ES3042520T3 - A photo bioreactor for cold pasteurization of liquid food products and the use of the reactor - Google Patents

A photo bioreactor for cold pasteurization of liquid food products and the use of the reactor

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ES3042520T3 ES18780023T ES18780023T ES3042520T3 ES 3042520 T3 ES3042520 T3 ES 3042520T3 ES 18780023 T ES18780023 T ES 18780023T ES 18780023 T ES18780023 T ES 18780023T ES 3042520 T3 ES3042520 T3 ES 3042520T3
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Abstract

La invención se refiere a un sistema capaz de realizar un tratamiento germicida en líquidos altamente opacos, que incluye un filtro que impide que las longitudes de onda superiores al espectro UV-C alcancen el líquido tratado, uno o más tubos en espiral que se extienden desde un extremo de entrada hasta un extremo de salida creando un conducto de fluido, y una o más fuentes de luz que iluminan dichos tubos, emitiendo luz en un rango de longitud de onda entre 180 y 300 nm. En particular, el sistema es un fotobiorreactor para la pasteurización de productos alimenticios líquidos, que comprende: a) uno o más tubos en espiral que se extienden desde un extremo de entrada hasta un extremo de salida creando un conducto de fluido, y b) Una o más fuentes de luz iluminan uno o más tubos en espiral, emitiendo luz en un rango de longitud de onda entre 180 y 300 nm. El fotobiorreactor también incluye uno o más filtros ubicados entre las fuentes de luz y los tubos en espiral, impidiendo que la luz con una longitud de onda superior a 300 nm alcance dichos tubos. La invención también comprende el uso de dicho reactor para la pasteurización en frío de alimentos líquidos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Un fotobiorreactor para la pasteurización en frío de productos alimenticios líquidos y el uso del reactor
[0003] La invención se refiere a un fotobiorreactor, que permite un tratamiento germicida de líquidos utilizando luz UV-C, principalmente en la longitud de onda entre 180 nm a 300 nm. La invención se refiere a un sistema capaz de realizar el tratamiento germicida de líquidos altamente opacos.
[0004] Antecedentes
[0005] Los reactores UV se han utilizado anteriormente para la pasteurización de productos alimenticios líquidos. Se pueden encontrar ejemplos de dichos instrumentos en US 2002/096648 o Chem. Eng. Technol. 2007, 30, páginas 945-950, que divulgan un reactor para irradiar luz ultravioleta en un medio de reacción fluido. Una cámara de irradiación está conectada a una entrada y una salida que permite que el medio de reacción fluya a través del reactor mientras está expuesto a la luz ultravioleta.
[0006] Otro ejemplo de un instrumento de reactor UV de este tipo es el documento US 2004/248076, que divulga un aparato y un proceso para la esterilización de medios líquidos por medio de irradiación UV y tratamiento térmico de corta duración. Otro ejemplo se describe en SRINI<v>A<s>ARAO BANDLA ET AL: "UV-C treatment of soymilk in coiled tube UV reactors for inactivation ofW1485 andendospores",LWT- FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY, ACADEMIC PRESS, UNITED KINGDOM, vol. 46, no. 1, 31 de octubre de 2011 (2011-10-31), páginas 71-76, que describe un dispositivo para tratar la leche de soja.
[0007] El documento WO 2016/110829 A1 divulga unidades de desinfección para leche que comprenden tubos en forma de espiral y lámparas UV.
[0008] El documento US 7683344 B2 también divulga un dispositivo para desinfectar líquido con luz UV.
[0009] Sin embargo, en este campo existe la necesidad de optimizar la eliminación de bacterias y virus (es decir, la pasteurización o esterilización) y, al mismo tiempo, evitar o reducir la oxidación del producto líquido. La oxidación del producto líquido dará como resultado un sabor/gusto amargo y desagradable en el producto alimenticio.Compendio de la invención
[0010] La presente invención se refiere a un instrumento reactor UV para la pasteurización en frío de productos alimenticios líquidos. Así, en un primer aspecto de la presente invención se describe un fotobiorreactor para la pasteurización en frío de productos alimenticios líquidos opacos, por ejemplo leche, comprendiendo el fotobiorreactor:
[0011] a. uno o más tubos en forma de espiral que se extienden desde un extremo de entrada a un extremo de salida creando una vía fluídica, y
[0012] b. una o más fuentes de luz que iluminan uno o más tubos en forma de espiral, en donde una o más fuentes de luz emiten luz en un rango de longitud de onda entre 180-300 nm,
[0013] en donde el fotobiorreactor comprende además uno o más filtros posicionados entre una o más fuentes de luz y uno o más tubos en forma de espiral, en donde uno o más filtros evitan que la luz por encima de una longitud de onda de 300 nm llegue a uno o más tubos en forma de espiral.
[0014] Al evitar que la luz por encima de una longitud de onda de 300 nm llegue a uno o más tubos en forma de espiral se quiere decir que la luz por encima de 300 nm se atenúa en una cantidad sustancial, por ejemplo al menos un factor de 100, o un factor de 1.000 o más.
[0015] En una o más realizaciones, los uno o más filtros evitan que la luz por encima de una longitud de onda de 270 nm llegue a los uno o más tubos en forma de espiral.
[0016] Una de las ventajas de utilizar la radiación luminosa como medio para la pasteurización en frío es que es una forma muy eficiente energéticamente para la esterilización parcial.
[0017] Una de las ventajas de utilizar uno o más filtros es que se puede evitar la fotooxidación de longitudes de onda más altas. Por ejemplo, es preferible evitar la fotooxidación de la riboflavina (en torno a una longitud de onda de 446 nm), pero también es preferible evitar la fotooxidación de otros componentes del producto alimenticio líquido, que potencia un sabor/gusto amargo y malo en dicho producto alimenticio. Además, los filtros pueden evitar que el aire caliente entre en contacto con una o más espirales, evitando así el calentamiento del producto alimenticio líquido. La vía fluídica está diseñada para proporcionar una elevada relación superficie/volumen, aumentando la exposición de la energía luminosa por unidad de volumen con una reducción de los efectos de auto-sombreado del líquido opaco que se está tratando. De esta manera es posible tratar líquidos opacos mediante luz cuando el material, creando la vía fluídica, es transparente a la radiación de la luz.
[0019] El producto alimenticio líquido fluye a través de uno o más tubos en forma de espiral con un caudal. En una o más realizaciones, el caudal medido en mililitros por minuto está comprendido entre 200-6.000 ml/min, o entre 500­ 4.000 ml/min, o entre 800-2.000 ml/min, o entre 900-1.100 ml/min.
[0021] En una o más realizaciones, la una o más fuentes de luz son una lámpara germicida de baja presión, como una lámpara de vapor de mercurio de baja presión.
[0023] En una o más realizaciones, una o más fuentes de luz funcionan a una temperatura de lámpara entre 0 °C y 120 °C.
[0024] En una o más realizaciones, una o más fuentes de luz funcionan a una temperatura de lámpara entre 20 °C y 60 °C.
[0026] En una o más realizaciones, una o más fuentes de luz funcionan a una temperatura de lámpara entre 30 °C y 50 °C.
[0028] En un segundo aspecto de la presente invención se describe el uso de un fotobiorreactor como se describe a lo largo de este documento para la pasteurización en frío de productos alimenticios líquidos.
[0030] La pasteurización en frío puede ser la esterilización parcial de una sustancia y especialmente de un líquido en un proceso en el que se evade el calor como principal erradicación de organismos objetables sin alteración química importante de la sustancia. Con evadido no se quiere decir excluido sino reducido.
[0032] En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 2-Log10. Un contaminante biológico puede ser, por ejemplo, bacterias, esporas, moho o virus.
[0034] En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 3-Logm
[0035] En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 4-Logm
[0036] En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 5-Logm
[0037] En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 6-Logm
[0038] En un tercer aspecto de la presente invención se describe el uso de un fotobiorreactor como se describe a lo largo de este documento para matar microorganismos en productos alimenticios líquidos, tales como bacterias, moho, esporas o virus.
[0040] Por matar se entiende reducir la cantidad de microorganismos activos o vivos. Los microorganismos que se encuentran en los productos alimenticios líquidos pueden estar presentes debido a la contaminación durante el proceso de dicho producto alimenticio líquido. La contaminación bacteriana común de, por ejemplo, productos lácteos, puede ser, por ejemplo, Lactobacillus casei, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Mycobacterium avium subespecie paratuberculosis (MAP), Staphylococcus aureus o Streptococcus spp.
[0042] Descripción detallada de la invención
[0044] La invención se refiere a un fotobiorreactor que comprende un filtro que bloquea la luz ultravioleta por encima de 300 nm, y además a un diseño hidráulico, que permite un tratamiento germicida de líquidos utilizando luz UV-C, en un rango de 180 nm a 300 nm.
[0046] La invención se refiere a un sistema capaz de un tratamiento germicida de líquidos altamente opacos. La invención comprende un filtro que evita que longitudes de onda superiores al espectro UV-C lleguen al líquido a tratar. El filtro canaliza un flujo de aire opcional sobre una o más fuentes de luz. De este modo, se evita que el flujo de aire llegue a la cámara del reactor, en la que se está tratando el producto líquido, al tiempo que se mantienen las fuentes de luz a su temperatura óptima de funcionamiento. Además, la invención se refiere a un diseño hidráulico que implica uno o más tubos en forma de espiral enrollados, lo que permite flujos cruzados, debido a una fuerza centrífuga. Esto permite tratar la mayoría de los líquidos opacos mediante luz UV-C.
[0048] Al describir los aspectos de la invención se utilizará terminología específica en aras de la claridad. Sin embargo, la invención no pretende limitarse a los términos específicos así seleccionados, y se entiende que cada término específico incluye todos los equivalentes técnicos que operan de manera similar para lograr un propósito similar.
[0049] En un primer aspecto de la presente invención se describe un fotobiorreactor para la pasteurización en frío de productos alimenticios líquidos opacos, por ejemplo leche, comprendiendo el fotobiorreactor:
[0050] a. uno o más tubos en forma de espiral que se extienden desde un extremo de entrada a un extremo de salida creando una vía fluídica, y
[0051] b. una o más fuentes de luz que iluminan uno o más tubos en forma de espiral, en donde una o más fuentes de luz emiten luz en un rango de longitud de onda entre 180-300 nm,
[0052] en donde el fotobiorreactor comprende además uno o más filtros posicionados entre una o más fuentes de luz y uno o más tubos en forma de espiral, en donde uno o más filtros evitan que la luz por encima de una longitud de onda de 300 nm llegue a uno o más tubos en forma de espiral.
[0053] La pasteurización no sólo se limita a la esterilización parcial de una sustancia y especialmente de un líquido a una temperatura y durante un período de exposición que destruye los organismos objetables sin alteración química importante de la sustancia, sino que también abarca la pasteurización en frío, que es la esterilización parcial de una sustancia y especialmente de un líquido en un proceso en el que se evita el calor como principal erradicación de los organismos objetables sin alteración química importante de la sustancia. Con evadido no se quiere decir excluido sino reducido. La presente invención divulga que una de las ventajas de utilizar la radiación luminosa como medio para la pasteurización en frío es que se trata de una forma muy eficiente desde el punto de vista energético para la esterilización parcial.
[0054] La vía fluídica está diseñada para proporcionar una elevada relación superficie/volumen, aumentando la exposición de la energía luminosa por unidad de volumen con una reducción de los efectos de auto-sombreado del líquido opaco que se está tratando. De esta manera es posible tratar líquidos opacos mediante luz cuando el material, creando la vía fluídica, es transparente a la radiación de la luz.
[0055] Los uno o más tubos en forma de espiral que se extienden desde un extremo de entrada hasta un extremo de salida creando una vía fluídica utilizan el régimen de flujo que se produce cuando el medio se desplaza por la vía fluídica. El régimen de flujo en la vía fluídica puede consistir en uno o varios remolinos, que crean un flujo secundario axial sobre el flujo primario utilizando la fuerza centrífuga (por ejemplo, flujo de vórtice de Dean) para mejorar la superficie del líquido que se expone a la luz UV emitida por las fuentes de luz.
[0056] El movimiento del fluido a través de la vía fluídica puede tener un patrón de doble vórtice consistente con un flujo de vórtice de Dean. Esto proporciona un flujo axial en la vía fluídica, proporcionando una elevada relación superficie/volumen. Esto puede aumentar la exposición a la energía de la luz por unidad de volumen/área de superficie con efectos de sombreado reducidos del líquido opaco que se está tratando.
[0057] En una o más realizaciones, un movimiento de fluido a través de uno o más tubos en forma de espiral crea un flujo de vórtice de Dean, un flujo laminar o un flujo turbulento.
[0058] La presente invención revela que una de las ventajas de utilizar un flujo laminar, turbulento o de vórtice de Dean es que puede aumentar la exposición de energía luminosa por unidad de volumen/área de superficie con efectos de auto-sombreado reducidos del líquido opaco que se está tratando, utilizando de esta manera menos energía y tiempo para el tratamiento del mismo volumen.
[0059] Entre uno o más tubos en forma de espiral y una o más fuentes de luz pueden situarse uno o más filtros para reducir la longitud de onda de la luz irradiada a uno o más tubos en forma de espiral a una banda más estrecha. Esto garantizará una longitud de onda óptima para matar bacterias y virus y evitará la oxidación del producto alimenticio líquido (ver Figura 11).
[0060] Al impedir que la luz por encima de una longitud de onda de 300 nm llegue a uno o más tubos en forma de espiral se quiere decir que la luz por encima de 300 nm se atenúa en una cantidad sustancial, por ejemplo al menos un factor de 100, o un factor de 1000 o más.
[0061] En una o más realizaciones, los uno o más filtros evitan que la luz por encima de una longitud de onda de 290 nm llegue a los uno o más tubos en forma de espiral.
[0062] En una o más realizaciones, los uno o más filtros evitan que la luz por encima de una longitud de onda de 280 nm llegue a los uno o más tubos en forma de espiral.
[0063] En una o más realizaciones, los uno o más filtros evitan que la luz por encima de una longitud de onda de 270 nm llegue a los uno o más tubos en forma de espiral.
[0064] En una o más realizaciones, los uno o más filtros evitan que la luz por encima de una longitud de onda de 260 nm llegue a los uno o más tubos en forma de espiral.
[0065] En una o más realizaciones, la forma de la sección transversal de uno o más tubos en forma de espiral es circular, hexagonal, cuadrada, triangular u ovalada. La forma de la sección transversal puede tener cualquier forma que mantenga una gran superficie exterior expuesta del producto alimentario líquido.
[0067] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo interior entre 1 mm y 10 mm.
[0069] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo interior entre 2 mm y 9 mm.
[0071] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo interior entre 3 mm y 8 mm.
[0073] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo interior entre 4 mm y 7 mm.
[0075] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo interior entre 5 mm y 6 mm.
[0077] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo interior de 5,5 mm.
[0079] El tamaño del diámetro interior es un compromiso entre la cantidad de producto alimentario líquido que puede tratarse en un tiempo determinado y la exposición de energía luminosa por unidad de volumen/área de superficie. Cuanto mayor sea el diámetro del tubo interior, más producto alimenticio líquido podrá pasar en un momento dado; sin embargo, cuanto mayor sea el diámetro interior, menor será (relativamente visible) el área expuesta.
[0081] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un paso entre 2 y 8 mm, donde el paso es la distancia de centro a centro de los uno o más tubos en forma de espiral después de una vuelta/bobina de los uno o más tubos en forma de espiral.
[0083] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un paso entre 3 y 7 mm, donde el paso es la distancia de centro a centro de los uno o más tubos en forma de espiral después de una vuelta/bobina de los uno o más tubos en forma de espiral.
[0085] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un paso entre 4 y 7 mm, donde el paso es la distancia de centro a centro de los uno o más tubos en forma de espiral después de una vuelta/bobina de los uno o más tubos en forma de espiral.
[0087] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un paso de 6 mm, donde el paso es la distancia de centro a centro de los uno o más tubos en forma de espiral después de una vuelta/bobina de los uno o más tubos en forma de espiral.
[0089] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un ángulo de bobina entre 1° y 6°, tal como entre 2° y 5°, tal como entre 3° y 4°, en donde el ángulo de bobina se mide entre los uno o más tubos en forma de espiral y una dirección recta en comparación con el extremo de entrada hasta el extremo de salida creando la vía fluídica.
[0091] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un ángulo de bobina entre 2° y 5°.
[0092] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un ángulo de bobina entre 3° y 4°.
[0093] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de bobina entre 20 y 150 mm, en donde el diámetro de bobina es una distancia de extremo exterior a extremo exterior de los uno o más tubos en forma de espiral después de media vuelta/bobina de los uno o más tubos en forma de espiral. Es decir, el diámetro de la bobina es la anchura de una bobina creada por uno o más tubos en forma de espiral.
[0095] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo exterior entre 2 y 8 mm. En una o más realizaciones, uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro interior de entre 5 mm y 6 mm.
[0097] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo exterior entre 3 y 7 mm.
[0099] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo exterior entre 4 y 7 mm.
[0100] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo exterior de entre 5 y 6 mm.
[0101] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un diámetro de tubo exterior de 6 mm. En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un espesor de pared entre 0,1 y 0,4 mm. El espesor de la pared también puede definirse como el diámetro del tubo exterior menos el diámetro del tubo interior.
[0102] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un espesor de pared entre 0,1 y 0,3 mm.
[0103] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un espesor de pared entre 0,2 y 0,3 mm.
[0104] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un espesor de pared entre 1 y 4 mm. En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un espesor de pared entre 1 y 3 mm. En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen un espesor de pared entre 2 y 3 mm. Un espesor de pared entre 0,1 y 4 mm se utiliza generalmente cuando uno o más tubos en forma de espiral están hechos de material polimérico, mientras que un espesor de pared de 1 a 4 mm se utiliza generalmente cuando se utiliza vidrio de cuarzo para uno o más tubos en forma de espiral. Sin embargo, el espesor de la pared de uno o más tubos depende del porcentaje de transmisión de la luz emitida por una o más fuentes de luz. Cuanto mayor sea el porcentaje de transmisión, más gruesas podrán ser las paredes.
[0105] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral están enrollados alrededor de un pilar. Una ventaja de utilizar un pilar para enrollar uno o más tubos en forma de espiral es que el pilar estabiliza uno o más tubos en forma de espiral, si dichos tubos están hechos, por ejemplo, de un material flexible. Por lo tanto, el pilar puede estabilizar la espiral. Además, el pilar puede tener otra ventaja, por ejemplo, ayudar a mejorar la cantidad de luz irradiada a uno o más tubos en forma de espiral al ser, por ejemplo, reflectante.
[0106] En una o más realizaciones, uno o más tubos en forma de espiral se enrollan alrededor de un pilar para crear una bobina en forma de cono. Esto significa que el inicio de la bobina es más estrecho que el final de la bobina, o que el inicio de la bobina es más ancho que el final de la bobina. Esto puede producir una bobina con forma piramidal. En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral incluyen solo un tubo en forma de espiral. En otra realización, los uno o más tubos en forma de espiral están enrollados alrededor de un pilar en pares de al menos dos.
[0107] En una o más realizaciones, el pilar está hecho de un material reflectante.
[0108] El material reflectante puede ser, pero no se limita a, material reflector dicroico, como aluminio, acero inoxidable, cromo o plata.
[0109] El material reflectante también puede ser parcialmente reflectante, como los materiales de teflón, como los perfluoroalcoxi alcanos (PFA), el politetrafluoroetileno (PTFE), el etileno propileno fluorado (FEP). La reflectividad de estos materiales depende del ángulo de emisión de la luz sobre el material.
[0110] El politetrafluoroetileno (PTFE) es un fluoropolímero sintético de tetrafluoroetileno que tiene numerosas aplicaciones. La marca más conocida de fórmulas basadas en PTFE es Teflon. El PTFE es un fluorocarburo sólido, ya que es un compuesto de alto peso molecular formado íntegramente por carbono y flúor. El PTFE es hidrófobo: ni el agua ni las sustancias que contienen agua mojan el PTFE, ya que los fluorocarbonos presentan fuerzas de dispersión de Londres atenuadas debido a la alta electronegatividad del flúor. El PTFE tiene uno de los coeficientes de fricción más bajos de cualquier sólido.
[0111] Los perfluoroalcoxialcanos (PFA) son fluoropolímeros. Son copolímeros de tetrafluoroetileno (C2F4) y perfluoroéteres (C2F3ORf, donde Rf es un grupo perfluorado como por ejemplo trifluorometilo (CF3)). Las propiedades del PFA son similares al PTFE. Una de las grandes diferencias es que los sustituyentes alcoxi permiten que el polímero sea, por ejemplo, procesado por fusión. A nivel molecular, el PFA tiene una menor longitud de cadena y un mayor entrelazamiento que otros fluoropolímeros. También contiene un átomo de oxígeno en las ramificaciones. Esto da como resultado un material más translúcido y con mejor fluidez, resistencia a la fluencia y estabilidad térmica cercana o superior al PTFE.
[0112] El etileno propileno fluorado (FEP) es un copolímero de hexafluoropropileno y tetrafluoroetileno. Se diferencia del PTFE en que se puede procesar por fusión mediante técnicas convencionales de moldeo por inyección y extrusión de tornillo. El etileno propileno fluorado se vende bajo la marca Teflon FEP. Otras marcas son Neoflon FEP o Dyneon FEP. El FEP es muy similar en composición a los fluoropolímeros PTFE y PFA. El FEP es más blando que el PTFE y se funde alrededor de 260 °C. El FEP es altamente transparente y resistente a la luz solar.
[0114] Tanto el FEP como el PFA comparten las propiedades útiles del PTFE de baja fricción y no reactividad, pero son más fácilmente moldeables.
[0116] En una o más realizaciones, el pilar está hecho de un material polimérico reflectante.
[0118] En una o más realizaciones, el pilar está cubierto con una película metalizada.
[0120] Las películas metalizadas son películas poliméricas recubiertas con una fina capa de metal, como el aluminio, entre otros. Ofrecen el aspecto metálico brillante de una lámina de aluminio a un peso y coste reducidos.
[0122] En una o más realizaciones, el pilar está hecho de politetrafluoroetileno (PTFE).
[0124] En una o más realizaciones, el pilar es una o más fuentes de luz.
[0126] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen una longitud comprimida desde el extremo de entrada hasta el extremo de salida entre 100 mm y 400 mm. La longitud comprimida es la longitud de uno o más tubos en forma de espiral tal como se forman en el fotobiorreactor sin tirar ni presionar sobre uno o más tubos en forma de espiral, de modo de obtener una medida desde el extremo de entrada hasta el extremo de salida.
[0128] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral tienen una extensión/longitud libre desde el extremo de entrada hasta el extremo de salida entre 5 m y 20 m. La extensión/longitud libre es la longitud total de un tubo en uno o más tubos en forma de espiral. La longitud total de un tubo es igual a la distancia total que una unidad de producto alimentario líquido tiene que recorrer a través de uno o más tubos en forma de espiral.
[0130] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral están hechos de un material polimérico o de vidrio de cuarzo que es transparente a la luz ultravioleta. Sin embargo, el o los tubos en forma de espiral pueden estar hechos de cualquier material siempre que dicho material sea más o menos transparente a la luz emitida por la o las fuentes de luz.
[0132] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral se seleccionan de etileno propileno fluorado (FEP), politetrafluoroetileno (PTFE) o perfluoroalcoxi alcanos (PFA). El o los tubos en forma de espiral pueden estar hechos de cualquier material con propiedades similares a FEP, PTFE o PFA.
[0134] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral son de fluoropolímero amorfo (AF). El uno o más tubos en forma de espiral pueden estar hechos de cualquier material con propiedades similares de AF.
[0135] El fluoropolímero amorfo (AF) es una familia de fluoroplásticos amorfos. Estos materiales son similares a otros polímeros amorfos en claridad óptica y propiedades mecánicas, incluida la resistencia. Estos materiales son comparables a otros fluoroplásticos en su rendimiento en un amplio rango de temperaturas, en tener una excelente resistencia química y en tener propiedades eléctricas excepcionales. Los polímeros AF se distinguen de otros fluoroplásticos en que son solubles en disolventes seleccionados, tienen alta permeabilidad a los gases, alta compresibilidad, alta resistencia a la fluencia y baja conductividad térmica. Los polímeros AF tienen la constante dieléctrica más baja de todos los polímeros sólidos conocidos. Los polímeros A<f>tienen un índice de refracción bajo en comparación con muchos otros polímeros conocidos.
[0137] En una o más realizaciones, el extremo de entrada y el extremo de salida están diseñados de tal manera que el producto alimentario líquido entra y sale axialmente de uno o más tubos en forma de espiral. Esto significa que el líquido saldrá del extremo de salida más o menos axialmente al lugar donde entró en el extremo de entrada.
[0138] En una o más realizaciones, el extremo de entrada y el extremo de salida están diseñados de tal manera que el producto alimenticio líquido fluye en general verticalmente a través de uno o más tubos en forma de espiral cuando se observa desde el extremo de entrada hasta el extremo de salida. Esto significa que el producto alimenticio líquido ingresará a uno o más tubos en forma de espiral a través de la entrada verticalmente, fluirá a través de uno o más tubos en forma de espiral y saldrá por la salida verticalmente, dando así un flujo vertical general.
[0140] En una o más realizaciones, el extremo de entrada y el extremo de salida están diseñados de tal manera que el producto alimenticio líquido fluye en general horizontalmente a través de uno o más tubos en forma de espiral cuando se observa desde la entrada hasta la salida. Esto significa que el producto alimenticio líquido ingresará a uno o más tubos en forma de espiral a través de la entrada horizontalmente, fluirá a través de uno o más tubos en forma de espiral y saldrá por la salida horizontalmente, dando así un flujo horizontal general.
[0142] En una o más realizaciones, las una o más fuentes de luz están acopladas a una o más fibras que guían la luz de 180-300 nm desde las una o más fuentes de luz hasta los uno o más tubos en forma de espiral. Esto significa que la luz emitida por la fuente de luz se guía a través de una o más fibras hasta uno o más tubos en forma de espiral. Una fibra puede ser una fibra óptica. Una fibra óptica es una fibra flexible y transparente hecha, por ejemplo, estirando vidrio (sílice) o plástico hasta un diámetro elegido. Las fibras ópticas pueden utilizarse como medio para transmitir luz entre los dos extremos de la fibra.
[0144] En una o más realizaciones, se utilizan una fuente de luz y múltiples fibras para iluminar uno o más tubos en forma de espiral.
[0146] En una o más realizaciones, una o más fuentes de luz se seleccionan entre una lámpara de vapor de mercurio, una lámpara de xenón o un diodo emisor de luz (LED). La fuente de luz de la presente invención puede ser cualquier fuente de luz adecuada para crear emisión de luz en el área de longitud de onda espectral de 180 nm a 300 nm.
[0148] Una lámpara de vapor de mercurio es una lámpara de descarga de gas que utiliza un arco eléctrico a través de mercurio vaporizado para producir luz. La descarga del arco puede limitarse a un pequeño tubo de arco de cuarzo fundido.
[0150] Un diodo emisor de luz (LED) es una fuente de luz semiconductora de dos conductores. Es un diodo de unión p-n que emite luz cuando se activa. Cuando se aplica una tensión adecuada a los conductores, los electrones pueden recombinarse con huecos electrónicos dentro del dispositivo, liberando energía en forma de fotones. Este efecto se denomina electroluminiscencia, y el color de la luz (correspondiente a la energía del fotón) viene determinado por la banda de energía del semiconductor. Los LED suelen ser pequeños (menos de 1 mm) y se pueden utilizar componentes ópticos integrados para dar forma al patrón de radiación.
[0152] Una lámpara de arco de xenón es un tipo especializado de lámpara de descarga de gas, una luz eléctrica que produce luz haciendo pasar electricidad a través de gas xenón ionizado a alta presión. Produce una luz blanca brillante que imita fielmente la luz solar natural. En los automóviles se utiliza un tipo especial de lámpara de xenón. En realidad, se trata de lámparas de halogenuros metálicos en las que sólo se utiliza un arco de xenón durante el arranque.
[0154] En una o más realizaciones, la una o más fuentes de luz son una lámpara de haluro metálico. Una lámpara de halogenuros metálicos es una lámpara eléctrica que produce luz mediante un arco eléctrico a través de una mezcla gaseosa de mercurio vaporizado y halogenuros metálicos. Es un tipo de lámpara de descarga de gas de alta intensidad. Son similares a las lámparas de vapor de mercurio, pero contienen compuestos de haluro metálico adicionales en el tubo de arco de cuarzo, lo que puede mejorar la eficiencia y la reproducción del color de la luz.
[0155] En una o más realizaciones, la una o más fuentes de luz se seleccionan de una fuente de luz que emite luz en el área de longitud de onda espectral ultravioleta C (UV-C).
[0157] El espectro ultravioleta se puede dividir en varias áreas más pequeñas, estas son: ultravioleta A (UV-A), 315-400 nm; ultravioleta B (UV-B), 280-315 nm; ultravioleta C (UV-C), 100-280 nm; ultravioleta cercano (N-Uv ), 300-400 nm; ultravioleta medio (M-UV), 200-300 nm; ultravioleta lejano (F-UV), 122-200 nm.
[0159] En una o más realizaciones, la una o más fuentes de luz se seleccionan de una fuente de luz que emite luz en la zona de longitud de onda espectral ultravioleta media (M-UV).
[0161] En una o más realizaciones, la una o más fuentes de luz son una lámpara germicida de baja presión, como una lámpara de vapor de mercurio de baja presión.
[0163] Una lámpara germicida de baja presión puede ser una lámpara UV que emite una parte significativa de su potencia radiativa en la banda UV-C, como una lámpara de vapor de mercurio de baja presión o una lámpara de amalgama de baja presión.
[0165] Una lámpara de amalgama de baja presión es una lámpara dopada con mercurio combinado con otro elemento (a menudo galio), por lo que también se denomina lámpara de amalgama.
[0167] En una o más realizaciones, una o más fuentes de luz funcionan a una temperatura de lámpara entre 0 °C y 120 °C.
[0168] En una o más realizaciones, una o más fuentes de luz funcionan a una temperatura de lámpara entre 20 °C y 60 °C.
[0169] En una o más realizaciones, una o más fuentes de luz funcionan a una temperatura de lámpara entre 30 °C y 50 °C.
[0171] La presente invención divulga que una de las ventajas al utilizar una fuente de luz con una temperatura de lámpara más baja puede ser que se transfiere menos calor de la fuente de luz al producto alimenticio líquido. Esto puede resultar en un menor requerimiento de enfriamiento del producto alimenticio líquido durante el funcionamiento del biorreactor.
[0173] En una o más realizaciones, la una o más fuentes de luz funcionan a una temperatura de lámpara de 40 °C.
[0174] En una o más realizaciones, una o más fuentes de luz están ubicadas en el exterior de uno o más tubos en forma de espiral.
[0176] En otra realización, la o más fuentes de luz están situadas en el interior de uno o más tubos en forma de espiral. En otras realizaciones adicionales, una o más fuentes de luz están posicionadas tanto en el interior de uno o más tubos en forma de espiral como en el exterior de uno o más tubos en forma de espiral.
[0178] La posición de una o más fuentes de luz se puede variar según la configuración general del biorreactor para lograr la mayor transferencia de energía posible desde una o más fuentes de luz al producto alimenticio líquido dentro de uno o más tubos en forma de espiral.
[0180] En una o más realizaciones, los uno o más filtros se seleccionan entre filtros de paso de banda, filtros de muesca o una combinación de ambos.
[0182] Una de las ventajas de utilizar uno o más filtros (por ejemplo, un filtro de paso de banda o un filtro de muesca) puede ser que se puede evitar la fotooxidación desde longitudes de onda más altas. Por ejemplo, es preferible evitar la fotooxidación de la riboflavina (en torno a una longitud de onda de 446 nm), pero también es preferible evitar la fotooxidación de otros componentes del producto alimenticio líquido, que potencia un sabor/gusto amargo y malo en dicho producto alimenticio. Además, los filtros pueden evitar que el aire caliente entre en contacto con una o más espirales, evitando así el calentamiento del producto alimenticio líquido.
[0184] Un filtro de paso de banda es un dispositivo que deja pasar frecuencias dentro de un rango determinado y rechaza/atenúa frecuencias fuera de ese rango.
[0186] Un filtro de muesca es un filtro de banda supresora con una banda supresora estrecha. En el procesamiento de señales, un filtro de eliminación de banda o filtro de rechazo de banda es un filtro que deja pasar la mayoría de las frecuencias sin alterar, pero rechaza/atenúa aquellas en un rango específico a niveles muy bajos. Es lo opuesto de un filtro pasa banda.
[0188] En una o más realizaciones, el fotobiorreactor comprende además una carcasa de reactor. La carcasa del reactor tiene un diseño modular y, por lo tanto, no tiene una longitud mínima ni máxima. El tamaño de la carcasa del reactor depende del tamaño de una o más fuentes de luz, uno o más tubos en forma de espiral y otras características agregadas al biorreactor. Una carcasa de reactor puede ser deseable, ya que contendrá la luz dentro del reactor y reflejará la luz hacia uno o más tubos en forma de espiral.
[0190] En una o más realizaciones, los uno o más tubos en forma de espiral, las una o más fuentes de luz y los uno o más filtros están encerrados dentro de la carcasa del reactor.
[0192] En una o más realizaciones, la carcasa del reactor está hecha de un material reflectante UV-C. Un material reflectante UV-C puede ser un material que refleja la luz emitida en el rango espectral de 100 nm a 300 nm. Al utilizar un material UV-C reflectante, una ventaja puede ser la minimización de la energía necesaria para que el reactor funcione, ya que una mayor parte de la luz puede reflejarse hacia uno o más tubos en forma de espiral.
[0193] En una o más realizaciones, la carcasa del reactor está hecha de politetrafluoroetileno (PTFE) reflectante.
[0195] El politetrafluoroetileno (PTFE) es un fluoropolímero sintético de tetrafluoroetileno que tiene numerosas aplicaciones. La marca más conocida de fórmulas basadas en PTFE es Teflon. El PTFE es un fluorocarburo sólido, ya que es un compuesto de alto peso molecular formado íntegramente por carbono y flúor. El PTFE es hidrófobo: ni el agua ni las sustancias que contienen agua mojan el PTFE, ya que los fluorocarbonos presentan fuerzas de dispersión de Londres atenuadas debido a la alta electronegatividad del flúor. El PTFE tiene uno de los coeficientes de fricción más bajos de cualquier sólido.
[0197] En una o más realizaciones, el fotobiorreactor comprende además medios para enfriar por aire una o más fuentes de luz. Dependiendo de la temperatura de la lámpara, puede ser necesario un enfriamiento adicional para mantener el producto alimenticio líquido a una temperatura aceptable mientras viaja a través de la vía fluídica.
[0198] En una o más realizaciones, un flujo de aire para enfriar las fuentes de luz es un flujo de aire de lado a lado del fotobiorreactor.
[0199] En una o más realizaciones, un flujo de aire para enfriar las fuentes de luz es un flujo de aire desde la parte superior del fotobiorreactor hasta la parte inferior del fotobiorreactor. Alternativamente, el flujo puede ser de abajo hacia arriba, o una combinación de flujo de lado a lado y de abajo/arriba a arriba/abajo.
[0200] El flujo de aire para enfriar las lámparas se puede ajustar de múltiples maneras para enfriar óptimamente las lámparas a una temperatura requerida. El aire también puede fluir a través de la sección central de las lámparas para una refrigeración óptima.
[0201] En una o más realizaciones, el fotobiorreactor comprende además una unidad de control.
[0202] Una unidad de control puede ser una unidad capaz de medir y controlar, por ejemplo, la velocidad del flujo, la temperatura, la intensidad de la luz y varias otras propiedades. Una de las ventajas de utilizar una unidad de control puede ser un control automático del biorreactor. Además, con una unidad de control, se puede configurar un sistema de vigilancia, de modo que si, por ejemplo, la presión disminuye, la temperatura aumenta o la intensidad de la luz disminuye, se puede notificar al operador.
[0203] En una o más realizaciones, la unidad de control comprende control electrónico de temperatura y control de flujo. En una o más realizaciones, la unidad de control controla automáticamente la temperatura de la lámpara y una velocidad de flujo de un líquido a través de la vía fluídica. El uso del control automático puede tener como una de las ventajas el ahorro de tiempo para el usuario debido a que pasa menos tiempo observando el sistema y realizando ajustes controlados manualmente de las propiedades del sistema. Además, con una unidad de control, se puede configurar un sistema de vigilancia, de modo que si, por ejemplo, la presión disminuye, la temperatura aumenta o la intensidad de la luz disminuye, se puede notificar al operador. Además, la unidad de control puede contrarrestar automáticamente la disminución de la presión, el aumento de la temperatura o la disminución de la intensidad de la luz. Alternativamente, la unidad de control puede apagar el reactor si no puede contrarrestar las diferentes irregularidades.
[0204] Otro aspecto de la presente invención es el uso de un fotobiorreactor como el descrito a lo largo de este documento para la pasteurización en frío de productos alimenticios líquidos.
[0205] La pasteurización en frío puede ser la esterilización parcial de una sustancia y especialmente de un líquido en un proceso en el que se evade el calor como principal erradicación de organismos objetables sin alteración química importante de la sustancia. Con evadido no se quiere decir excluido sino reducido. La presente invención divulga que una de las ventajas de utilizar la radiación luminosa como medio para la pasteurización en frío es que se trata de una forma muy eficiente desde el punto de vista energético para la esterilización parcial.
[0206] En una o más realizaciones, los productos alimenticios líquidos se seleccionan entre productos lácteos líquidos. En una o más realizaciones, los productos alimenticios líquidos se seleccionan de leche cruda, leche, jugo, café, té, soja, soyalent, refresco, caldo, sopa, cerveza, batidos, batido de proteínas, reemplazo de comida líquido, crema, vino, mayonesa, ketchup, jarabe, miel o agua de procesamiento opaca.
[0207] En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 2-Log10. Un contaminante biológico puede ser, por ejemplo, bacterias, esporas, moho o virus.
[0208] En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 3-Logm En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 4-Logm En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 5-Logm En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 6-Logm En una o más realizaciones, el contaminante biológico se selecciona de Campylobacter jejuni, Shigella, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium paratuberculosis, Salmonella spp., Yersinia enterocolitica, Brucella spp., Staphylococcus spp., Lactobacillus casei, Mycobacterium avium subespecie, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Enterococcus spp. o Entrerobacter spp..
[0209] Otro aspecto de la presente invención es el uso de un fotobiorreactor como se describe a lo largo de este documento para matar microorganismos en productos alimenticios líquidos, tales como bacterias, moho, esporas o virus.
[0210] Por matar se entiende reducir la cantidad de microorganismos activos o vivos. Los microorganismos que se encuentran en los productos alimenticios líquidos pueden estar presentes debido a la contaminación durante el proceso de dicho producto alimenticio líquido. La contaminación bacteriana común de, por ejemplo, productos lácteos, puede ser, por ejemplo, Lactobacillus casei, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Mycobacterium avium subespecie paratuberculosis (MAP), Staphylococcus aureus o Streptococcus spp.
[0212] En una o más realizaciones, los productos alimenticios líquidos se seleccionan entre productos lácteos líquidos.
[0213] En una o más realizaciones, los productos alimenticios líquidos se seleccionan de leche cruda, leche, jugo, café, té, soja, soyalent, refresco, caldo, sopa, cerveza, batidos, batido de proteínas, reemplazo de comida líquido, crema, vino, mayonesa, ketchup, jarabe, miel o agua de procesamiento opaca.
[0215] En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 2-Log10, tal como al menos 3-Log10, tal como al menos 4-Log10, tal como al menos 5-Log10, tal como al menos 6-Logm Un contaminante biológico puede ser, por ejemplo, bacterias, esporas, moho o virus.
[0217] En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 5-Logm
[0218] En una o más realizaciones, un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de al menos 6-Logm
[0219] En una o más realizaciones, el contaminante biológico se selecciona de Campylobacter jejuni, Shigella, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium paratuberculosis, Salmonella spp., Yersinia enterocolitica, Brucella spp., Staphylococcus spp., Lactobacillus casei, Mycobacterium avium subespecie, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Enterococcus spp. o Entrerobacter spp..
[0221] Al describir las realizaciones de la presente invención, no se han descrito explícitamente las combinaciones y permutaciones de todas las realizaciones posibles. No obstante, el mero hecho de que determinadas medidas se recojan en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes o se describan en realizaciones diferentes no indica que no pueda utilizarse ventajosamente una combinación de dichas medidas. La presente invención contempla todas las posibles combinaciones y permutaciones de las realizaciones descritas.
[0223] Breve descripción de los dibujos
[0225] La figura 1 muestra una vista en explosión de una realización de la presente invención, mostrando una carcasa de reactor, tubos en forma de espiral que comprenden una entrada y una salida, un pilar y un filtro.
[0227] La figura 2 muestra una vista lateral de una realización de la presente invención, mostrando dos carcasas de reactor, dos salidas, dos filtros y múltiples fuentes de luz.
[0229] La figura 3 muestra una vista lateral de una realización de la presente invención, mostrando dos carcasas de reactor, dos salidas, dos filtros y múltiples fuentes de luz.
[0231] La figura 4 muestra una vista lateral transparente de una realización de la presente invención, que muestra dos carcasas de reactor (partes de la carcasa del reactor son transparentes), dos salidas, dos filtros (los filtros son transparentes) y múltiples fuentes de luz.
[0233] La figura 5 muestra una vista frontal transparente de una realización de la presente invención, que muestra una carcasa de reactor, un tubo en forma de espiral que comprende una entrada y una salida, un pilar y un filtro.
[0234] La figura 6 muestra una vista lateral en corte de una realización de la presente invención, mostrando una carcasa de reactor, un tubo en forma de espiral que comprende una entrada y una salida (no mostradas), un pilar y un filtro. El corte se realiza en el medio de la carcasa del reactor.
[0236] La figura 7 muestra una ilustración esquemática de diferentes partes y medidas de realizaciones específicas de la presente invención.
[0238] La figura 8 muestra una investigación de la cantidad de energía requerida de la fuente de luz para obtener la inactivación o reducción del contaminante biológico.
[0240] La figura 9 muestra una investigación de la diferencia en la invención actual al variar la temperatura de 18 grados centígrados a 38 grados centígrados.
[0242] La figura 10 muestra una investigación de la invención actual al variar el caudal del líquido en tres tamaños de tubos diferentes.
[0243] La figura 11 muestra el grado de daños causados por la radiación en el virus versus la proteína en diferentes longitudes de onda (220-320 nm).
[0244] DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS
[0245] Las figuras 1, 5 y 6 muestran diferentes vistas de una realización de un fotobiorreactor para la pasteurización en frío de productos alimenticios líquidos. El fotobiorreactor comprende un tubo en forma de espiral 104 que se extiende desde un extremo de entrada 106 hasta un extremo de salida 108 creando una vía fluídica. El tubo en forma de espiral 104 está enrollado alrededor de un pilar 110.
[0246] El fotobiorreactor comprende además una carcasa de reactor 102a, 102b, 102c, que comprende tres partes; una primera parte 102a situada en la parte superior del fotobiorreactor en la figura 1, una segunda parte que constituye el lateral de la carcasa y una tercera parte situada en el lado inferior del fotobiorreactor.
[0247] En la figura 1 también se muestra un filtro 112 situado fuera del tubo en forma de espiral 104. El filtro 112 evita que la luz por encima de una longitud de onda de 300 nm llegue al tubo en forma de espiral 104.
[0248] El filtro 112 se muestra como un filtro transparente en la figura 5. En la figura 6, el corte mostrado se realiza en el medio de la carcasa del reactor 102a, 102b y 102c.
[0249] Los fotobiorreactores mostrados en las figuras 1, 5 y 6 son ejemplos de fotobiorreactores donde el producto alimenticio líquido fluye en forma general vertical a través de uno o más tubos en forma de espiral 104 cuando se observa desde el extremo de entrada 106 hasta el extremo de salida 108.
[0250] Las figuras 2-4 muestran una realización alternativa del fotobiorreactor para la pasteurización en frío de productos alimenticios líquidos que comprende elementos similares a los identificados y analizados en relación con las figuras 1, 5 y 6.
[0251] En la realización de las figuras 2-4, se utilizan múltiples fuentes de luz 114 para iluminar dos tubos en forma de espiral 104. Las fuentes de luz 114 emiten luz en un rango de longitud de onda entre 180-300 nm. En las figuras 2-4, dos filtros 112 posicionados entre las fuentes de luz 114 y los dos tubos en forma de espiral 104 incluidos en el fotobiorreactor.
[0252] Los dos filtros 112 se muestran como filtros transparentes en la figura 4. Además, dos tubos en forma de espiral 104 que comprenden entradas 106 y salidas 108, y los pilares 110 son visibles dentro de la carcasa del reactor 102a, 102b y 102c en la figura 4.
[0253] Los fotobiorreactores mostrados en las figuras 2 a 4 son ejemplos de fotobiorreactores donde el producto alimenticio líquido fluye globalmente en forma horizontal a través de uno o más tubos en forma de espiral 104 cuando se observa desde el extremo de entrada 106 hasta el extremo de salida 108.
[0254] La figura 7 muestra tubos en forma de espiral 104 con entrada 106 y salida 108 según la invención. La longitud comprimida del tubo en forma de espiral 116, la longitud de extensión/libre de los tubos en forma de espiral 118, el diámetro del tubo interior 120, el paso 122, el ángulo de la bobina 124, el diámetro de la bobina 126, el diámetro del tubo exterior 128 y el espesor de la pared 130 se ilustran en la figura 7.
[0255] La figura 8 muestra la investigación de la cantidad de energía requerida de la fuente de luz para obtener la inactivación o reducción del contaminante biológico.
[0256] La figura 9 muestra la investigación de la diferencia en la invención actual al variar la temperatura de 18 grados centígrados a 38 grados centígrados.
[0257] La figura 10 muestra la investigación de la invención actual al variar el caudal del líquido en tres tamaños de tubos diferentes.
[0258] La figura 11 muestra el grado de daños causados por la radiación en el virus versus la proteína en diferentes longitudes de onda (220-320 nm).
[0259] Ejemplos
[0260] Procedimiento experimental general
[0261] Se investigaron los efectos del diámetro del tubo y del caudal utilizando leche entera UHT mezclada con Escherichia coli a una concentración mínima de 2,7E6 por mililitro (determinada utilizando el método del número más probable).
[0262] Se transfirió un litro de leche entera UHT a un matraz de tapa azul esterilizado y se agregó 1 ml de medio de Escherichia coli, logrando una concentración mínima deseada de al menos 2,7E6/ml. La leche mezclada se hizo circular en el reactor UV y se tomaron muestras a intervalos, cuando se alcanzaron las dosis de UV-C deseadas. La leche mezclada se mezcló constantemente durante todo el experimento utilizando un agitador magnético.
[0263] Para cada caudal específico y tamaño de tubo se preparó un nuevo lote de 1 litro de leche entera UHT adicionada con Escherichia coli a una concentración mínima de 2,7E6/ml.
[0265] El reactor UV consistía en un tubo FEP enrollado alrededor de un vidrio de cuarzo de 28 mm. Dentro del cristal de cuarzo se colocó una lámpara germicida de 75 W con un pico de radiación a 253,7 nm. Los tamaños de los tubos probados fueron AWG (calibre de cable americano) 7, 9 y 11 y los caudales investigados fueron 200, 300, 600 y 1000 ml por minuto.
[0267] La leche se hizo circular utilizando una bomba de paletas rotatorias y se expuso en el reactor UV durante un período de tiempo antes de tomar muestras de 20 ml utilizando pipetas esterilizadas y transferirlas a un matraz esterilizado con tapa azul. La leche se hizo circular en el sistema con la lámpara apagada antes de cada experimento y se tomó una muestra para establecer la concentración inicial. La temperatura de la leche fue de 24 a 25 °C al inicio de cada experimento y de 34 a 43 °C al final de cada experimento.
[0269] Después de cada experimento, el sistema pasó por un procedimiento CIP (limpieza en el lugar), primero lavando el sistema con agua desmineralizada durante 10 minutos, seguido de 40 minutos de circulación de una solución de NaOH al 1% a 65 °C. Seguido de un lavado del sistema durante 10 minutos con agua desmineralizada. Después de lo cual se hizo circular en el sistema una solución de HNO3 al 0,5% a 60 °C durante 40 minutos. Finalmente se enjuagó el sistema durante 20 minutos utilizando agua desmineralizada.
[0271] Las muestras fueron transferidas a una estación de muestreo en una cabina de bioseguridad laminar inmediatamente después de finalizado el experimento, donde fueron tratadas utilizando el método MPN siguiendo a Jarvis et al. [Jarvis, B. et al., Journal of Applied Microbiology, 2010, 109, 1660-1667].
[0273] Después de dos días en una incubadora a 35 °C se contó el número de tubos de ensayo positivos y se calcularon las concentraciones de bacterias.
[0275] Ejemplo 1
[0277] El ejemplo experimental 1 investiga la cantidad de energía necesaria de una bomba y la fuente de luz para obtener la inactivación o reducción del contaminante biológico. El tamaño del tubo probado es AWG 9 y el caudal investigado es de 700 ml por minuto. Como se puede ver en la Figura 8, utilizando una pequeña cantidad de energía luminosa (alrededor de 1,2 kWh por cada 1.000 litros de líquido) se obtiene una reducción de 1-Logm A medida que aumenta la energía luminosa utilizada, la reducción Log10 también aumenta hasta obtener una meseta de 10 kWh por 1.000 litros de líquido con una reducción de alrededor de 5-Logm
[0279] Ejemplo 2
[0281] El ejemplo experimental 2 investiga la diferencia en la invención actual al variar la temperatura de 18 grados centígrados a 38 grados centígrados. El tamaño del tubo probado es AWG 9 y el caudal investigado es de 700 ml por minuto. Como se muestra en la Figura 9, la diferencia en la reducción de log10 es similar alrededor de 10 kWh por 1.000 litros de líquido. Sin embargo, cuando se aumenta la energía utilizada, la reducción log10 entre 18 grados centígrados y 38 grados centígrados empieza a ser significativa. Con energías de unos 18 kWh por cada 1.000 litros de líquido, la reducción log10 es de 5,5 para 38 grados centígrados, mientras que es de 6,5 para 18 grados centígrados, lo que corresponde a una reducción de 1 -log10 en la diferencia.
[0283] Ejemplo 3
[0285] El ejemplo experimental 3 investiga la invención actual al variar el caudal del líquido en tres tamaños de tubo diferentes. Los tamaños de tubo probados fueron AWG 7, 9 y 11 y los caudales investigados fueron 200, 300, 600 y 1000 ml por minuto. La temperatura se mantiene entre 24 y 43 grados centígrados. Como se puede observar en la Figura 10, dependiendo del tamaño del tubo, la configuración es óptima a diferentes caudales.
[0287] Usando un tamaño de tubo de AWG 7 hay una pequeña diferencia entre los caudales. Sin embargo, esta diferencia es más predominante cuando se analiza con una alta exposición a la energía (alrededor de 4.000 J por litro de líquido), donde se observa una diferencia de 1 -log10 entre caudales de 200-300 ml/min frente a caudales de 600­ 1.000 ml/min.
[0289] Usando un tamaño de tubo de AWG 9 hay una gran diferencia entre los caudales. Esta diferencia es mayor cuando se analiza con una alta exposición a la energía (alrededor de 4.500 J por litro de líquido), donde se observa una diferencia de 3-logio entre caudales de 200-300 ml/min frente a caudales de 600-1.000 ml/min.
[0290] Usando un tamaño de tubo AWG 11 hay una diferencia muy pequeña entre los caudales. Sin embargo, esta diferencia es insignificante cuando se analiza con una alta exposición energética (alrededor de 4.000 J por litro de líquido).
[0291] Referencias
[0292] 102a Primera parte de la carcasa del reactor
[0293] 102b Segunda parte de la carcasa del reactor
[0294] 102c Tercera parte de la carcasa del reactor
[0295] 104 Tubos en forma de espiral
[0296] 106 Entrada
[0297] 108 Salida
[0298] 110 Pilar
[0299] 112 Filtro
[0300] 114 Fuente de luz
[0301] 116 Longitud comprimida
[0302] 118 extensión/longitud libre
[0303] 120 Diámetro del tubo interior
[0304] 122 Paso
[0305] 124 Ángulo de bobina
[0306] 126 Diámetro de la bobina
[0307] 128 Diámetro del tubo exterior
[0308] 130 Espesor de pared

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES
1. Fotobiorreactor para la pasteurización de productos alimenticios líquidos opacos, por ejemplo, leche, comprendiendo el fotobiorreactor:
a. uno o más tubos en forma de espiral que se extienden desde un extremo de entrada a un extremo de salida creando una vía fluídica, y
b. una o más fuentes de luz que iluminan uno o más tubos en forma de espiral, en donde una o más fuentes de luz emiten luz en un rango de longitud de onda entre 180-300 nm,
en donde el fotobiorreactor comprende además uno o más filtros posicionados entre una o más fuentes de luz y uno o más tubos en forma de espiral, en donde uno o más filtros evitan que la luz por encima de una longitud de onda de 300 nm llegue a uno o más tubos en forma de espiral, y en donde uno o más filtros atenúan la luz por encima de una longitud de onda de 300 nm con al menos un factor de 100 o más.
2. Fotobiorreactor según la reivindicación 1, en el que un movimiento de fluido a través de uno o más tubos en forma de espiral crea un flujo de vórtice de Dean, un flujo laminar o un flujo turbulento.
3. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde uno o más tubos en forma de espiral están enrollados alrededor de un pilar.
4. Fotobiorreactor según la reivindicación 3, en donde el pilar está fabricado de un material reflectante.
5. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que uno o más tubos en forma de espiral están hechos de un material de vidrio polimérico o de cuarzo transparente a la luz ultravioleta.
6. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una o más fuentes de luz se seleccionan entre una lámpara de vapor de mercurio, una lámpara de xenón o un diodo emisor de luz (LED).
7. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una o más fuentes de luz son una lámpara germicida de baja presión, tal como una lámpara de vapor de mercurio de baja presión.
8. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una o más fuentes de luz funcionan a una temperatura de lámpara entre 0 °C y 120 °C, tal como entre 20 °C y 60 °C, tal como entre 30 °C y 50 °C.
9. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más fuentes de luz están situadas en el exterior de uno o más tubos en forma de espiral.
10. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más fuentes de luz están posicionadas en el interior de uno o más tubos en forma de espiral.
11. Uso de un fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para la pasteurización en frío de productos alimenticios líquidos opacos.
12. Uso de un fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para matar microorganismos en productos alimenticios líquidos opacos, tales como bacterias, moho, esporas o virus.
13. Uso de un fotobiorreactor según la reivindicación 11 o 12, en el que los productos alimenticios líquidos opacos se seleccionan entre leche cruda, leche, zumo, café, té, refresco, caldo, sopa, cerveza, batidos, batido de proteínas, sustituto de comida líquido, nata, vino, mayonesa, ketchup, jarabe o miel.
14. Uso de un fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones 11-13, en el que un contaminante biológico se inactiva o reduce en un orden de tal como al menos 2-Log10, tal como al menos 3-Log10, tal como al menos 4-Log10, tal como al menos 5-Log10, tal como al menos 6-Logm
15. Uso de un fotobiorreactor según la reivindicación 14, en el que el contaminante biológico se selecciona deCampylobacter jejuni, Shigella, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium paratuberculosis, Salmonellaspp.,Yersinia enterocolitica, Brucellaspp.,Staphylococcusspp., Lactobacillus casei, Mycobacterium avium subspecies, Staphylococcus aureus,Streptococcusspp.,Enterococcusspp., oEntrerobacterspp..
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