ITMI20131585A1 - Processo per l'inattivazione di microrganismi presenti in un liquido acquoso contenuto in un recipiente chiuso e impianto per la realizzazione di detto processo - Google Patents

Description

PROCESSO PER L’INATTIVAZIONE DI MICRORGANISMI PRESENTI IN UN

LIQUIDO ACQUOSO CONTENUTO IN UN RECIPIENTE CHIUSO E IMPIANTO PER

LA REALIZZAZIONE DI DETTO PROCESSO

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un processo per l’inattivazione di microrganismi presenti in un liquido acquoso contenuto in un recipiente chiuso e un impianto per l’uso in detto processo

L’inattivazione dei microrganismi negli alimenti, comunemente indicata con i termini pastorizzazione o sterilizzazione, ha lo scopo principale di minimizzare i rischi per la salute dovuti a microrganismi patogeni sensibili al calore, quali batteri in forma vegetativa, funghi e lieviti, con un'alterazione minima delle caratteristiche chimiche, fisiche ed organolettiche dell'alimento.

Particolarmente difficoltosa risulta la pastorizzazione o sterilizzazione di liquidi contenuti in recipienti chiusi, come ad esempio le bevande zuccherine. Tale procedimento non permette infatti ai trattamenti di agire in maniera uniforme su tutto il contenuto dei recipienti causando una parziale inattivazione dei microorganismi con conseguente impossibilità di vendita del prodotto.

Nella maggior parte dei casi i recipienti chiusi contenenti liquidi da sterilizzare sono costituiti da materiali termosensibili, che si deformano e rilasciano sostanze nocive a temperature più basse delle temperature utilizzate nei normali processi di sterilizzazione/pastorizzazione. In particolare un materiale ampiamente utilizzato per la produzione di contenitori alimentari per i liquidi è il PET, un polimero termoplastico la cui temperatura di riscaldamento è limitata a 70-75°C sopra alla quale il materiale comincia a deformarsi e può rilasciare sostanze nocive. Il metodo più utilizzato nell’industria per la pastorizzazione dei liquidi è il metodo termico che consiste nell’innalzare la temperatura del liquido al di sopra della temperatura alla quale i microrganismi che vi si trovano sono distrutti. Questo livello di temperatura varia, a seconda della natura dei microrganismi interessati, tra i 90°C e i 130°C. Nella pastorizzazione mediante autoclave si raggiungono temperature superiori ai 200 °C utilizzando calore “secco”. La durata del processo di pastorizzazione varia da pochi minuti ad alcune ore. Questo metodo si accompagna generalmente ad un’alterazione del prodotto ed inoltre non è applicabile a prodotti contenuti in contenitori che non resistono alle alte temperature. In particolare tale metodo di inattivazione dei microrganismi non è applicabile ad alimenti contenuti in contenitori in materiale plastico come il PET.

Molti prodotti sono preservati dall’alterazione microbiologica attraverso il metodo chimico in cui si aggiungono al prodotto prodotti chimici che inattivano i microrganismi e permettono la conservazione a lungo termine del prodotto. Questi prodotti chimici, essendo nocivi per l’organismo umano, sono utilizzati nei prodotti alimentari in dosi ridotte e severamente controllate. Tuttavia, nessuno conosce esattamente gli effetti a lungo termine degli additivi chimici sulla salute degli umani e ad oggi la tendenza è quella di eliminare qualsiasi prodotto/conservante chimico dalle derrate alimentari e di mantenere il prodotto allo stato naturale.

I metodi a base di radiazioni ionizzanti penetranti (raggi x, raggi ß, γ e altri) sono frequentemente utilizzati per sterilizzare i prodotti alimentari, specialmente le bevande chiuse nei loro contenitori, ma vi sono studi che dimostrano che tali radiazione potrebbero creare nuove formazioni molecolari nel prodotto dovute alla formazione di radicali liberi, che sono nocivi per l’organismo umano.

I raggi UV hanno un’azione sterilizzante, in particolare sui prodotti imballati, a condizione che l’imballo ed il prodotto siano trasparenti a questi raggi. Inoltre, i raggi UV distruggono solo superficialmente i gruppi di microrganismi riuniti in multistrati non permettendo pertanto una sterilizzazione efficace. Questo metodo di sterilizzazione è utilizzato solo in modo molto selettivo come ad esempio nella sterilizzazione liquidi non contenuti in recipienti chiusi.

Il metodo di applicazione di alte pressioni, dell’ordine di dieci kilobar, si è rivelato efficace per la sterilizzazione delle bevande nelle quali predominino microrganismi di forma vegetativa ma ha scarsi risultati sulle spore, che sono al contrario difficilmente distruttibili con tale procedimento. Inoltre l’applicazione industriale di questo processo è limitata al trattamento in “lotti” dei contenitori riempiti di prodotto, penalizzando fortemente la produzione in continuo e ad alte prestazioni.

Uno dei processi fisici maggiormente utilizzati per la sterilizzazione dei prodotti alimentari e specialmente delle bevande è l’elettroporazione, che consiste nel sottoporre il prodotto all’azione di campi elettrici pulsanti di grande ampiezza. Questo metodo permette di sterilizzare il prodotto a bassa temperatura e quindi di conservare le sue proprietà naturali. Tuttavia tale procedimento è difficilmente applicabile nella pratica a causa del pericolo di stiramento che altera il prodotto. Questo metodo, applicato a delle bevande sigillate, necessiterebbe dell’applicazione di alte tensioni dell’ordine di centinaia di chilovolt, cosa difficilmente realizzabile nel contesto dell’industria delle bevande.

La sonoporazione consiste nell’agire sulla membrana protettiva dei microrganismi attraverso degli ultrasuoni che provocano degli effetti locali di cavitazione, creando delle perforazioni irreversibili nella membrana. Questo metodo è poco sviluppato e necessita di lunghi tempi di esposizione per essere efficace. A causa dei lunghi tempi di attuazione e degli elevati costi di gestione, tale metodo è scarsamente utilizzato a livello industriale.

Il documento PCT/NZ2006/000069 descrive la combinazione di processi di pastorizzazione a pressione con processi di pastorizzazione termica. Lo scopo di questa combinazione è volto a ridurre il livello di pressione necessario per la pastorizzazione del prodotto rispetto ai processi di pastorizzazione che utilizzano la sola pressione. Questa riduzione è tuttavia poco importante e i risultati riportati mostrano che una pastorizzazione accettabile non avviene se non a pressioni dell’ordine di kilobar.

I documenti US4, 695, 472, EP 1 328 167, WO2008/114136, WO2008/114116 descrivono processi di sterilizzazione che combinano il metodo termico ed il metodo tramite elettroporazione. In questo caso l’elettroporazione è utilizzata come processo complementare al processo termico. Il metodo termico è applicato in modo da scaldare il prodotto trattato ad una velocità superiore a 30 gradi per secondo.

In seguito a tale trattamento la concentrazione di microrganismi come i Saccharomyces cerevisiae, Listeria innocua, Aspergillus niger, Byssochlamys fulva, Penicillium glabrum, Candida parapsilosis, Paecilomyces parapsilosis, può essere ridotta di 6 log.

Tuttavia mediante tale procedimento non è possibile inattivare i numerosi microrganismi che rappresentano un interesse per l’industria alimentare, soprattutto i microrganismi termoresistenti, quali ad esempio il Geobacillus stearthermophillus o l’Alicyclobacillus terrestris e, in modo più generale, i microrganismi termofili che si trovano allo stato di spore “dormienti” prima dell’applicazione del processo.

Secondo numerose pubblicazioni tale metodo è inefficace tanto più che, come affermato nei documenti WO2008/114136 e WO2008/114116, al di sopra dei 65°C il campo elettrico necessario per ottenere un effetto letale non dovrebbe oltrepassare qualche centinaia di volt/cm. Ciò significa che delle tensioni di oltre un chiloVolt dovrebbero essere applicate al recipiente contenente il prodotto da pastorizzare, fatto che rappresenta già un problema tecnico importante visto il pericolo di stiramento nel prodotto trattato, che ne altera le proprietà.

A conferma della scarsa efficacia dell’elettroporazione sull’inattivazione dei microrganismi vi sono i test eseguiti e pubblicati da numerosi autori, come ad esempio la monografia “Food Preservation by Pulsed Electric Fields” ed. by H.L.M. Lelieveld, S. Notermans and S.W.H. de Haan, CRS PressBoca Raton, Boston, New York, Washington DC, 2007 “Sterilization of Liquid Foods by Pulsed Electric Fields” Shesha H. Jayaram, DEIS Feature Articles, Vol16, N°6, 2000, che confermano che gli effetti dell’elettroporazione sono praticamente nulli.

Sarebbe pertanto desiderabile disporre di un processo per l’inattivazione di microrganismi presenti negli alimenti, in particolar modo in liquidi contenuti in recipienti chiusi, in grado di ridurre la carica di tali microrganismi ad un livello non pericoloso per la salute umana, mantenendo intatte le caratteristiche organolettiche e fisiche del liquido contenuto nel recipiente chiuso.

Sarebbe inoltre desiderabile disporre di un processo per l’inattivazione di microrganismi che sia di facile e sicura realizzazione e che permetta di essere realizzato a costi contenuti.

Sarebbe altresì desiderabile disporre di un impianto per la realizzazione di un processo di inattivazione dei microrganismi, che permetta un elevato grado di inattivazione, che sia di facile realizzazione e manutenzione, e che preveda costi di gestione e di allestimento contenuti.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un processo per l’inattivazione di microrganismi presenti negli alimenti, che sia applicabile su liquidi contenuti in recipienti chiusi, e che pertanto riesca a ridurne la carica in tutto il quantitativo contenuto nel recipiente stesso.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un processo per l’inattivazione di microrganismi presenti negli alimenti, che non alteri le caratteristiche del recipiente chiuso in cui i liquidi da trattare sono contenuti, e che al contempo non alteri le caratteristiche organolettiche del liquido.

Ancora uno scopo della presente invenzione è di fornire un processo per l’inattivazione di microrganismi presenti negli alimenti, che sia di facile realizzazione, che non presenti difficoltà di realizzazione dettate da condizioni operative non ripetibili a livello industriale e che abbia un costo contenuto.

Ancora uno scopo della presente invenzione è quello di provvedere ad un impianto per l’inattivazione di microrganismi presenti in un liquido acquoso contenuto in un recipiente chiuso, che permetta di realizzare un processo efficace e duraturo, che sia di facile allestimento e di facile manutenzione e che preveda costi di gestione contenuti.

Gli scopi sopra menzionati sono raggiunti mediante un processo per l’inattivazione di microrganismi presenti in un liquido acquoso contenuto in un recipiente chiuso comprendente:

� una prima fase, di riscaldamento di detto liquido ad una velocità compresa tra 15 e 40 °C/minuto fino ad una temperatura T1 dove T1si trova in un intervallo di ±10% dalla maggiore delle temperature di germinazione T dei microrganismi presenti in detto liquido;

� una seconda fase, di mantenimento della temperatura T1 per un tempo τ1pari ad un decimo del maggiore tempo di riviviscenza t dei microrganismi contenuti nel liquido acquoso da trattare;

� una terza fase, di riscaldamento ad una velocita φ data dall’equazione

φ =K·[10 (T/3)<T/30>]

dove 0,3≤K≤3, fino ad una temperatura T2data dall’equazione

T2 = 1,2 T 5φ<0,3>+ 25(φ*13,5)<1,3>e<-(φ/13)>

ove T è la maggiore delle temperature di germinazione dei microrganismi presenti in detto liquido

� una quarta fase, di mantenimento della temperatura T2 per un tempo superiore al tempo τ2, dove τ2è dato dall’equazione

τ2= L<2>/a

ove L è la dimensione caratteristica maggiore del recipiente, e

se gli scambi termici sono di tipo laminare, a è uguale ad λ/ρc, dove λ è la conduttività termica dell’ambiente, ρ è la sua densità e c è la capacità termica dell’ambiente,

se gli scambi termici sono di tipo convettivo, a è uguale a l<2>ν, dove l è l’ampiezza delle vibrazioni convettive e ν la loro frequenza

� una quinta fase, di raffreddamento ad una velocità compresa tra 0,1 e 30 °C/minuti.

Preferibilmente il liquido contenuto nel recipiente chiuso viene sottoposto all’applicazione di un campo elettrico pulsante unipolare o bipolare, la cui ampiezza E è superiore a 1000V/cm fino ad una densità di potenza espressa in kW/l superiore a 0,418φ.

In tal modo vi è una maggior inattivazione dei microrganismi presenti nel liquido, garantendo uno standard qualitativo maggiore.

Preferibilmente il liquido contenuto nel recipiente chiuso viene sottoposto all’applicazione di vibrazioni ad ultrasuoni ad una frequenza compresa tra 20kHz e 5 MHz fino ad una densità di potenza espressa in kW/l superiore a 0,418φ.

In tal modo è possibile contribuire ad una maggior inattivazione di microrganismi, aumentando la qualità dei prodotti trattati.

Preferibilmente il recipiente contenente il liquido viene sottoposto prima e/o durante e/o dopo ogni fase di riscaldamento e di mantenimento, ad un raffreddamento.

In tal modo il materiale del recipiente è in grado di resistere alle deformazioni dovute all’innalzamento della temperatura all’interno del recipiente.

Preferibilmente detto recipiente contenente il liquido viene sottoposto prima e/o durante e/o dopo detta terza fase di riscaldamento, ad una agitazione tale che tutte le superfici del recipiente suscettibili di contaminazione siano bagnate da detto liquido acquoso.

In tal modo si garantisce che tutto il recipiente sia trattato e decontaminato da qualsiasi microrganismo patogeno.

Preferibilmente detta agitazione è ottenuta mediante un ciclo di rotazioni del recipiente ad una velocita di rotazione compresa tra 150 e 450 giri/minuto

In tal modo si garantisce una maggior efficacia del processo di inattivazione dei microrganismi.

Preferibilmente il recipiente contenente il liquido viene sottoposto prima e/o durante ogni fase all’azione di una pressione statica compresa tra 0,1 e 1 MPa abs.

In tal modo è possibile uniformare il processo di inattivazione dei microrganismi in tutto il volume del recipiente.

Preferibilmente le fasi di riscaldamento vengono realizzate mediante l’uso di una radiazione elettromagnetica ad alta frequenza.

In tal modo il riscaldamento può essere effettuato rapidamente e in maniera uniforme su tutto il contenuto del recipiente.

Preferibilmente le fasi di riscaldamento vengono realizzate mediante l’uso di microonde. In tal modo il riscaldamento può essere effettuato rapidamente e in maniera uniforme su tutto il contenuto del recipiente.

Preferibilmente il recipiente è costituito da un materiale dielettrico.

In tal modo non vengono ostacolate o alterate le radiazioni elettromagnetiche utilizzate per il riscaldamento del liquido.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione è quello di provvedere un impianto per l’inattivazione di microrganismi presenti in un liquido acquoso e contenuti in un recipiente chiuso.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione delle forme di realizzazione preferite, illustrate a titolo esemplificativo e non limitativo nelle allegate figure, in cui:

- la Figura 1 illustra un grafico che esprime la relazione tra la velocità di riscaldamento rapido φ, la temperatura T2e la temperatura di germinazione T dei microorganismi - la Figura 2 illustra uno schema di variazione della temperatura del recipiente trattato e del suo contenuto in funzione del tempo di percorso del recipiente durante le fasi del processo secondo la presente invenzione.

- la Figura 3 illustra il risultato sperimentale che mostra la dipendenza della quantità residua di microorganismi (Saccharomyces cerevisiae) trattati alla temperatura T2=55°C in funzione della temperatura di preriscaldamento T1.

- la Figura 4 illustra il risultato sperimentale dimostrando la dipendenza della quantità residua di microorganismi (Byssochlamys fulva) trattati alla temperatura T2=65°C in funzione della temperatura di preriscaldamento T1.

- la Figura 5 è uno schema generale dell’ impianto per l’inattivazione di microrganismi presenti in un liquido acquoso contenuto in un recipiente chiuso.

- la Figura 6 e la figura 7 illustrano un impianto per l’inattivazione di microrganismi presenti in un liquido acquoso contenuto in un recipiente chiuso, in cui i recipienti si trovano in un flusso d’acqua che assicuri il raffreddamento e la compensazione della pressione del recipiente durante il trattamento.

Il fenomeno biofisico di base della presente invenzione è conosciuto generalmente sotto il nome di termoporazione (Yu.A. Chizmadzhev, Bioelectrochem. Bioenerg.1979, 6, 63 -70). Il movimento termico dei gruppi polari inizialmente dovuti a fluttuazioni di densità sulla superficie delle membrane lipidiche avvolgenti i microrganismi fa sì che i pori di natura stocastica che vi si trovano, inizialmente idrofobi, si trasformino in pori idrofili stabili.

Il raggio critico del poro rc e la sua barriera energetica Ec sono determinati dalle relazioni:

rc =σ/γ ; Ec =πσ²/γ

dove σ e γ sono rispettivamente la tensione superficiale lineare del bordo del poro e la tensione superficiale della membrana lipidica.

I fenomeni di diffusione e di accumulo dei carichi elettrici che accompagnano l’evoluzione dei microrganismi nell’ambiente e le condizioni di temperatura alle quali sono sottoposti fanno sì che le dimensioni dei pori e le forze alle quali essi sono sottoposti dipendano dal livello di temperatura e dalle condizioni nelle quali quest’ultima varia.

É stato riscontrato che queste due caratteristiche della stabilità del poro non dipendono solo dalla temperatura ambientale, ma dalla velocità di aumento di questa temperatura, in seguito indicata cola la lettera φ.

In prima approssimazione questa dipendenza è inversamente lineare. Ciò significa che, ad una certa temperatura, maggiore è la velocità di aumento della temperatura, più è piccola l’energia alla quale il poro perde la sua stabilità e dunque è distrutto. Questo fenomeno, messo in evidenza nella presente invenzione, è denominato “Termoporazione dinamica irreversibile”. Il termine “irreversibile” è aggiunto per precisare che si tratta della distruzione irreversibile dei microrganismi ovvero che quando il poro ha raggiunto il suo stato di instabilità, nessun fattore può sovvenire alla sua “guarigione”. La membrana è definitivamente perforata, il citoplasma si rovescia ed il microrganismo è inattivato.

I meccanismi della “porazione” dei microrganismi dipendono da molti fattori tra i quali le proprietà (acide o basiche) dell’ambiente nel quale si trova il microrganismo, la sua idroattività aw, la presenza del campo elettrico (elettroporazione), magnetico (magnetoporazione), di pulsazioni di pressione in particolare ultra-soniche che creano cavitazione locale (sonoporazione). Questi meccanismi sono poco compresi e sono descritti solo nel quadro di modelli teorici semplificati. D’altra parte, visto il loro aspetto tecnologico importante, sono utilizzati in pratica sulla base di raccomandazioni empiriche.

Numerosi test che consentono di mettere in evidenza il processo secondo la presente invenzione, hanno permesso di determinare la velocità di aumento della temperatura φ del prodotto trattato ed il livello di temperatura T2al quale si deve innalzare la temperatura del prodotto trattato in funzione della temperatura T di germinazione dei microrganismi in ambiente neutro (pH=7) e del tempo t di riviviscenza degli stessi.

Con il termine di temperatura di germinazione secondo la presente invenzione si intende la temperatura minima alla quale un microrganismo passa dallo stato sporale alla forma vegetativa.

Con il termine di tempo riviviscenza secondo la presente invenzione si intende il tempo minimo alla quale un microrganismo che si trova alla giusta temperatura di germinazione, passa dallo stato sporale alla forma vegetativa.

La germinazione o reviviscenza avviene quando le condizioni ambientali tornano favorevoli alla vita batterica e si ha la ripresa di tutte le funzioni del microrganismo ovvero la ripresa della replicazione e dell’espressione dei fattori di patogenicità.

Riferimenti bibliografici sulla temperatura di germinazione ed il tempo di riviviscenza si trovano in: Jean-Paul Larpent, Monique Larpent – Gourgaud. Memento technique de microbiologie, Ed. Lavoisier TEC DOC Londres, Paris, New York, 1997; Bergey’s Emmanuel. Systematic Bacteriology, Ed. Springer Vol A 1 – 4 , 2005; Lausig Prescott. Microbiology. 5<th>edition, Ed. Mc Graw – Hill, October 2002.

La Tabella 1 mostra alcuni valori adottati nei laboratori di microbiologia delle temperature di germinazione e dei tempi di reviviscenza di alcuni microrganismi più o meno termofili in un ambiente acquoso (aw~1) nutritivo.

Tabella 1

Durata t di

Temperatura T di

Microrganismi reviviscenza alla

germinazione, °C

temperatura T, min.

Saccharomyces cerevisiae 32 30

Candida parapsilosis 30 70

Aspergillus niger 37 90

Penicillium glabrum 37 100

Byssochlamys fulva 40 120

Clostridium sporogenes 40 80

Paecilomyces variotii 45 70

Alicyclobacillus terrestris 45 140

Geobacillus stearothermophillus 50 180

Listeria innocua 42 80

Secondo la presente invenzione la velocità di aumento della temperatura φ al quale si deve innalzare la temperatura del prodotto trattato in funzione della temperatura T di germinazione dei microrganismi, è data dall’equazione [1]:

φ =K·[10 (T/3)<T/30>]

dove K è un fattore che varia da0,3 a 3 (0,3≤K≤3), preferibilmente da 0,5 a 2 (0,5≤K≤2).

Secondo la presente invenzione la temperatura T2al quale si deve innalzare la temperatura del prodotto trattato in funzione della temperatura T di germinazione dei microrganismi, è data dall’equazione [2]:

T2= 1,2 T 5φ<0,3>+ 25(φ*13,5)<1,3>e<-(φ/13)>

I valori di T2e di φ sono rispettivamente espressi in °C e in °C/secondo (°C/s).

La tabella 2 mostra alcuni valori di T2e di φ calcolati secondo le equazioni [1] e [2] precedentemente descritte.

Tabella 2

T °C φ °C/s T2°C

20 13,54 43,8

25 15,85 50,5

30 20 57,2

35 27,6 63,1

40 41,6 70,4

45 68 75,2

50 119 81

Il processo per l’inattivazione di microrganismi presenti in un liquido acquoso contenuto in un recipiente chiuso secondo la presente invenzione si compone di una prima fase, di riscaldamento del liquido stesso ad una velocità inferiore a 40°C/minuto in particolare ad una velocità compresa tra 15 e 40 °C/minuto fino ad una temperatura T1.

La temperatura T1si trova in un range di ±10% della più alta temperatura di germinazione T dei microrganismi contenuti nel liquido acquoso da trattare.

T1= T ±10%

In particolare la temperatura T1 è compresa tra i 5 e 70 °C in modo da includere le temperature di germinazione T dei più comuni microrganismi patogeni presenti nei liquidi. Nella seconda fase del processo secondo la presente invenzione il liquido acquoso trattato viene mantenuto alla temperatura T1 per un tempo τ1pari ad un decimo del maggiore tempo di riviviscenza t dei microrganismi contenuti nel liquido acquoso da trattare.

τ1= 0,1t

In particolare τ1e compreso tra 1,5 e 50 minuti in modo da includere i tempi di reviviscenza t dei più comuni microrganismi patogeni presenti nei liquidi.

I microrganismi coinvolti nel processo di inattivazione secondo la presente invenzione presentano una temperatura di germinazione T compresa tra 20 e 60 °C ed una durata di riviviscenza t compresa tra 20 e 200 minuti.

I test sperimentali condotti con un processo secondo la presente invenzione, come verrà in seguito illustrato negli esempi, hanno dimostrato che la condizione necessaria per inattivare attraverso la termoporazione dei liquidi contenenti dei microrganismi termofili sotto forma di spore quali i Byssochlamys fulva, i Alicyclobacillus terrestris o i Geobacillus stearothermophillus, è il riscaldamento preventivo a non meno di 30°C/min e il mantenimento ad una temperatura almeno pari a 45-50°C per almeno 12-18 minuti.

Al contrario, per inattivare attraverso la termoporazione microrganismi come la Candida parapsilosis o saccharomyces cerevisiae, è sufficiente riscaldarli preventivamente ad una temperatura di 25 – 35°C e mantenerli a questa temperatura da 3 a 7 minuti. Numerosi test microbiologici come indicato nell’esempio citato, sono stati effettuati in diverse condizioni sperimentali. Se si confrontano questi risultati ai dati di tabella 1, si nota che la velocità del preriscaldamento deve posizionarsi al di sotto di 30°C/min, e la durata τ1di mantenimento della soluzione ad una temperatura di preriscaldamento T1uguale a T±10% (essendo t la temperatura di germinazione dei microrganismi) e deve essere almeno pari ad un decimo della durata di reviviscenza dei microrganismi alla temperatura T.

Queste condizioni necessarie di preriscaldamento si spiegano con il fatto che i microrganismi, durante questa operazione, si idrolizzano e si adattano alle condizioni ottimali di germinazione (riviviscenza) per le quali essi sono più vulnerabili alla termoporazione, come hanno dimostrato i risultati dei test. Il fenomeno di riviviscenza è un processo lento di idrolisi sottoposto alle leggi della diffusione, da cui i tempi, misurati in decine di minuti, necessari per compiere questa operazione.

Le fasi di preriscaldamento fino alla temperatura T1e di mantenimento a questa temperatura durante il lasso di tempo t1sono seguite da una terza fase, di riscaldamento rapido dalla temperatura T1ad una temperatura T2ad una velocità di riscaldamento φ. La velocità di riscaldamento φ viene calcolata secondo l’equazione:

φ =K·[10 (T/3)<T/30>]

dove K è un fattore che varia da0,3 a 3 (0,3≤K≤3), preferibilmente da 0,5 a 2 (0,5≤K≤2), e T è la temperatura di germinazione dei microrganismi.

La temperatura T2 a cui viene rapidamente scaldato il liquido da trattare a partire dalla temperatura T1 viene calcolata in base all’equazione:

T2= 1,2 T 5φ<0,3>+ 25(φ*13,5)<1,3>e<-(φ/13)>

come già indicato in precedenza.

La terza fase di riscaldamento rapido dalla temperatura T1 alla temperatura T2 è seguita da una quarta fase, di mantenimento alla temperatura T2 del liquido acquoso trattato.

La durata della quarta fase di mantenimento della temperatura T2 è superiore alla durata τ2di propagazione delle onde termiche nella cella contenente il recipiente. Questa fase è necessaria per assicurare che il liquido sia trattato uniformemente in tutto il suo volume. La durata di τ2si calcola secondo l’equazione:

τ2= L<2>/a

dove L è la dimensione caratteristica maggiore (diametro effettivo o dimensione caratteristica del recipiente), e a è uguale ad λ/ρc (λ è la conduttività termica dell’ambiente, ρ è la sua densità, c è la capacità termica dell’ambiente) se gli scambi termici sono di tipo laminare, sia uguale a l<2>ν (dove l è l’ampiezza delle vibrazioni convettive e ν la loro frequenza) se gli scambi termici sono di tipo convettivo. La dimensione caratteristica maggiore è determinata secondo quanto descritto in “Hans Dieter Baehr, Karl Stephan HEAT AND MASS TRANSFER” Heidlelberg, Dordrecht, London, New York Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 2011

Secondo la presente invenzione il tempo di mantenimento della temperatura T2 è compreso tra 0,1 secondi e 10 minuti.

Al termine della fase di mantenimento della temperatura T2 il processo secondo la presente invenzione comprende una quinta fase, di raffreddamento del liquido trattato ad una velocità di raffreddamento compresa tra 0,1 e 30 °C/minuto. Il limite inferiore è determinato in modo da evitare qualsiasi possibilità di “rianimazione” di alcuni microrganismi per i quali il processo di termoporazione non è stato perfettamente irreversibile (in questo caso un raffreddamento troppo rapido può portare ad una rigenerazione del rivestimento lipidico e ad una riattivazione del microrganismo). Il limite superiore è condizionato dall’esigenza di sottoporre il prodotto trattato al regime termico solo per una durata minima affinché il processo termico non influenzi le qualità del prodotto trattato.

Al fine di implementare il processo di termoporazione dei microrganismi presenti nel liquido acquoso contenuto nei recipienti chiusi, il processo secondo la presente invenzione può prevedere l’applicazione sul volume del recipiente di un campo elettrico pulsante unipolare o bipolare. L’ampiezza E del campo elettrico pulsante unipolare o bipolare è superiore a 100V/cm in modo da generare un’elettroporazione irreversibile dei microrganismi cosicché si amplifichi l’effetto di termoporazione. L’applicazione del campo elettrico pulsante può avvenire durante e/o dopo che il recipiente è portato alla temperatura T2. Il valore minimo di E corrisponde ad una densità d’energia del campo elettrico, ε0E<2>/2 (ε0è la permeabilità elettrica del vuoto) uguale ad un decimo del valore minimo della densità di potenza termica, pc(T2-T1). Al disotto di questo valore non si verifica alcun effetto di elettroporazione rilevante. La densità di potenza E espressa in Kw/l secondo la presente invenzione è superiore a 4,418 φ.

Il processo può inoltre prevedere l’applicazione sul volume del recipiente di vibrazioni ultrasoniche che provochino una sonoporazione irreversibile dei microrganismi ad una frequenza tra 20 kHz e MHz, assicurando una densità di potenza termica di 2 kW/l. Questa energia degli ultrasuoni viene ad amplificare l’effetto rivendicato di termoporazione. L’applicazione delle vibrazioni ultrasoniche può avvenire durante e/o dopo che il recipiente è portato alla temperatura T2.La densità di potenza espressa in Kw/l secondo la presente invenzione è superiore a 4,418 φ.

Nel processo secondo la presente invenzione, è preferibile che il recipiente ed il suo contenuto siano sottoposti prima e/o durante e/o dopo ogni fase di riscaldamento e di mantenimento ad un raffreddamento esterno al fine di evitare deformazioni del materiale di cui si compone il recipiente stesso dovute all’aumento della temperatura del liquido contenuto al suo interno. Preferibilmente il processo secondo la presente invenzione prevede che il recipiente contenente il liquido da trattare, sia sottoposto prima e/o durante ogni fase all’azione di una pressione statica compresa tra 0,1 e 1 MPA abs. L’effetto principale di questa pressione è di uniformare il processo di termoporazione in tutto il volume del recipiente, potendo questa essere perturbata dalla presenza nel flusso di bolle d’aria o di volume gassoso. L’aumento della pressione riduce il volume di queste bolle d’arie e di questi volumi gassosi e favorisce gli scambi termici e convettivi nel prodotto trattato. In modo secondario, l’aumento della pressione statica comporta una compensazione degli sforzi che si sviluppano nel recipiente a seguito della differenza di pressione che appare quando il liquido contenuto nel recipiente ermetico è riscaldato. Il livello della pressione statica in questione non può ragionevolmente superare 1 MPa, pressione che sarebbe capace di compensare gli sforzi nel recipiente provocati, per esempio, dal riscaldamento di una bevanda gassata. Tuttavia il livello di pressione statica non deve raggiungere quello della pastorizzazione tramite pressione (dell’ordine di un kilobar), al fine di evitare gli effetti ben conosciuti di alterazione del prodotto trattato a seguito della sua pastorizzazione tramite pressione.

Secondo una forma di realizzazione preferita il processo secondo la presente invenzione prevede l’agitazione del recipiente prima e/o durante e/o dopo la terza fase di riscaldamento.

In tal modo l’ampiezza delle perturbazioni dovute alla convezione forzata così provocata è superiore alla dimensione caratteristica del recipiente e la loro frequenza superiore all’inverso della durata della terza fase.

Il processo di inattivazione dei microorganismi si realizza grazie al contatto del liquido acquoso contenuto nel recipiente con le superfici sulle quali si trovano i microorganismi ovvero la superficie interna del recipiente stesso.

E’ pertanto importante che l’agitazione sia tale che, durante il trattamento, tutte le superfici suscettibili di contaminazione siano bagnate dal liquido acquoso trattato alla temperatura T2. Questa misura deve essere presa ogni volta che dei volumi gassosi sono presenti nel recipiente trattato. In particolare un’agitazione efficace del recipiente trattato, contenente una bolla d’aria, può essere ottenuta trasmettendo al recipiente una rotazione tale per cui la bolla d’aria sia frammentata e trasferita in tutto il volume del recipiente. L’esperienza ha mostrato che per una bottiglia in PET da mezzo litro, piena di bevanda e sigillata in modo che contenga una bolla d’aria da ~ 5 ml, un’agitazione efficace è ottenuta se la bottiglia è piazzata orizzontalmente e se le si trasmette una rotazione compresa tra 250 e 350 giri/minuto.

In modo generale è dunque consigliabile sottoporre il recipiente ed il suo contenuto prima e/o durante e/o dopo detta terza fase di riscaldamento ad un ciclo di rotazioni del recipiente ad una velocita compresa tra 150 e 450 giri/minuto in modo che l’ampiezza delle perturbazioni convettive generate dal movimento delle bolle d’aria all’interno del recipiente sia superiore alla dimensione caratteristica del recipiente, e la loro frequenza sia superiore all’inverso della durata della terza fase.

Il riscaldamento del liquido contenuto nel recipiente chiuso, secondo la presente invenzione, può essere effettuato mediante qualsiasi tecnica di riscaldamento normalmente utilizzata nei processi di inattivazione termica dei microrganismi.

Preferibilmente la terza fase di riscaldamento rapido del liquido ad una temperatura T2, viene realizzata mediante l’uso di una radiazione elettromagnetica a bassa frequenza, o ancor più preferibilmente mediante l’uso di microonde. In tal modo il riscaldamento può essere uniforme su tutto il volume del recipiente trattato. Per assicurare una buona uniformità del trattamento, è consigliabile utilizzare un’irradiazione elettromagnetica la cui lunghezza d’onda è di molto (almeno di tre volte) superiore alla dimensione caratteristica del recipiente. Nel caso in cui il riscaldamento venga realizzato mediante onde elettromagnetiche ad alta frequenza o microonde, il recipiente deve essere costituito da un materiale dielettrico. In tal modo non vengono ostacolate o alterare le radiazioni elettromagnetiche.

In generale l’impianto per la realizzazione del processo di inattivazione i microrganismi presenti in un liquido acquoso contenuto in un recipiente chiuso è mostrato in maniera schematica nella figura 5. Esso comprende dei meccanismi di carico (1) e di scarico (2) dei recipienti (3) riempiti di liquido e sigillati, almeno 5 stazioni (4 – 8) di trattamento termico, delle stazioni di trattamento non termico (per esempio (9) e (10)), ed un sistema di trasporto (17) dei recipienti che attraversano le stazioni menzionate.

La prima stazione di trattamento termico (4) comprende un apparecchio di riscaldamento lento che assicura un aumento di temperatura dei recipienti e del loro contenuto ad una velocità inferiore a 30 gradi per minuto, dalla sua temperatura iniziale alla temperatura T1, come definita dall’equazione precedentemente fornita.

La seconda stazione di trattamento termico (5) comprende un termostato che assicura il mantenimento della temperatura del recipiente e del suo contenuto al livello T1come definito precedentemente.

La terza stazione di trattamento termico (6) comprende un riscaldatore alimentato da una sorgente di corrente (11) configurata per riscaldare il volume del recipiente attraversandolo ad una velocità definita dalle equazioni [1] e [2] dalla temperatura T1alla temperatura T2.

La quarta stazione (7) di trattamento termico comprende un termostato che assicura il mantenimento della temperatura del recipiente e del suo contenuto al livello T2per un periodo superiore alla durata T2come definita precedentemente.

La quinta stazione termica (8) comprende un sistema di raffreddamento ad una velocità compresa tra 1 e 30 °C al minuto.

Il dispositivo contiene uno o più sistemi di trasporto (14, 15, 16) che assicurano lo spostamento dei recipienti da una stazione termica all’altra.

In una forma di realizzazione preferita, se il recipiente è in materiale dielettrico, il riscaldatore può essere un risonatore a microonde concepito per funzionare in regime continuo o ad impulsi assicurando una densità di potenza ψ distribuita uniformemente nel volume del liquido trattato.

Diversamente il riscaldatore può anche essere concepito come un condensatore che faccia parte di un circuito HF di risonanza che funzioni in regime continuo o ad impulsi assicurando una densità di potenza ψ distribuita uniformemente nel volume del liquido trattato.

La densità di potenza del riscaldatore, espressa in kW/l, è determinata dall’equazione:

ψ = 4,18 φ

nella quale la velocità di riscaldamento φ è espressa in °C/s.

Il dispositivo può contenere stazioni di trattamento non-termico (9) e (10) dei recipienti e del loro contenuto, destinate a rinforzare gli effetti di distruzione dei microrganismi provocati dal processo rivendicato di termoporazione irreversibile dinamica. A questo scopo possono essere utilizzati dei dispositivi, per esempio, d’elettroporazione (9) e di sonoporazione (10), alimentati rispettivamente da fonti di corrente (13) e (32). In questi casi i recipienti sono trasportati attraverso dei sistemi dove essi sono sottoposti a campi elettrici continui o ad impulsi ed a campi d’ultrasuoni, ugualmente continui o ad impulsi. In pratica perché questi trattamenti complementari siano efficaci, la densità di potenza di questi sistemi deve essere superiore a ψ/10.

I recipienti riempiti di liquido e sigillati sono trasportati e scaricati da dispositivi di trasporto (14), (15) e (16).

La figura 6 illustra un esempio di schema dell’impianto secondo la presente invenzione.

Il dispositivo serve per pastorizzare bottiglie di bibite (3) attraverso il processo termoporazione secondo la presente invenzione. I recipienti, ad esempio bottiglie (3), contengono un liquido acquoso (per esempio una bevanda o un prodotto farmaceutico acquoso). Le bottiglie sonno trasportate in posizione verticale da un nastro trasportatore (14) che serve da interfaccia tra una linea di produzione e l’impianto stesso. Le bottiglie sono introdotte in uno scambiatore di calore (4) nel quale la loro temperatura passa dalla temperatura ambiente alla temperatura T1. Le bottiglie sono poi recuperate da un dispositivo di carico (1) che le trasferisce sul trasportatore, infilandole in posizione orizzontale entro apposite celle contenitrici individuali, fissate su di una catena di trasporto. Quest’ultima descrive un percorso formato da due tratti orizzontali e due semicircolari. In corrispondenza di uno dei tratti semicircolari è installata la ruota di traino. La velocità di questa catena di trasporto determina la produttività del dispositivo. Ogni cella di contenimento è dotata di un sistema di raffreddamento e di un sistema di agitazione della bottiglia. Il raffreddamento è effettuato da una corrente d’acqua spinta da una pompa (26) dotata di un sistema di regolazione della portata e della pressione. L’aumento della pressione dell’acqua di raffreddamento permette di compensare la pressione che si sviluppa nella bottiglia in seguito al suo riscaldamento. Questo aumento di pressione esterna non è necessario se non quando la resistenza del materiale della parete della bottiglia, la maggior parte del volume della quale si trova a bassa temperatura grazie al raffreddamento, non è sufficiente per resistere agli sforzi sviluppati dalla pressione interna della bottiglia. Le celle di contenimento sono realizzate in materiale dielettrico. Il tratto orizzontale inferiore della catena di trasporto con le celle di contenimento è immerso nell’acqua contenuta nelle due vasche (22), che servono da serbatoio e sono collegate da tubazioni (19, 25) ai sistemi di raffreddamento delle celle di contenimento. Una volta immerse nell’acqua, le celle di contenimento entrano nel riscaldatore (6). Nello schema rappresentato in figura 6, il riscaldatore è realizzato sotto forma di condensatore a piastre (18), facente parte del circuito di risonanza di un generatore ad alta frequenza (11), che assicura il riscaldamento della bottiglia e del suo contenuto da T1a T2seguendo le condizioni della presente invenzione.

In altri termini il riscaldatore è realizzato sotto forma di condensatore a piastre (6) facente parte di un risonatore alimentato da un generatore d’onde (11) ad alta frequenza, che assicuri una densità di potenza, espressa in kW/l, superiore a 4,18 φ (°C/s), essendo lo spazio tra queste piastre riempito da liquido, celle (27) contenenti i recipienti, liquido di raffreddamento ed i recipienti (3).

Anche l’acqua di raffreddamento è soggetta all’azione di irradiamento ad alta frequenza, ma la sua portata è determinata dalle condizioni di pompaggio in modo che la sua temperatura non vari che di una quantità compresa tra 1 e 2 °C durante il passaggio all’interno della cella di contenimento. Dopo il passaggio nel riscaldatore, le celle di contenimento attraversano la zona (7) nella quale la temperatura del liquido che riempie la bottiglia resta costante ed il liquido è agitato in modo da conservare questo livello di temperatura uniforme. La bottiglia lascia la sua cella di contenimento nella parte superiore della catena di supporto dopo aver effettuato un giro completo. E’ poi ripresa dal meccanismo di scarico (2) che la rimette in posizione verticale e la introduce nella stazione di raffreddamento (8). Dopo il loro raffreddamento le bottiglie sono rimesse sul nastro trasportatore (15) che le rimette nella linea di produzione. Il senso di spostamento delle bottiglie è illustrato dalle frecce.

La figura 7 rappresenta la sezione di una cella di contenimento che racchiude le bottiglie e ne illustra un esempio di esecuzione. Essa contiene un coperchio (23) che permette di introdurre le bottiglie nella cella di contenimento e di chiuderla ermeticamente, un asse di espulsione (31) ed un meccanismo di rotazione (24, 25) che permetta di far girare la bottiglia ad una velocità per la quale l’aria ch’essa racchiude si distribuisca in tutto il volume della bottiglia, fornendo un carattere turbolento agli scambi di calore che in essa hanno luogo.

L’impianto secondo la presente invenzione è dunque caratterizzato dal fatto di comprendere meccanismi di rotazione dei recipienti (24, 25), costruiti e progettati in modo che l’ampiezza dei movimenti di agitazione dovuti al movimento delle bolle d’aria all’interno dei recipienti e che creano scambi convettivi di calore all’interno di questi sia superiore alla dimensione caratteristica del recipiente, e la loro frequenza superiore all’inverso della durata della fase 3 del processo.

In generale l’impianto per la messa in opera del processo di inattivazione di microorganismi che si trovino nei recipienti sigillati contenenti un liquido acquoso (3) e che si spostano in una vasca (22) riempita di liquido o di gas, portati da un nastro trasportatore, che li trasporta attraverso un sistema di stazioni di trattamento termico (4 – 8) è caratterizzato dal fatto che il sistema è costituito in sequenza da:

- un primo scambiatore di calore (4) che assicura un aumento lento della temperatura dei recipienti e del loro contenuto ad una velocità inferiore a 30 gradi per minuto, dalla loro temperatura iniziale T1così come definita nella rivendicazione 1;

- un primo termostato (5) che assicuri il mantenimento della temperatura dei recipienti e del loro contenuto al livello T1durante un periodo così come indicato nella rivendicazione 1;

- un riscaldatore (6), che funzioni a regime continuo o ad impulsi a una densità di potenza, espressa in kW/l, superiore a 0,418 φ (°C/s), distribuita uniformemente sul volume del recipiente e configurato per riscaldare il volume del recipiente ad una velocità φ, così come descritta nella rivendicazione 1, dalla temperatura T1alla temperatura T2, così come definite nella rivendicazione 1;

- un secondo termostato (7) che assicura il mantenimento della temperatura del recipiente e del suo contenuto al livello T2durante un periodo così come definito nella rivendicazione 1;

- un secondo scambiatore di calore (8) che assicura il passaggio del recipiente e del suo contenuto dalla temperatura T2ad una temperatura inferiore a 40° ad una velocità compresa tra 0,1 e 30 gradi per minuto.

Gli scambi termici tra il fluido ed i recipienti durante le fasi dalla terza alla quinta sono assicurati dal raffreddatore (28) e dalla pompa (26).

I dispositivi delle figure 5 e 6 comprendono i lettori delle temperature T1e T2del liquido e dei recipienti, della portata dell’acqua di raffreddamento, della pressione nelle celle di contenimento, lettori che non sono indicati sugli schemi e che permettono di misurare i parametri del processo e di controllare lo svolgimento della termoporazione dinamica irreversibile. I dispositivi di controllo allo stesso modo non sono indicati nelle figure 5 e 6. In linea di principio è dunque assolutamente necessario che il dispositivo rivendicato sia provvisto di lettori delle temperature T1e T2della velocità di rotazione dei recipienti (3), della pressione del liquido di raffreddamento, della portata dell’acqua di raffreddamento dei recipienti (3) all’interno delle celle di contenimento (27), e della velocità di trasporto dei recipienti data dal meccanismo (16).

ESEMPI

Gli esempi sotto riportati sono stati realizzati sottoponendo un campione di liquido contenuto in un recipiente chiuso, in cui vi sono presenti microrganismi in un quantitativo conosciuto, ad un riscaldamento dalla sua temperatura iniziale ad una temperatura T1 compresa tra 5 e 70 °C ad una velocità di riscaldamento compresa tra 15 e 40 °C/minuto. La temperatura T1 viene mantenuta per un intervallo di tempo compreso tra 1,5 e 50 minuti dopodiché si procede al riscaldamento del campione fino ad una temperatura T2 compresa tra …..ad una velocità di riscaldamento compresa tra………. La temperatura T2 viene mantenuta per un intervallo di tempo compreso tra 1,5 e 50 minuti. Il Compione viene infine raffreddato ad una velocita di raffreddamento compresa tra 0,1 e 30 °C/minuto.

Il campione così trattato viene nuovamente analizzato per valutare la quantità di microrganismi attivi ancora presenti.

L’analisi dei microrganismi viene effettuata secondo la norma NF EN ISO4833-2, incubando i microrganismi su gel di agarosio per 5 giorni ad una temperatura di 30°C.

I risultati sono espressi in concentrazione di microrganismi contenuti nel campione trattato. Esempio 1

L’esempio è stato condotto sottoponendo un campione contenente Saccharomyces Cerevisiae al processo precedentemente descritto. Il Saccharomyces Cerevisiae presenta una temperatura di germinazione (T) di 32 °C ed un tempo di riviviscenza (t) di 30 minuti

Condizioni operative:

• Concentrazione iniziale di microorganismi : da 1,7 a 3,3106 1/ml

• Quantità di campioni trattati da regime: 3

• Temperatura iniziale: 15 °C

• Durata del mantenimento alla temperatura T1: 30 min

• K=1

• T1: 15, 20, 25, 35 °C

• T2: 55°C; 60 °C; 65 °C

• Velocita di riscaldamento da T1a T2(φ): 15, 25, 40, 60 °C/s

• Regime di flusso continuo

Risultati:

Tabella 3 T1= 15 °C

φ φ φ φ 15 °C/s 25 °C/s 40°C/s 60°C/s

T255 °C3,5 · 10<5>8,3 · 10<3>1,1 · 10<4>9

T260 °C<87 6,2 <1 <1>

T265 °C<2 1 <1 <1>

Tabella 4 T1= 20 °C

φ φ φ φ 15 °C/s 25 °C/s 40 °C/s 60 °C/s

T2 55 °C<1,2 · 102 15 3 <1>

T260 °c<8 <1 <1 <1>

T2 65 °C<<1 <1 <1 <1>

Tabella 5 T1= 25 °C

φ φ φ φ 15 °C/s 25 °C/s 40 °C/s 60 °C/s

T255<24 9 <1 <1>

T260<7 <1 <1 <1>

T265<<1 <1 <1 <1>

Tabella 6 T1= 35 °C

φ φ φ φ 15 °C/s 25 °C/s 40 °C/s 60 °C/s

T255 °C<27 21 3 <1>

T260 °C<11 5 <1 <1>

T265 °C<3 <1 <1 <1>Dai risultati illustrati nelle tabelle 3, 4, 5 e 6 si può notare come per una temperatura di trattamento T2 = 55 °C, la concentrazione residua dei microrganismi dopo il trattamento di termoporazione in funzione della temperatura di preriscaldamento T1, tende verso un minimo situato a T1 > 30 °C (T = 32 °C). Il trattamento è tanto più efficace quanto la velocità di riscaldamento φ è elevata. Per questo valore di T2 si raggiunge un’inattivazione totale.

Per contro per una temperatura T2=65°C, si raggiunge un’inattivazione totale del liquido quando φ > 25 °C/s e T1 > 25 °C.

Esempio 2

L’esempio è stato condotto sottoponendo un campione contenente Byssochlamys Fulva al processo precedentemente descritto. Il Byssochlamys Fulva presenta una temperatura di germinazione (T) di 40 °C ed un tempo di riviviscenza (t) di 120 minuti

Condizioni operative:

• Concentrazione iniziale di microorganismi: da 2,3 a 3,110<4>1/ml.

• Quantità di campioni trattati da regime: 3

• Temperatura iniziale: 15 °C

• Durata del mantenimento alla temperatura T1: 60 min

• K =1

• T1: 15, 20, 35, 40 °C

• T2: 60; 65 °C

• Velocita di riscaldamento da T1a T2(φ): 15, 25, 40, 60 °C/s

• Regime di flusso continuo

Risultati:

Tabella 7 T1= 15 °C

φ φ φ φ

15 °C/s 25 °C/s 40°C/s 60°C/s

T260 °C2,7 · 10<4>5,4 · 10<3>82 9

T265 °C<5,9 · 102 78 <1 <1>

Tabella 8 T1= 20 °C

φ φ φ φ

15 °C/s 25 °C/s 40 °C/s 60°C/s

T260 °C<5,1 · 102 17 11 2>

T265 °C<27 1 <1 <1>

Tabella 9 T1= 35 °C

φ φ φ φ

15 °C/s 25 °C/s 40 °C/s 60 °C/s

T260<81 4 2 <1>

T265<3 <1 <1 <1>

Tabella 10 T1=40 °C

φ φ φ φ

15 °C/s 25 °C/s 40 °C/s 60 °C/s

T260<12 4 <1 <1>

T265<11 <1 <1 <1>

Dai risultati illustrati nelle tabelle 7, 8, 9 e 10 si può notare come per una temperatura di trattamento T2 = 60 °C, la concentrazione residua dei microrganismi dopo il trattamento di termoporazione, in funzione della temperatura di preriscaldamento T1, tende verso un minimo situato a T1 > 40 °C (T = 45 °C). Il trattamento è tanto più efficace quanto la velocità di riscaldamento φ è elevata. Si raggiunge una sterilizzazione totale del liquido quando φ =40 °C/s e T1 = 40 °C.

Si osserva che per una temperatura di trattamento T2 = 65 °C, si raggiunge un’inattivazione totale del liquido quando φ =25 °C/s e T1 > 25 °C.

La comparazione con i risultati dell’esempio 1 mostra che il processo è tanto più efficace quanto la temperatura di germinazione T dei microrganismi è bassa. Come si osserva, l’inattivazione dei Byssochlamys Fulva, più termofili che non i Saccharomyces Cerevisiae, ha luogo a valori superiori dei parametri φ, T1 e T2.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo per l’inattivazione di microrganismi presenti in un liquido acquoso contenuto in un recipiente chiuso comprendente: � una prima fase, di riscaldamento di detto liquido ad una velocità compresa tra 15 e 40 °C/minuto fino ad una temperatura T1,dove T1si trova in un intervallo di ±10% dalla maggiore delle temperature di germinazione T dei microrganismi presenti in detto liquido; � una seconda fase, di mantenimento della temperatura T1per un tempo τ1pari ad un decimo del maggiore tempo di riviviscenza t dei microrganismi contenuti nel liquido acquoso da trattare; � una terza fase, di riscaldamento ad una velocita φ data dall’equazione φ =K·[10 (T/3)<T/30>] dove 0,3≤K≤3, fino ad una temperatura T2data dall’equazione T2= 1,2 T 5φ<0,3>+ 25(φ·13,5)<1,3>e<-(φ/13)> ove T è la maggiore delle temperature di germinazione dei microrganismi presenti in detto liquido; � una quarta fase, di mantenimento della temperatura T2per un tempo superiore al tempo τ2, dove τ2è dato dall’equazione τ2= L<2>/a ove L è la dimensione caratteristica maggiore del recipiente, e se gli scambi termici sono di tipo laminare, a è uguale ad λ/ρc, dove λ è la conduttività termica dell’ambiente, ρ è la sua densità e c è la capacità termica dell’ambiente, se gli scambi termici sono di tipo convettivo, a è uguale a l<2>ν, dove l è l’ampiezza delle vibrazioni convettive e ν la loro frequenza; � una quinta fase, di raffreddamento ad una velocità compresa tra 0,1 e 30 °C/minuto.
2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto liquido viene sottoposto all’applicazione di un campo elettrico pulsante unipolare o bipolare, la cui ampiezza E è superiore a 1000V/cm fino ad una densità di potenza espressa in kW/l superiore a 0,418φ.
3. 3. Processo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto liquido viene sottoposto all’applicazione di vibrazioni ad ultrasuoni ad una frequenza compresa tra 20 kHz e 5 MHz fino ad una densità di potenza espressa in kW/l superiore a 0,418φ.
4. 4. Processo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto recipiente contenente il liquido viene sottoposto prima e/o durante e/o dopo ogni fase di riscaldamento e di mantenimento, ad un raffreddamento.
5. 5. Processo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto recipiente contenente il liquido viene sottoposto prima e/o durante e/o dopo detta terza fase di riscaldamento, ad una agitazione tale che tutte le superfici del recipiente suscettibili di contaminazione siano bagnate da detto liquido acquoso.
6. 6. Processo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta agitazione è ottenuta mediante un ciclo di rotazioni del recipiente ad una velocita compresa tra 150 e 450 giri/minuto.
7. 7. Processo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto recipiente contenente il liquido viene sottoposto prima e/o durante ogni fase all’azione di una pressione statica compresa tra 0,1 e 1 MPa abs.
8. 8. Processo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette fasi di riscaldamento vengono realizzate mediante l’uso di una radiazione elettromagnetica ad alta frequenza.
9. 9. Processo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette fasi di riscaldamento vengono realizzate mediante l’uso di microonde.
10. 10. Processo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto recipiente è costituito da un materiale dielettrico.
11. 11. Impianto per l’inattivazione di microrganismi presenti in un liquido acquose e contenuti in un recipiente chiuso in cui detti recipienti contenenti detto liquido acquoso (3) si spostano in una cella (22) riempita di liquido o di gas, veicolati da un nastro trasportatore, che li trasportano attraverso stazioni di trattamento termico (4, 5, 6, 7, 8), caratterizzato dal fatto che le stazioni di trattamento termico sono costituite da: � un primo scambiatore di calore (4) che assicura una crescita lenta della temperatura dei recipienti e del loro contenuto ad una velocità inferiore a 30 gradi per minuto, dalla loro temperatura iniziale ad una temperatura T1; � un primo termostato (5) che assicura il mantenimento della temperatura dei recipienti e del loro contenuto al livello T1 per un periodo prestabilito; � un riscaldatore (6), che funziona a regime continuo o ad impulsi ad una densità di potenza, espressa in kW/l, superiore a 0,418 φ, distribuita uniformemente sul volume del recipiente, e configurato per riscaldare il volume del recipiente ad una velocità φ, da una temperatura T1 a una temperatura T2, ove φ è la velocità di riscaldamento espressa in °C/s; � un secondo termostato (7) che assicura il mantenimento della temperatura del recipiente e del suo contenuto alla temperatura T2 per un periodo prestabilito, � un secondo scambiatore di calore (8) che assicuri il passaggio del recipiente e del suo contenuto dalla temperatura T2 ad una temperatura inferiore a 40°C ad una velocità compresa tra 0,1 e 30 gradi per minuto.
12. 12. Impianto secondo la rivendicazione 11 caratterizzato dal fatto di comprende un apparecchio di generazione d’impulsi di campo elettrico pulsante unipolare o bipolare la cui ampiezza E è superiore a 1000 V/cm e/o un apparecchio di generazione onde ad ultrasuoni di frequenza tra 5 kHZ e 20 MHz, in continuo o ad impulsi, che assicuri una densità di potenza superiore a 1 kW/l, entrambi posizionati a valle del riscaldatore.
13. 13. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni 11 e 12 caratterizzato dal fatto di comprendere lettori di temperatura, lettori della velocità di rotazione dei recipienti (3), lettori della pressione del liquido di raffreddamento dei recipienti (3) all’interno delle celle di contenimento (27), e lettori della velocità di rotazione dei recipienti (24 e 25).