 describe, en la columna 4, que el control de la presion proporciona una modificacion termica de la naturaleza suave y eficaz, y, en la columna 7, el hecho de que, cuando una boquilla se utiliza como el dispositivo de descarga, la presion se reduce en un periodo de tiempo mas corto que con una valvula rotativa, para obtener un hinchamiento mas grande. Sin embargo, no hay ninguna descripcion acerca de que este hinchamiento (reduccion de la presion) contribuya a la esterilizacion. De esta forma, el metodo se lleva a efecto por esterilizacion termica. El Documento de Patente 2 describe especlficamente el hecho de que se proporciona un metodo de calentamiento y un aparato de calentamiento en virtud de los cuales se esteriliza termicamente de un modo eficaz material en polvo o grano con un medio calentado de vapor sobrecalentado, y gracias a los cuales los materiales en polvo o grano, que son cereales, alimentos, y similares, son modificados termicamente en su naturaleza de un modo eficaz, y es posible tambien reducir las dimensiones del aparato o sistema (llnea 5 de la columna 4). Por otra parte, este describe que, entonces, el material en bruto que fluye por el interior del conducto como un flujo turbillonario, fluye a lo largo de la pared del conducto para ser calentado como consecuencia de que el conducto es calentado indirectamente con la unidad de calentamiento y, por tanto, el material en bruto es calentado de manera eficaz, y que, entonces, el material en bruto es esterilizado o modificado termicamente en su naturaleza debido a que la corriente de transferencia es presurizada, y la presion de la corriente es controlada con la valvula de estrangulamiento de aguas abajo dependiendo de la progresion del calentamiento (llnea 10 de la columna 5). La descripcion expone claramente que el Documento de Patente 2 divulga una esterilizacion que implica calentamiento.
El Documento de Patente 3 proporciona un metodo para esterilizar polvo o grano que incluye aspirar polvo o grano por un dispositivo eyector 3 (Figura 1), utilizando vapor sobrecalentado como fuente de propulsion, comprimir u mezclar el polvo o grano y el vapor sobrecalentado, esterilizar termicamente el polvo o grano y, tras ello, separar el polvo o grano del vapor sobrecalentado que se ha de recoger, y de tal manera que tanto el polvo o grano como el vapor sobrecalentado son aspirados al interior del dispositivo eyector 3 utilizando el vapor sobrecalentado como fuente de propulsion. Este describe, en el parrafo [0016], el hecho de que el material y el vapor sobrecalentado son aspirados y, a continuacion, comprimidos, mezclados y calentados en un difusor 19, acompanandose de vapor sobrecalentado que es descargado desde la salida de una boquilla 17, y de que la conductividad termica es en este procedimiento grande y, por tanto, el material es esterilizado termicamente con rapidez. La descripcion muestra que el Documento de Patente 3 tambien divulga la esterilizacion mediante el calor latente del vapor.
Cada una de las tecnicas de los Documentos de Patente 1 a 3 es un metodo de esterilizacion termico en el que microorganismos tales como bacterias u hongos que estan adheridos a materiales en polvo o grano en bruto son
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calentados hasta alcanzar una temperatura de todo el conjunto del polvo o grano y, de esta forma, se modifica la naturaleza de los polisacaridos, protelnas, llpidos, acidos nucleicos y otras sustancias similares incluidas en los microorganismos.
Sin embargo, tales metodos tienen un problema por cuanto, a fin de mantener el grado suficiente de esterilizacion mediante semejante metodo de calentamiento convencional, los propios materiales en polvo o grano en bruto son calentados innecesariamente. Entonces, parte del almidon, protelnas, llpidos y otras sustancias similares contenidas en los materiales en bruto es desnaturalizada para ver modificadas sus caracterlsticas como materiales alimenticios en bruto u otros similares, y, por tanto, su valor comercial se ve reducido. Idealmente, es deseable un tiempo de calentamiento tan corto que tan solo se calienten los microorganismos presentes en la superficie del polvo o grano, en tanto que el interior del polvo o grano permanece sin calentar. Sin embargo, debido a que un tiempo de calentamiento tan corto no es capaz de proporcionar un historial termico lo bastante largo como para matar microorganismos, el tiempo de calentamiento no puede ser reducido.
De acuerdo con ello, en los metodos de esterilizacion termicos convencionales, se identifica un estado de esterilizacion bajo la cual el historial termico del material en polvo o grano en bruto se hace tan pequeno como sea posible, y el estado de calentamiento es controlado dependiendo del proposito de la esterilizacion. En otras palabras, incluso cuando se pretende que el grado de esterilizacion sea alto, debido a que el calor degrada el material en polvo o grano en bruto, o el calentamiento en presencia de oxlgeno provoca una rapida oxidacion de manera que se degrada significativamente la calidad del material, los metodos de esterilizacion termicos convencionales tienen limitaciones a la hora de aumentar el grado de esterilizacion.
En particular, los microorganismos que forman esporas (bacterias resistentes al calor) estan cubiertos por tejidos superficiales robustos y, por tanto, unicamente pueden ser matados en un estado de esterilizacion extremadamente mas fuerte en comparacion con microorganismos de celulas vegetativas normales. Asl, pues, cuando se requiere una esterilizacion fiable, el tiempo de calentamiento debe establecerse largo.
Por lo tanto, por lo que respecta a las bacterias resistentes al calor, se ha venido estudiando la esterilizacion no termica mediante exposicion a radiacion, exposicion ultravioleta, ozono u otro metodo similar, y algunos de ellos se han puesto en uso practico. En estos metodos, se aplican rayos de radiacion o rayos ultravioletas y, en consecuencia, la energla de las ondas electromagneticas de los mismos destruye los tejidos o elementos similares para la esterilizacion. Por otra parte, el ozono tiene un fuerte efecto oxidante, de manera que destruye los tejidos bacterianos con vistas a la esterilizacion. Sin embargo, estos metodos de esterilizacion no termicos presentan problemas por cuanto tienen una menor certeza de esterilizacion, y las partes no irradiadas con las ondas electromagneticas no son esterilizadas. En el metodo que emplea ozono, cuando los microorganismos presentan una parte que no puede entrar en contacto con el ozono, esa parte no es esterilizada. Por otro lado, la exposicion a radiacion presenta interrogantes en cuanto a la seguridad, especialmente cuando se aplica a alimentos, y, en consecuencia, los metodos de esterilizacion no estan permitidos en Japon y en otros palses.
En contraposicion, ejemplos del metodo para matar insectos y huevos incluyen un metodo para matar insectos y huevos mediante una presion reducida, como en el Documento de Patente 4. De acuerdo con una realizacion, se describe que el metodo incluye colocar un material que se ha de tratar en un recipiente cerrado, bajo una presion de entre 5 y 60 atmosferas durante entre aproximadamente 3 y 20 minutos, y reducir rapida o lentamente la presion desde el estado antes descrito para matar los insectos. El metodo ha de ser un metodo al modo por lotes si se quiere mantener el estado presurizado durante varios minutos y, por tanto, presenta un problema de baja eficiencia de tratamiento. El metodo tiene otro problema por cuanto requiere un aparato que pueda soportar una presion de 60 atmosferas como en la Realizacion 4, y, por tanto, el tamano del aparato se incrementa.
Documento de Patente 1: Publication de Solicitud de Patente japonesa N° 2000-24091 (Figura 1, parrafos
[0009], [0010] y [0040])
Documento de Patente 2: Publicacion de Solicitud de Patente japonesa examinada N° 5-53 (reivindicaciones
1, 4 y 5, por ejemplo)
Documento de Patente 3: Publicacion de Solicitud de Patente japonesa N° 2000-157615 (parrafo [0016])
Documento de Patente 4: Publicacion de Solicitud de Patente japonesa examinada N° 7-114674
EXPLICACION DE LA INVENCION Problema que ha de ser resuelto por la Invention
La presente invencion tiene el proposito de proporcionar un metodo para esterilizar polvo o grano mediante el cual el tiempo de calentamiento es un mlnimo tiempo necesario para reducir la degradation termica de la calidad del polvo o grano al tiempo que se garantiza un efecto de esterilizacion suficiente, asl como un aparato de esterilizacion que emplea el metodo. Por otra parte, constituye otro proposito de la presente invencion proporcionar un metodo de esterilizacion eficiente que no requiera la adicion de ningun agente antiseptico o sustancia similar, a fin de reducir el coste de los materiales en polvo o grano en bruto. Por otro lado, es otro proposito de la presente invencion proporcionar un aparato de esterilizacion para matar insectos y huevos que tenga un tamano que sea mas pequeno
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que el de un aparato convencional gracias a la minimization del tiempo de calentamiento requerido (tiempo de permanencia) del polvo o grano, con el fin de reducir la longitud de un conducto de flujo de gas calentado incluido en el aparato de esterilizacion.
Los materiales en polvo o en grano en bruto se utilizan en diversos campos industriales, tales como la alimentation, los suplementos dieteticos, la cosmetica y los productos farmaceuticos, y tienen diversas aplicaciones. Asl, pues, la contamination de los materiales en polvo o en grano en bruto con microorganismos y agentes similares puede influir la calidad de un producto final. En particular, las esporas que viven en un material en polvo o en grano en bruto germinan durante un proceso de distribution, almacenamiento en el domicilio o un proceso similar, de manera que aumenta la contaminacion microbiana del producto. Para hacer frente a esto, por ejemplo, los fabricantes establecen las fechas de caducidad o las fechas de frescura mas cortas, utilizan un metodo de distribucion especial (distribucion en frlo, distribucion congelada y otras similares), o anaden un agente antiseptico, de lo que resulta un coste del producto incrementado, un uso ineficiente del material en bruto y una seguridad comprometida. Por otra parte, el metodo de esterilizacion por medio de calentamiento por vapor para una facil esterilizacion presenta un problema que provoca la degradation de la calidad, como es la gelatinizacion del almidon, la desnaturalizacion termica de la protelna, la descomposicion de la estructura molecular de una vitamina y la descomposicion molecular de pigmentos tales como la clorofila y los polifenoles. Por otra parte, como se ha descrito anteriormente, debido a que el metodo de esterilizacion tiene un efecto de esterilizacion pequeno en las bacterias resistentes al calor, se precisa que se incrementen la temperatura de tratamiento y el tiempo de tratamiento al objeto de matar por completo las bacterias resistentes al calor, y, de este modo, el historial termico resultante provoca una inevitable degradacion de la calidad, tal como la gelatinizacion del almidon.
Medios para resolver los problemas
La presente invention resuelve los problemas mediante un metodo de acuerdo con la revindication 1.
Concretamente, en primer lugar, en la aplicacion de calor y presion en la que la temperatura de los microorganismos que se adhieren a la superficie del polvo o del grano se incrementa al ser el material en polvo o grano en bruto transferido al tiempo que entra uniformemente en contacto con el gas condensable calentado en el interior del conducto de flujo de gas, se aumenta la temperatura de los propios microorganismos, tales como las bacterias y hongos que se adhieren a cada superficie del polvo o grano. La expresion “gas condensable calentado” significa aqul vapor presurizado, vapor saturado, y vapor sobrecalentado. Con tal gas condensable, el vapor es condensado a una temperatura de vapor saturado, a una cierta presion, y el calor latente conduce calor hasta la superficie de los microorganismos. De esta forma, la temperatura de los microorganismos presentes en la superficie del polvo o grano puede ser aumentada en un tiempo extremadamente corto. Por ejemplo, mediante el uso de vapor presurizado que tiene una presion de 0,2 MPaG y una temperatura de 133° C, cuando el polvo o grano entra en contacto directo con el vapor presurizado tan solo durante entre 0,008 y 2 segundos en la aplicacion de calor y presion, puede obtenerse una cantidad de calor que es lo bastante grande para llevar a cabo el metodo de esterilizacion de la presente invencion. Considerando la degradacion de la calidad del polvo o grano, el tiempo de contacto directo del vapor presurizado y el polvo o grano es, preferiblemente, entre 0,01 y 2 segundos. El tiempo de contacto directo es, mas preferiblemente, entre 0,01 y 1 segundos y, de forma especialmente preferida, entre 0,01 y 0,5 segundos. Cuando el tiempo de contacto directo es un tiempo tan extremadamente corto, la temperatura de la superficie del polvo o grano aumenta, pero la del interior se ve incrementada de forma despreciable. Esto se debe a que el diametro de las partlculas del polvo o grano es mucho mas grande que el de los microorganismos. Por ejemplo, la E. coli tiene un diametro de aproximadamente 0,7 micras, y una espora de un bacilo tal como una bacteria tiene un diametro de aproximadamente 2 micras. En contraposition, por lo que respecta al polvo o grano, por ejemplo, el te en polvo tiene un diametro de aproximadamente 30 micras, y la harina de trigo tiene un diametro de aproximadamente 10 micras. De esta manera, la aplicacion de calor y presion tiene el proposito de proporcionar el estado en que la temperatura del polvo o grano, en si, se incrementa de forma despreciable a fin de minimizar la desnaturalizacion de la composition del material en bruto, y unicamente la temperatura de los microorganismos de la superficie se incrementa hasta la temperatura del vapor saturado bajo una cierta presion.
De forma subsiguiente a la aplicacion de calor y presion, el metodo procede a la esterilizacion por reduction instantanea de la presion, en la que el gas condensable calentado y el polvo o grano son instantaneamente liberados al seno de un espacio que tiene una presion mas baja que la del conducto de flujo de gas calentado. A continuation de la aplicacion de calor y presion con los que los microorganismos adheridos a la superficie del polvo o grano son calentados, el polvo o grano expuesto al estado presurizado es instantaneamente liberado bajo una presion reducida en la etapa de esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, con lo cual el agua contenida en los microorganismos que estan adheridos al polvo o grano se hace hervir rapidamente, y los tejidos de los microorganismos son destruidos para la esterilizacion. Aqul, los medios para liberar instantaneamente el gas condensable calentado y el polvo o grano al seno de un espacio que tiene una presion inferior a la del conducto de flujo de gas calentado, no estan especlficamente limitados. Un ejemplo preferido es un metodo segun el cual el gas condensable calentado y el polvo o grano se hacen pasar a traves de una unidad de reduccion de la presion proporcionada aguas abajo con respecto al conducto de flujo de gas calentado, a fin de reducir la presion. Ejemplos de tal unidad de reduccion de la presion incluyen un orificio y un tubo estrecho. Cuando se utiliza una unidad de reduccion de la presion tal como un tubo estrecho, el flujo de gas mezclado del polvo o grano y el gas condensable
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calentado que se hace pasar a traves del tubo estrecho, tiene una elevada velocidad de paso, de manera que pierde una gran cantidad de presion. Esto tiene como resultado una diferencia de presiones entre el interior del conducto de flujo de gas calentado y la parte situada aguas abajo del tubo estrecho. Gracias a la diferencia de presiones y a la minima energla termica proporcionada en la aplicacion de calor y presion, el agua contenida en los microorganismos se hace hervir rapidamente. A fin de llevar a cabo adecuadamente la esterilizacion por reduccion instantanea de la presion de la invencion, el tiempo de paso a traves del tubo estrecho (tiempo de la presion reducida) es entre 0,00001 y 0,1 segundos, como valor calculado, y la presion diferencial es, preferiblemente, entre 0,05 y 0,7 MPa. Mas preferiblemente, el tiempo de paso a traves del tubo estrecho es entre 0,00002 y 0,1 segundos, como valor calculado, y la presion diferencial es entre 0,05 y 0,5 MPa. Aun mas preferiblemente, el tiempo de paso a traves del tubo estrecho es entre 0,00002 y 0,01 segundos, y la presion diferencial es 0,07 y 0,5 MPa.
Por ejemplo, cuando la presion en el conducto de flujo de gas calentado es 0,2 MPaG, la temperatura del vapor saturado es 133° C, y el tiempo de permanencia en el conducto de flujo de gas calentado es aproximadamente 0,16 segundos, la temperatura en el interior de la espora que esta adherida al polvo o grano es aproximadamente 133° C. En contraposicion, en el caso de harina de trigo, la temperatura del centro del grano de harina de trigo se ha calculado de manera que aumente tan solo en varias decenas de grados Celsius. A continuacion, el flujo de gas mezclado se hace pasar a traves del tubo estrecho en el lapso de 0,00025 segundos (valor calculado), y se libera a la presion atmosferica para conseguir una presion reducida en 0,2 MPa de manera instantanea. El agua del interior de las esporas se evapora rapidamente debido a que no puede existir como llquido a la presion atmosferica. Como resultado de ello, el interior de las esporas se llena de una gran cantidad de vapor, y esa fuerza destruye los tejidos de las esporas para matar las esporas.
El tubo estrecho de la presente invencion tiene una cierta anchura segun la direction de paso del flujo y difiere del orificio en sus formas. Por otra parte, si bien, dependiendo de la forma del tubo estrecho o del orificio, en un aspecto funcional, al polvo o grano le resulta diflcil fluir a traves del orificio debido a la contraction del flujo, el orificio presenta, entonces, la tendencia a tener una magnitud de tratamiento mas pequena pero una excelente esterilizacion con respecto a las del tubo estrecho. Y a la inversa, el tubo estrecho presenta la tendencia a tener un efecto de esterilizacion menor, pero una magnitud de tratamiento mayor, que los del orificio. Por lo tanto, puede seleccionarse uno u otro de ellos dependiendo de la aplicacion.
Debido a que unicamente los microorganismos que estan adheridos a la superficie del polvo o grano son calentados considerablemente, pero el polvo o grano apenas es calentado cuando se aplica el calor y la presion, el polvo o grano no se hincha, de manera que no estalla, ni siquiera a traves de la esterilizacion por reduccion instantanea de la presion. En contraposicion, los microorganismos se hinchan instantaneamente hasta morir a traves de la esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, debido a que son calentados.
Segun sea necesario, subsiguientemente a la esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, el polvo o grano que experimenta una esterilizacion por reduccion instantanea de la presion en el procedimiento de esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, puede ser tratado ulteriormente mediante el enfriamiento del gas condensable calentado y del polvo o grano por medio de un gas no condensable suministrado desde una unidad de enfriamiento, y la separation del polvo o grano enfriado del gas condensable calentado y del gas no condensable. En el enfriamiento, el polvo o grano, tras una esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, obtenida por medio del procedimiento de esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, se mezcla con el gas no condensable suministrado desde la unidad de enfriamiento sin separar el gas condensable calentado del polvo o grano. Esta etapa tiene el proposito de evitar la degradation de la calidad del polvo o grano como consecuencia del calor remanente de la esterilizacion por reduccion instantanea de la presion de la presente invencion. En el enfriamiento, es preferible que el tiempo transcurrido desde el momento en que el polvo o grano comienza a ser transferido por el gas condensable calentado hasta que la temperatura, en una atmosfera de transferencia, de la mezcla con el gas no condensable llega a 65° C o menos, sea entre 0,05 y 1 segundo, debido a que el calor remanente de la esterilizacion por reduccion instantanea de la presion puede ser minimizado. Incluso, de forma preferida, el tiempo es entre 0,08 y 1 segundo.
Los medios para el enfriamiento no estan limitados de forma especifica, pero ejemplos de los mismos incluyen una soplante que tiene una unidad de filtro de partlculas en el aire de alta eficiencia (filtro HEPA -“high efficiency particulate air”-), que puede filtrar el polvo y las bacterias transportadas por el aire a fin de suministrar una gran cantidad de aire no condensable esterilizado. Por otra parte, el “gas no condensable” puede ser, aqul, cualquier gas no condensable, tal como aire a la temperatura de la sala y aire enfriado, en tanto en cuanto el gas pueda enfriar el polvo o grano al suministrar el gas al interior del aparato de esterilizacion para polvo o grano. Al objeto de evitar la oxidation del polvo o grano por el calor remanente y el oxlgeno atmosferico tras la esterilizacion por reduccion de la presion, preferiblemente el gas no condensado utilizado es un gas no oxidante tal como gas nitrogeno, gas argon, gas dioxido de carbono y gas helio.
A la hora de la separacion, el polvo o grano enfriado en el enfriamiento es separado del gas mezclado compuesto del gas condensable calentado y el gas no condensable. La separacion puede llevarse a cabo por cualquier metodo, y, por ejemplo, mediante el uso de un ciclon, se genera un flujo turbulento en el recipiente del ciclon con el fin de
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generar una fuerza centrlfuga, y el flujo o grano es separado del gas mezclado por la fuerza centrlfuga. Cuando el polvo o grano, tras la esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, obtenida por el procedimiento de esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, es inmediatamente separado, en el ciclon, del gas condensable calentado sin experimentar el enfriamiento, el polvo o grano se arremolina para permanecer en el ciclon, con lo que se ocasiona la degradacion de la calidad del producto en bruto debido a que el material en bruto tiene una temperatura de aproximadamente 100° C durante ese tiempo. Por otra parte, el polvo o grano que se introduce en primer lugar en el ciclon no siempre sale el primero y, por tanto, el polvo o grano que tiene un largo tiempo de permanencia experimenta el problema de una degradacion apreciable de la calidad. Por lo tanto, en la presente invencion, el polvo o grano, tras su esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, no es separado de inmediato, sino que el flujo de gas mezclado se mezcla con el gas enfriado para ser rapidamente enfriado en un tiempo extremadamente corto y, por tanto, la temperatura se reduce a 65° C o menos en un tiempo extremadamente corto. A continuacion, el polvo o grano es separado en el ciclon o elemento similar, con lo que se resuelve el problema de la degradacion de la calidad. Una temperatura de 65° C es la temperatura llmite de la gelatinizacion del almidon o la desnaturalizacion de las protelnas y, por tanto, cuando la temperatura se reduce a 65° C o menos, no se desarrolla tal desnaturalizacion y la oxidacion se retrasa considerablemente.
Cuando el polvo o grano es suministrado al conducto de flujo de gas calentado, el polvo o grano flota, preferiblemente, en el seno del gas no oxidante. Esto es debido a que, si el polvo o grano se expone a un estado de alta temperatura en presencia de oxlgeno dentro del conducto de flujo de gas calentado, una excesiva reaccion de oxidacion dispara la degradacion de la calidad.
Gracias al metodo para esterilizar polvo o grano de la presente invencion, puede obtenerse un polvo o grano en el que se minimice la degradacion de calidad, tal como la gelatinizacion del almidon o la desnaturalizacion termica de las protelnas, por el historial termico. Que el polvo o grano se haya esterilizado significa, aqul, que 1 gramo de polvo o grano contiene 300 unidades (cfu [unidad formadora de colonias -“colony-forming unit”-]) de bacterias o menos.
Por otra parte, el metodo para esterilizar polvo o grano y el aparato que emplea el metodo de la presente invencion tienen un efecto en las plagas de insectos y en sus huevos. El metodo de esterilizacion de la presente invencion tienen este efecto en plagas de insectos tales como el gorgojo del malz y la polilla india de la harina y en sus huevos, y las condiciones para matar los insectos y los huevos son las mismas que las del metodo de esterilizacion.
Como se ha descrito anteriormente, la presente invencion proporciona el metodo segun el cual microorganismos, plagas de insectos y huevos de las plagas de insectos que se adhieren a la superficie del polvo o grano son calentados durante un tiempo mlnimo necesario, y el polvo o grano al que se adhieren los microorganismos y otros entes similares es rapidamente despresurizado para una reduccion instantanea de la presion. El metodo puede llevarse a efecto con diversos aparatos. Se prefiere un aparato de esterilizacion para polvo o grano de tal manera que el aparato incluye una unidad de suministro de material en bruto, una unidad de suministro de gas condensable calentado, un conectador que conecta la unidad de suministro de material en bruto y la unidad de suministro de gas condensable calentado, un conducto de flujo de gas calentado, conectado aguas abajo del conectador, una unidad de reduccion de la presion, proporcionada aguas abajo del conducto de flujo de gas calentado, un conducto de flujo de gas enfriado, que tiene un punto intermedio al que esta conectada la unidad de reduccion de la presion, una unidad de enfriamiento que esta conectada aguas arriba del conducto de flujo de gas enfriado y que aporta un gas no condensable al interior del conducto de flujo de gas enfriado, y un aparato de separacion de polvo o grano, conectado aguas abajo del conducto de flujo de gas enfriado.
La configuracion del aparato para aplicar el metodo reivindicado se describira mas adelante en la descripcion detallada de la presente invencion que se proporciona en lo que sigue. Mediante el metodo para esterilizar polvo o grano de la presente invencion, el tiempo para poner en contacto el polvo o grano con el gas condensable calentado puede ser extremadamente corto. De acuerdo con ello, como un componente del aparato, el conducto de flujo de gas calentado puede ser un conducto recto y corto. Especlficamente, si bien depende del diametro interior del conducto y de su caudal de flujo, un conducto de flujo de gas calentado que tenga una longitud de entre aproximadamente 100 mm y 5.000 mm puede proporcionar un efecto de esterilizacion suficiente.
Efectos de la Invencion
Gracias al metodo para esterilizar polvo o grano de la presente invencion, puede esterilizarse polvo o grano de forma rapida y simple con una minima degradacion de la calidad por el historial termico. La presente invencion tiene un alto valor de utilidad en el mercado de los materiales en polvo o grano en bruto que tienen serios problemas como la desnaturalizacion termica de las protelnas y la descomposicion de las vitaminas y pigmentos. Por otra parte, el metodo de esterilizacion de la presente invencion mata plagas de insectos y sus huevos sin comprometer la calidad del polvo o grano.
Mediante la realizacion del enfriamiento por el que el polvo o grano es enfriado de inmediato tras la esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, la calidad del polvo o grano no se ve degradada por el calor residual ulterior durante la separacion.
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Al utilizar un gas no oxidante cuando el polvo o grano se suministra al interior del conducto de flujo de gas calentado, es posible evitar que el polvo o grano se oxide hasta ver degradada su calidad durante la aplicacion de calor y presion. De forma similar, mediante el empleo de un gas no oxidante como el gas no condensable suministrado desde la unidad de enfriamiento, es posible minimizar la degradacion de la calidad por oxidacion durante el enfriamiento y la separacion.
Mediante el empleo de la esterilizacion por reduccion instantanea de la presion de la presente invention, los microorganismos y otros entes similares pueden ser eliminados con independencia del historial termico. Esto significa una reduccion del tiempo de contacto del polvo o grano con el gas condensable calentado contenido en el conducto de flujo de gas calentado. De esta forma, la longitud del conducto de flujo de gas calentado puede hacerse mas corta en el aparato en que se lleva a cabo el metodo para matar insectos y huevos de acuerdo con la presente invencion, que la de un aparato convencional. Esto elimina la necesidad de un ciclon de calentamiento convencional
0 elemento similar para conseguir tiempo de permanencia. Por lo tanto, la configuration del aparato puede ser adicionalmente simplificada para mejorar la susceptibilidad de mantenimiento y para reducir el coste.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es un diagrama de flujo que muestra la forma de proceder de un metodo para esterilizar polvo o
grano de la presente invencion.
La Figura 2 es una vista esquematica que muestra la configuracion de un aparato de esterilizacion que
emplea el metodo para esterilizar polvo o grano de la presente invencion.
REALIZACIONES PARA LLEVAR A CABO LA INVENCION
En lo que sigue de esta memoria, se describira especlficamente una realization de la presente invencion. La Figura
1 es un diagrama de flujo que muestra la forma de proceder de un metodo para esterilizar polvo o grano de la presente invencion. La Figura 2 es una vista esquematica que muestra la configuracion de una realizacion de un aparato de esterilizacion que emplea el metodo para esterilizar polvo o grano de la presente invencion.
Como se muestra en la Figura 1, la presente invencion proporciona una etapa 11 de aplicar calor y presion en la que el polvo o grano 1 es suministrado al interior de un conducto de flujo de gas calentado, y el polvo o grano es transferido a traves del conducto de flujo de gas calentado, por un gas condensable calentado, bajo condiciones calentadas y presurizadas, y una etapa 12 de esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, en la que el gas condensable calentado y el polvo o grano son instantaneamente liberados al interior de un espacio que tiene una presion menor que la del conducto de flujo de gas calentado, de manera que el agua contenida en los microorganismos y otros entes similares que estan adheridos al polvo o grano se hace hervir rapidamente, y los tejidos de los microorganismos y otros entes similares son rapidamente destruidos. Segun sea necesario, ademas de estas dos etapas, la presente invencion tambien proporciona una etapa 13 de enfriamiento en la que el gas condensable calentado y el polvo o grano son enfriados por un gas no condensable suministrado desde una unidad de enfriamiento, as! como una etapa 14 de separacion en la que el polvo o grano enfriado es separado del gas condensable calentado y del gas no condensable. La reduccion instantanea de la presion de la presente invencion se consigue mediante la etapa 11 de aplicar calor y presion y la etapa 12 de esterilizacion por reduccion instantanea de la presion, a fin de obtener polvo o grano esterilizado 2. Sin embargo, cuando el polvo o grano es separado del gas condensable calentado, la calidad del polvo o grano se ve degrada por el calor remanente debido a la etapa 11 de aplicar calor y presion. Por lo tanto, la etapa de enfriamiento 13 y la etapa de separacion 14 se llevan a cabo, preferiblemente, en combination.
El aparato mostrado en la Figura 2 es una realizacion del aparato de esterilizacion adecuado para llevar a cabo el metodo de esterilizacion de polvo o grano de la presente invencion. En la Figura 2, se utiliza un dispositivo eyector 103 como conectador que conecta una unidad 101 de suministro de material en bruto y una unidad 102 de suministro de gas condensable calentado. Es decir, el aparato de esterilizacion para polvo o grano incluye la unidad 101 de suministro de material en bruto, la unidad 102 de suministro de gas condensable calentado, el dispositivo eyector 103 que conecta la unidad 101 de suministro de material en bruto y la unidad 102 de suministro de gas condensable calentado, y que aspira el polvo o grano con un gas condensable calentado como fuerza de propulsion, suministrado desde la unidad 102 de suministro de gas condensable calentado, un conducto 104 de flujo de gas calentado, conectado aguas abajo del dispositivo eyector 103, una unidad 105 de reduccion de la presion, proporcionada aguas abajo del conducto 104 de flujo de gas calentado, un conducto 107 de flujo de gas enfriado, que tiene un punto intermedio al que se conecta un conducto 1030 que se extiende desde la unidad 105 de reduccion de la presion, una unidad de enfriamiento 106, conectada aguas arriba del conducto 107 de flujo de gas enfriado, y un aparato 108 de separacion de polvo o grano, conectado aguas abajo del conducto 107 de flujo de gas enfriado.
La unidad 101 de suministro de material en bruto incluye un deposito 1001 de carga de material en bruto, un alimentador de tornillo 1002, que esta conectado aguas abajo del deposito 1001 de carga de material en bruto y que suministra cuantitativamente polvo o grano con el que se llena el deposito 1001 de carga de material en bruto, un alimentador rotativo 1004 que se ha dispuesto aguas abajo del alimentador de tornillo 1002 y que suministra el polvo
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o grano cuantitativamente aportado por el alimentador de tornillo 1002 a un conducto 1006 de suministro de material en bruto, una unidad 1014 de suministro de gas no oxidante, dispuesta aguas arriba del alimentador rotativo 1004, un conducto 1010 de suministro de gas no oxidante, que conecta la unidad 1014 de suministro de gas no oxidante y el alimentador rotativo 1004, y el conducto 1006 de suministro de material en bruto, que esta conectado aguas abajo del alimentador rotativo 1004 y a traves del cual el polvo o grano es aspirado al interior del dispositivo eyector 103, con un gas no oxidante como gas de transporte, suministrado desde la unidad 1014 de suministro de gas no oxidante.
En la realizacion, se ha descrito la configuracion del aparato de esterilizacion para polvo o grano que tiene la unidad 1014 de suministro de gas no oxidante, si bien la unidad 1014 de suministro de gas no oxidante no es esencial y puede omitirse en algunos casos.
La unidad 102 de suministro de gas condensable calentado de la realizacion incluye un evaporador 1019, una unidad de valvula 1015 de reduccion de la presion, un separador de drenaje 1016, que separa el exceso de agua del vapor, una valvula 1018 de control de vapor, un sensor de presion 1020 y un indicador de temperatura 1021.
Por otra parte, el aparato de acuerdo con la realizacion incluye una camisa 1017 de aislamiento del calor. La camisa 1017 de aislamiento del calor se ha dispuesto de manera que cubre el dispositivo eyector 103, el conducto 104 de flujo de gas calentado, la unidad 105 de reduccion de la presion, el conducto 107 de flujo de gas enfriado y el aparato 108 de separacion del polvo o grano.
El dispositivo eyector 103 conecta de manera hermetica al aire el conducto 1006 de suministro de material en bruto de la unidad 101 de suministro de material en bruto con la unidad 102 de suministro de gas condensable calentado, aspira el polvo o grano del conducto 1006 de suministro de material en bruto con un gas condensable calentado como fuente de propulsion, suministrado desde la unidad 102 de suministro de gas condensable calentado, y aporta el polvo o grano y el gas condensable calentado al tiempo que los hace arremolinarse al interior del conducto 104 de flujo de gas calentado proporcionado aguas abajo.
El conducto 104 de flujo de gas calentado esta conectado de forma hermetica al aire, aguas abajo del dispositivo eyector 103. Por ejemplo, al suministrar vapor presurizado que tiene una presion de 0,75 MPaG como fuente de propulsion al dispositivo eyector 103, el dispositivo eyector 103 aspira el polvo o grano del conducto 1006 de suministro de material en bruto para suministrar el polvo o grano y el vapor presurizado al interior del conducto 104 de flujo de gas calentado. La presion en el conducto 104 de flujo de gas calentado se mantiene en la presion equivalente a la perdida de presion que se produce cuando el flujo de gas mezclado del polvo o grano y el vapor presurizado se hace pasar a traves de la unidad 105 de reduccion de la presion. En el caso de que la presion se mantenga a 0,2 MPaG y la temperatura se mantenga a 133° C en el conducto 104 de flujo de gas calentado, cuando el caudal de flujo del vapor presurizado se establece en 25 m/segundo en el conducto 104 de flujo de gas calentado, se utiliza un tubo estrecho como unidad 105 de reduccion de la presion, y la seccion transversal del tubo estrecho se establece de tal manera que el caudal de flujo del vapor presurizado que fluye por el tubo estrecho sea 300 m/segundo, como valor calculado, de manera que se produce una notable perdida de presion entre puntos situados antes y despues del tubo estrecho, para conseguir la esterilizacion por reduccion instantanea de la presion. En una realizacion, el conducto 104 de flujo de gas calentado tiene una longitud de 4.000 mm y un diametro de 35,7 mm. En este caso, se calcula el tiempo de contacto del vapor presurizado y el polvo o grano de forma que es 0,16 segundos, y se calcula que los microorganismos que estan adheridos a la superficie del polvo o grano son calentados de forma suficiente a 133° C. Cuando el polvo o grano tiene un diametro promedio de partlcula de varias decenas de micras o mas, se calcula que la temperatura del centro del polvo o grano se incrementa tan solo en varias decenas de grados Celsius y, por tanto, se calcula que el polvo o grano tiene un minusculo historial termico. Cuando el tubo estrecho tiene una longitud de 100 mm, el flujo mezclado del vapor presurizado y el polvo o grano se hace pasar a traves del tubo estrecho en 0,00033 segundos, como valor calculado. Sin embargo, debido a que se produce una diferencia de presiones de 0,2 MPa entre puntos antes y despues del tubo estrecho, la presion se ve reducida instantaneamente. En este instante, se calcula que el interior de la bacteria que esta adherida a la superficie del polvo o grano tiene una temperatura de 133° C. Debido a que la presion, tras pasar a traves del tubo estrecho, es casi la presion atmosferica, el agua del interior de la bacteria se hace hervir de forma instantanea, lo que genera una gran cantidad de vapor dentro de la bacteria. La fuerza producida por la gran cantidad de vapor instantaneamente generada destruye los tejidos de la bacteria, para matar la bacteria.
La unidad 105 de reduccion de la presion esta conectada de forma hermetica al aire, aguas abajo del conducto 104 de flujo de gas calentado. La unidad 105 de reduccion de la presion puede ser cualquier unidad capaz de conseguir una reduccion de la presion de entre 0,05 y 0,5 MPa de forma instantanea (en entre 0,00001 y 0,1 segundos). La realizacion se sirve de un tubo estrecho que tiene un diametro interior de 10,4 mm y una longitud de 100 mm.
La unidad de enfriamiento 106 incluye una unidad de filtro 1023 que tiene un filtro de alta densidad y una soplante 1024, y filtra el polvo y las bacterias transportadas por el aire para suministrar una gran cantidad de gas no condensable esterilizado. Como filtro de alta densidad, se utiliza un filtro de partlculas de aire de alta eficiencia (filtro HEPA -“high efficiency particulate air”-). Por lo demas, componentes del aparato tales como la unidad de filtro y la
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soplante no estan especlficamente limitados, siempre y cuando pueda ser alcanzado el proposito. Por otra parte, en la realizacion, se utiliza gas nitrogeno como gas no condensable. El gas nitrogeno se suministra desde una unidad de suministro de gas no oxidante que no se ha mostrado en el esquema.
El conducto 107 de flujo de gas enfriado conecta la soplante 1024 de la unidad de enfriamiento 106 y el conducto 1030 que se extiende desde la unidad 105 de reduccion de la presion, mezcla el polvo o grano y el gas condensable calentado que son suministrados desde la unidad 105 de reduccion de la presion, con el gas no condensable que se suministra desde la unidad de enfriamiento 106, y aporta la mezcla al interior del aparato 108 de separation del polvo o grano, al tiempo que enfrla la mezcla. El conducto 107 de flujo de gas enfriado tiene cualquier longitud y cualquier diametro interior que sean capaces de enfriar el polvo o grano hasta una temperatura predeterminada (en la realizacion, la longitud es 1.000 mm y el diametro interior es 97,6 mm). Por otra parte, el conducto 107 de flujo de gas enfriado puede ser sencillamente conectado a la unidad de enfriamiento 106 mediante una junta en Y. La junta en Y genera una presion negativa cerca de la confluencia, por lo que aspira el gas mezclado del gas condensable calentado y el polvo o grano, y, seguidamente, el gas no condensable suministrado desde la unidad de enfriamiento 106 choca con el gas mezclado del gas condensable calentado y el polvo o grano de manera que se mezclan eficientemente los dos flujos de gases, que tienen diferentes temperaturas el uno con respecto al otro.
El aparato 108 de separacion del polvo o grano esta conectado aguas abajo del conducto 107 de flujo de gas enfriado y separa el polvo o grano del gas mezclado obtenido del gas condensable calentado y el gas no condensable. El aparato 108 de separacion del polvo o grano puede ser cualquier aparato capaz de separar el polvo o grano del gas mezclado. La realizacion utiliza un ciclon.
A fin de evaluar los efectos de la esterilizacion, se utilizo el aparato de esterilizacion para polvo o grano anteriormente descrito como configuration basica, y los componentes del aparato fueron adecuadamente modificados dependiendo de cada condition mostrada en la Tabla 1 para llevar a cabo la esterilizacion. Se evaluo la calidad del polvo o grano tras la esterilizacion mediante la medicion del grado de gelatinizacion por el metodo de la p-amilasa-pululanasa, el numero de bacterias tras la esterilizacion (en cfu: unidad formadora de colonias -“colonyforming unit”-), y la observation del aspecto del polvo o grano. Las condiciones para la esterilizacion se listan en la Tabla 1. Los materiales en bruto de la Tabla son los materiales en bruto para la esterilizacion. La harina de arroz con baterlas obtuvo por inoculation de 1 * 105 unidades de cepa de BN (Bacillus subtilis) adquiridas de la Meiji Seika Kaisha, Ltd., en forma de esporas (bacterias resistentes al calor), por 1 g de harina de arroz. El tiempo de permanencia significa el tiempo durante el cual el polvo o grano se encuentra en contacto directo con el gas condensable calentado en el conducto de flujo de gas calentado. El tiempo de tratamiento significa el tiempo transcurrido desde que el material en bruto es suministrado al interior del conducto de flujo de gas calentado, hasta que el material en bruto es enfriado hasta 65° C o menos y descargado desde el ciclon. El grado de gelatinizacion del almidon de la harina de arroz era el 14,1% antes de la esterilizacion.
Material Suministro (kg/h) Presion de vapor de propulsion (MPaG) Interior del conducto de flujo de gas calentado Diferencia de presiones (MPa) Tiempo de reduccion de presion (s)
Presion (MPa)
Temperatura (° C) Tiempo de permanencia (s)
Ejemplo 1
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,2 133 0,01 0,2 0,00033
Ejemplo 2
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,2 133 0,16 0,2 0,00033
Comp, ejemplo 1
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,2 133 0,005 0,2 0,00033
Comp, ejemplo 2
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 15 0,75 0,2 133 0,16 0,2 0,000005
Ejemplo 3
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,2 133 2,0 0,2 0,00033
Comp, ejemplo 3
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,2 133 2,5 0,2 0,00033
Ejemplo 4
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,2 133 0,16 0,2 0,1
Comp, ejemplo 4
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,2 133 0,16 0,2 0,2
Ejemplo 5
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,05 111 0,16 0,05 0,00033
Comp, ejemplo 5
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,03 107 0,16 0,03 0,00033
Ejemplo 6
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 1,0 0,5 158 0,16 0,5 0,00033
Ejemplo 7
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 1,0 0,6 164 0,16 0,6 0,00033
Ejemplo 8
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,2 133 1,0 0,2 0,00033
Ejemplo 9
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,2 133 0,48 0,2 0,00033
Ejemplo 10
Harina de arroz + bacterias resistentes al calor 50 0,75 0,2 133 0,008 0,2 0,00033
Tiempo de tratamiento (s) Computo de bacterias antes del tratamiento (efu) Computo de bacterias despues del tratamiento (efu) Notas
Ejemplo 1
0,6 1 x 105 < 300 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 14,2%.
Ejemplo 2
0,8 1 x 105 < 300 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 14,5%.
Ejemplo comparative 1
0,6 1 x 105 2 x 103 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion.
Ejemplo comparative 2
0,8 1 x 105 < 300 Orificio utilizado para la reduccion de la presion, cuyo pequeno diametro nterior provoco una contraccion del flujo y una productividad extremadamente baia.
Ejemplo 3
2,6 1 x 105 < 300 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 16,0%.
Ejemplo comparative 3
3,1 1 x 105 < 300 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 21,0%.
Ejemplo 4
0,9 1 x 105 < 300 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion.
Ejemplo comparative 4
1,0 1 x 105 3 x 103 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion.
Ejemplo 5
0,8 1 x 105 < 300 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion.
Ejemplo comparative 5
0,8 1 x 105 1 x 103 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion.
Ejemplo 6
0,8 1 x 105 < 300 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. La harina de arroz se hincho ligeramente.
Ejemplo 7
0,8 1 x 105 < 300 I ubo estrecho utilizado para reduccion de presion. Algo de harina de arroz se hincho y estallo dentro de un margen aceptable, dependiendo de aDlicaciones.
Ejemplo 8
1,6 1 x 105 < 300 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 15,2%.
Ejemplo 9
1,08 1 x 105 < 300 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 14,9%.
Ejemplo 10
0,608 1 x 105 < 500 Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 14,2%.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Como se ha mostrado en el Ejemplo 1 y en el Ejemplo 2 de la Tabla 1, cuando la temperatura en el conducto de flujo de gas calentado era 133° C y el tiempo de permanencia era entre 0,01 y 0,16 segundos, el numero de bacterias se hizo 300 cfu o menos, y el grado de gelatinizacion del almidon fue entre el 14,2% y el 14,4% despues del tratamiento. El grado de gelatinizacion del almidon fue casi el mismo que el del 14,1% de antes del tratamiento. De esta forma, de acuerdo con la invention, puede obtenerse un efecto de esterilizacion suficiente en la bacteria resistente al calor, al tiempo que se conserva la calidad del polvo o grano. Alternativamente, como en los Ejemplos 8 y 9, cuando el tiempo de permanencia fue 1,0 segundos o 0,48 segundos, cada grado de gelatinizacion del almidon fue un poco mas alto, pero dentro de un margen aceptable, dependiendo de las aplicaciones. Como en el Ejemplo 10, en el que el tiempo de permanencia en el conducto de flujo de gas calentado fue 0,008 segundos, y el efecto de esterilizacion se redujo un poco, pero aun se observo.
En contraposition se tiene el Ejemplo comparativo 1, en el que el tiempo de permanencia se acorto (0,005 segundos) y no se obtuvo un efecto de esterilizacion suficiente (2 * 103 cfu). En cuanto al Ejemplo comparativo 2, cuando se utilizo un orificio como unidad de reduction de la presion y el tiempo de reduction de la presion fue acortado (0,000005 segundos), se obtuvo un efecto de esterilizacion suficiente (300 cfu o menos), pero el orificio provocaba una contraction del flujo y era, asl, diflcil para el polvo o grano pasar a su traves (el orificio tenia un diametro interior de 9 mm). De esta forma, la capacidad de production del polvo o grano se redujo (15 kg/h) en comparacion con la capacidad de produccion en otras condiciones de esterilizacion, y resulta, por lo tanto, inadecuado para uso practico.
Por lo que respecta al Ejemplo 3, incluso cuando el tiempo de permanencia en el conducto de flujo de gas calentado era ligeramente mas largo (2 segundos), el grado de gelatinizacion del almidon no aumento en una gran medida (16,0%), y se obtuvo un efecto de esterilizacion suficiente (300 cfu o menos) en la bacteria resistente al calor. En contraposicion, en el Ejemplo comparativo 3, cuando el tiempo de permanencia era mas de 2 segundos (2,5 segundos) , se obtenla un efecto de esterilizacion suficiente en la bacteria resistente al calor, pero la gelatinizacion del almidon aumentaba (21,0%) desfavorablemente.
Por lo que respecta al tiempo de reduccion de la presion, como se muestra en el Ejemplo comparativo 4, cuando se empleo una valvula rotativa como unidad de reduccion de la presion, se necesitaba algun tiempo para llegar a la presion reducida (0,2 segundos) y no se obtuvo un efecto de esterilizacion suficiente (3 * 103). En contraposicion, como en el Ejemplo 4, cuando se utilizo un tubo hueco como unidad de reduccion de la presion para reducir la presion, se alcanzo rapidamente la presion reducida (un tiempo de reduccion de la presion de 0,1 segundos), y se obtuvo un efecto de esterilizacion suficiente en la bacteria resistente al calor (300 cfu o menos).
En cuanto a la diferencia de presiones generada por la unidad de reduccion de la presion, como en el Ejemplo comparativo 5, cuando la presion en el conducto de flujo de gas calentado era 0,05 MPaG y el calentamiento se llevaba a cabo con el vapor presurizado, la temperatura en el conducto de flujo de gas calentado se incrementaba hasta 111° C y la diferencia de presiones generada por la unidad de reduccion de la presion alcanzaba 0,05 MPa. Se puso de manifiesto que se obtenla un efecto de esterilizacion suficiente en la bacteria resistente al calor con estas condiciones (300 cfu o menos). En contraposicion, segun se muestra en el Ejemplo comparativo 5, cuando la presion en el conducto de flujo de gas calentado era 0,03 MPaG y el calentamiento se llevaba a cabo con vapor presurizado, la temperatura en el conducto de flujo de gas calentado aumentaba hasta 107° C y la diferencia de presiones generada por la unidad de reduccion de la presion alcanzada 0,03 MPa. No se obtuvo, con esta diferencia de presiones, un efecto de esterilizacion suficiente en la bacteria resistente al calor (1 * 103 cfu).
Como se ha mostrado en el Ejemplo comparativo 6, cuando la presion en el conducto de flujo de gas calentado era 0,5 MPa y el calentamiento se llevaba a cabo con vapor presurizado, la temperatura en el conducto de flujo de gas calentado aumentaba hasta 158° C y la diferencia de presiones generada por la unidad de reduccion de la presion alcanzaba 0,5 MPa. En estas condiciones, el efecto de esterilizacion fue satisfactorio en la bacteria resistente al calor (300 cfu o menos), pero la harina de arroz se hincho ligeramente. En contraste con ello, segun el Ejemplo 7, cuando la presion en el conducto de flujo de gas calentado era 0,6 MPa y el calentamiento se llevaba a cabo con el vapor presurizado, la temperatura en el conducto de flujo de gas calentado aumentaba hasta 164° C y la diferencia de presiones generada por la unidad de reduccion de la presion alcanzaba 0,6 MPa. En estas condiciones, el efecto de esterilizacion fue tambien satisfactorio en la bacteria resistente al calor (300 cfu o menos) y algo de la harina de arroz se hincho hasta estallar. Sin embargo, el estallido redujo el diametro de partlculas del polvo o grano, lo que se prefiere dependiendo de las aplicaciones.
Se esterilizo salvado de arroz con el aparato de esterilizacion para polvo o grano de la presente invencion, y se conto el numero de bacterias (en cfu: unidad formadora de colonias) antes y despues de la esterilizacion. Los resultados de la medicion se listan en la Tabla 2. El Ejemplo 11 de la Tabla 2 revela que la presente invencion es efectiva a la hora de esterilizar salvado de arroz y tiene la suficiente capacidad de esterilizacion por lo que respecta a bacterias viables que se adhieren al salvado de arroz.
Tabla 2
Notas
Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion
Computo de bacterias despues del tratamiento (cfu)
o o CO V
Computo de bacterias antes del tratamiento (cfu)
IX) o 'x h- c\T
Tiempo de tratamiento (s)
CO o'
Tiempo de reduccion de la presion (s)
CO CO o o o o~
Diferencia de presiones (MPa)
CM o~
Interior del conducto de flujo de gas calentado
Tiempo de permanencia (s) CD o~
Temperatura (° C)
CO CO
Presion (MPaG)
CM o~
Presion del vapor de propulsion (MPaG)
LO h- o~
Suministro (kg/h)
o LO
Material
Salvado de arroz
Ejemplo II
A continuacion, se esterilizo polvo de te verde con el aparato de esterilizacion para polvo o grano de la presente 5 invencion, y se computo el numero de bacterias (en cfu: unidad formadora de colonias) antes y despues de la esterilizacion, y se evaluo la calidad tras la esterilizacion por medio de un ensayo sensorial. Las condiciones de la esterilizacion y los resultados del ensayo se listan en la Tabla 3. A la hora de la esterilizacion, se controlo el tiempo de permanencia en el conducto de flujo de gas calentado de manera tal, que el polvo o grano tuviera una temperatura de 64° C cuando se descargaba del ciclon.
Tabla 3
Notas
Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion.
Evaluacion
No reducido a 65° C o menos. Sin cambios en aroma y color. Aroma y color ligeramente cambiados. Sin problemas de comercializacion. Cambio de aroma. Color ligeramente mas claro. Ciertos problemas de comercializacion.
Temperatura tras la descarga del ciclon
CM h- *sf (O *sf (O *sf (O
Computo de bacterias despues del tratamiento (cfu)
o o CO V o o CO V o o CO V o o CO V
Computo de bacterias antes del tratamiento (cfu)
CO o 'x CO CO o 'x CO CO o 'x CO CO o 'x CO
Tiempo de tratamiento (s)
CO o o' LO o o~ o LO
Tiempo de reduccion de la presion (s)
CO CO o o o o~ CO CO o o o o~ CO CO o o o o~ CO CO o o o o'
Diferencia de presiones (MPa)
CM o~ CM o~ CM o~ CM o"
Interior del conducto de flujo de gas calentado
Tiempo de permanencia (s) o o~ o o~ (J) CD
Temperatura (° C)
CO CO CO CO CO CO CO CO
Presion (MPaG)
CM o~ CM o~ CM o" CM o~
Presion del vapor de propulsion (MPaG)
LO N- o~ LO N- o~ LO N o" LO N o’"
Suministro (kg/h)
O LO o LO O LO o LO
Polvo de te Polvo de te Polvo de te Polvo de te
Material
Ejemplo comp. 6 Ejemplo 12 Ejemplo 13 Ejemplo comp. 7
5
10
15
20
25
30
Como se ha mostrado en el Ejemplo 12, cuando el tratamiento era 0,05 segundos para la esterilizacion, el polvo o grano se enfriaba hasta 64° C cuando se descargaba desde el ciclon. El polvo o grano, tras la esterilizacion, mantenla el aroma y el tono de color original, lo que significa que la calidad no se degradaba. Ademas, se obtenla un efecto de esterilizacion suficiente (300 cfu o menos). En contraposicion, conforme al Ejemplo comparativo 6, cuando el tiempo de tratamiento (el tiempo transcurrido desde que el material se suministraba al interior del conducto de flujo de gas calentado hasta que era descargado del ciclon) era 0,03 segundos, el tiempo de enfriamiento resultaba insuficiente y, por tanto, la temperatura del polvo o grano no se reducla a 65° C o menos cuando se descargaba del ciclon.
Cuando el tiempo de tratamiento era 1 segundo, en las condiciones mostradas en el Ejemplo 13, el tiempo de permanencia en el conducto de flujo de gas calentado era 0,9 segundos, y se obtuvo un efecto de esterilizacion suficiente (300 cfu o menos), pero el aroma y el tono de color cambiaron un poco. Sin embargo, la calidad del genero no se vio afectada. En contraposicion con esto, cuando el tiempo de tratamiento era 1,5 segundos con las condiciones mostradas en el Ejemplo comparativo 7 para el tratamiento, el tiempo de permanencia dentro del conducto de flujo de gas calentado era 1,4 segundos y se obtenla un efecto de esterilizacion suficiente (300 cfu o menos). Sin embargo, el polvo de te verde se vio modificado tras la esterilizacion, por ejemplo, en su aroma o de manera que presentaba un color mas claro y, en consecuencia, la calidad del genero se vio afectada.
De esta manera, de acuerdo con la presente invention, es posible esterilizar diversos materiales en polvo o grano en bruto sin una degradation de la calidad como consecuencia del calentamiento. Por otra parte, de acuerdo con la presente invencion, pueden matarse de manera continua bacterias resistentes al calor que hablan venido resultando diflciles de matar, y, por tanto, el valor de utilidad industrial es extremadamente elevado.
Seguidamente, la harina de arroz que se dejo infestar por la polilla india de la harina o por el gorgojo del malz fue tratada bajo las mismas condiciones respectivas que en los Ejemplos 1 a 10 y en los Ejemplos comparativos 1 a 5 de la Tabla 1. La harina de arroz fue observada inmediatamente tras el tratamiento con respecto a si la polilla india de la harina o el gorgojo del malz estaban vivos o no. A continuation, la harina de arroz tratada se coloco en un disco de Petri, y el disco fue hermeticamente cerrado con esparadrapo quirurgico e introducido en una incubadora a 30° C durante una semana, y se comprobo la eclosion de los huevos. Los resultados se listan en la Tabla 4.
Material Mismas condiciones que Plaga de insectos Supervivencia Eclosion Notas
Ejemplo 14
Harina de arroz Ejemplo 1 Polilla india de la harina Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 14,2%.
Ejemplo 15
Harina de arroz Ejemplo 2 Polilla india de la harina Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 14,5%.
Ejemplo comp. 9
Harina de arroz Ejemplo comp. 1 Polilla india de la harina Observada Observada Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion.
Ejemplo comp. 10
Harina de arroz Ejemplo comp. 2 Polilla india de la harina Ninguna Ninguna Orificio utilizado para la reduccion de la presion, cuyo pequeno diametro interior causo una contraccion del flujo y una productividad extremadamente pequena.
Ejemplo 16
Harina de arroz Ejemplo 3 Polilla india de la harina Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 16,0%.
Ejemplo comp. 11
Harina de arroz Ejemplo comp. 3 Polilla india de la harina Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 21,0%.
Ejemplo 17
Harina de arroz Ejemplo 4 Polilla india de la harina Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion.
Ejemplo comp. 12
Harina de arroz Ejemplo comp. 4 Polilla india de la harina Observada Observada Valvula rotativa utilizada para la reduccion de la presion.
Ejemplo 18
Harina de arroz Ejemplo 5 Gorgojo del malz Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion.
Ejemplo comp. 13
Harina de arroz Ejemplo comp. 5 Gorgojo del malz Observada Observada Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion.
Ejemplo 19
Harina de arroz Ejemplo 6 Gorgojo del malz Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. La harina de arroz se hincho ligeramente.
Ejemplo 20
Harina de arroz Ejemplo 7 Gorgojo del malz Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Algo de la harina de arroz se hincho hasta
Ejemplo 21
Harina de arroz Ejemplo 8 Gorgojo del malz Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 15,2%.
Ejemplo 22
Harina de arroz Ejemplo 9 Gorgojo del malz Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 14,9%.
Ejemplo 23
Harina de arroz Ejemplo 10 Gorgojo del malz Ninguna Ninguna Tubo estrecho utilizado para la reduccion de la presion. Grado de gelatinizacion: 14,2%.
5
10
15
20
25
30
35
40
La Tabla 4 pone de manifiesto que la polilla india de la harina, el gorgojo del malz, y sus huevos, que hablan infestado la harina de arroz, son matados de una manera fiable de acuerdo con la presente invencion. Ademas de la polilla india de la harina y del gorgojo del malz, el metodo para matar insectos y huevos de la presente invencion tiene el mismo efecto en el escarabajo de la harina que se adhiere a la harina de trigo.
Numeros de referencia
1 polvo o grano
2 polvo o grano esterilizado
11 etapa de aplicar calor y presion
12 etapa de esterilizacion por reduccion instantanea de la presion
13 etapa de enfriamiento
14 etapa de separacion
101 unidad de suministro de material en bruto
102 unidad de suministro de gas condensable
103 dispositivo eyector
104 conducto de flujo de gas calentado
105 unidad de reduccion de la presion
106 unidad de enfriamiento
107 conducto de flujo de gas enfriado
108 aparato de separacion de polvo o grano
1001 deposito de carga de material en bruto
1002 alimentador de tornillo
1004 alimentador rotativo
1006 conducto de suministro de material en bruto
1010 conducto de suministro de gas no oxidante
1011 motor
1014 unidad de suministro de gas no oxidante
1015 unidad de valvula de reduccion de la presion
1016 separador de drenaje
1017 camisa de aislamiento del calor
1018 valvula de control de vapor
1019 evaporador
1020 sensor de presion
1021 indicador de temperatura
1023 unidad de filtro
1024 soplante
1025 sensor de control de temperatura
1028 sensor de control de presion
1029 indicador de presion
1030 conducto

Claims (4)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. - Un metodo para esterilizar polvo o grano, de tal manera que el metodo comprende:
    aplicar (11) calor y presion, de tal manera que se suministra polvo o grano (1) al interior de un conducto (104) de flujo de gas calentado, mantenido bajo condiciones calentadas y presurizadas, y el polvo o grano es transferido a la vez que entra en contacto directo con un vapor dentro del conducto (104) de flujo de gas calentado, durante entre 0,008 y 2 segundos;
    esterilizar (12) por reduccion instantanea de la presion, de tal manera que el vapor y el polvo o grano son instantaneamente liberados al seno de un espacio que tiene una presion mas baja que la del conducto (104) de flujo de gas calentado, de modo que el agua contenida en los microorganismos que estan adheridos al polvo o grano se hace hervir rapidamente, y los tejidos de los microorganismos son destruidos; enfriar (13) el vapor y el polvo o grano inmediatamente despues de la esterilizacion (12) por reduccion instantanea de la presion, mediante aire o un gas no oxidante suministrado desde una unidad de enfriamiento (106); y
    separar (14) el polvo o grano, enfriado, del vapor y del aire o gas no oxidante, de tal manera que en la esterilizacion (12) por reduccion instantanea de la presion, el vapor y el polvo o grano se hacen pasar a traves de un tubo estrecho o un orificio proporcionado aguas abajo del conducto (104) de flujo de gas calentado, a fin de llevar a cabo un proceso de reduccion de la presion, y el proceso de reduccion de la presion se consigue en entre 0,00001 y 0,1 segundos.
  2. 2. - El metodo para esterilizar polvo o grano de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual, en la esterilizacion (12) por reduccion instantanea de la presion, el vapor y el polvo o grano son liberados al seno de un espacio que tiene una presion que es entre 0,05 MPa y 0,7 MPa mas baja que la presion a la hora de aplicar (11) calor y presion.
  3. 3. - El metodo para esterilizar polvo o grano de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual, a la hora del enfriamiento (13), el vapor y el polvo o grano se mezclan con el aire o el gas no oxidante suministrado desde la unidad de enfriamiento (106) sin separar el vapor y el polvo o grano, y
    el tiempo que transcurre desde que el polvo o grano comienza a ser transferido por el vapor hasta que la temperatura en una atmosfera de transferencia de la mezcla con el aire o el gas no oxidante alcanza 65° C o menos, es entre 0,05 segundos y 1 segundo.
  4. 4. - El metodo para esterilizar polvo o grano de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual el polvo o grano se suministra al interior del conducto (104) de flujo de gas calentado por medio de un gas no oxidante.
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