BRPI0913223B1 - método para esterilizar pó ou grão - Google Patents

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Masahiro Kariyama
Toshio Hirata
Fumihiro Sato
Akira Mori
Hidehi Takebe
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Fujiwara Techno-Art Co., Ltd
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Abstract

MÉTODO PARA ESTERILIZAR PÓ OU GRÃO E EQUIPAMENTO DE ESTERILIZAÇÃO EMPREGANDO O MESMO. Problema a ser resolvido Para prover um método para esterilizar pó ou grão através do qual o tempo de aquecimento é um tempo mínimo exigido para reduzir a degradação térmica da qualidade do pó ou grão enquanto garantindo efeito de esterilização suficiente, e um equipamento de esterilização empregando o método. Meios para resolver o problema. O problema é resolvido através de um método para esterilizar pó ou grãos, e um equipamento de esterilização empregando o método; e o método inclui aplicar calor e pressão no qual o pó ou o grão é fornecido a um tubo de fluxo de gás aquecido mantido sob condições de aquecimento e pressurização, e o pó ou grão é transferido enquanto entrando em contato direto com um gás condensável aquecido no tubo de fluxo de gás aquecido por 0,008 a 2 segundos, e 20 esterilização instantânea sob pressão reduzida na qual o gás aquecido condensável e o pó ou grão são instantaneamente liberados para um espaço tendo uma pressão inferior àquela no tubo de fluxo de gás aquecido, a água contida nos micro-organismos aderindo ao pó ou grão é 25 rapidamente fervida, e tecidos dos (...).

Description

CAMPO TÉCNICO
A presente invenção se refere a um método para esterilizar pó ou grão que pode destruir os microorganismos a partir de dentro mediante aquecimento e rápida redução de pressão, que pode minimizar a degradação de qualidade de um material esterilizado, e que pode proporcionar esterilização suficiente, e a um equipamento de esterilização empregando o método. Além disso, o método para esterilizar pó ou grão e o equipamento de esterilização empregando o método da presente invenção podem ser aplicados para exterminar pragas de insetos e seus ovos.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA
A superfície do pó ou grão tal como farinha, farinha de arroz, temperos, tais como pimenta, pó de chá, pó ou grão de clorela, e pó cosmético, é contaminada com microorganismos tais como bactérias e fungos transportados pelo ar. A proliferação dos micro-organismos degrada a qualidade do pó ou do grão com o passar do tempo. Quando as condições são adequadas para proliferação dos micro-organismos, por exemplo, elevadas temperaturas e umidade, especialmente durante o transporte ou processamento do pó ou grão, os micro-organismos podem proliferar de forma abundante para causar grande dano.
Além disso, pó ou grão pode ser contaminado com pragas de insetos tais como traças de farinha de milho e gorgulhos de milho ou com seus ovos para causar degradação de qualidade do pó ou grão.
Vários métodos de esterilização foram estudados para prevenir a proliferação de tais organismos prejudiciais como os micro-organismos e pragas de inseto e então colocados em uso prático. Por exemplo, em relação à esterilização de micro-organismos, o pó ou grão comumente é submetido a métodos de esterilização nos quais o pó ou grão é esterilizado (esterilizado termicamente) mediante aquecimento indireto ou direto com aquecimento Joule, aquecimento de indução, ar aquecido, água quente, vapor, vapor superaquecido, ou vapor pressurizado.
Para esterilizar os micro-organismos mediante aquecimento, os micro-organismos são expostos ao aquecimento em uma temperatura predeterminada por um período predeterminado para esterilização. Uma grande fartura de conhecimento foi acumulada sobre a relação entre a temperatura predeterminada e o período predeterminado de exposição ao calor. A esterilização térmica é amplamente usada na indústria alimentícia porque a esterilização térmica é um método altamente seguro para esterilizar alimento e comprovou em várias aplicações de esterilização acumular o conhecimento e os dados para garantir um nível de esterilização predeterminado.
Por exemplo, o Documento de Patente 1 revela no parágrafo [0009] um equipamento que inclui uma unidade de fornecimento de matéria prima (numerais de referência 2 a 8 na Figura 1) no qual o pó ou grão é fornecido com pressão com ar que é aquecido e pressurizado em uma temperatura de aproximadamente 80 a 200°C e uma pressão ambiente de aproximadamente 10 kg/cm2G (correspondendo a 0,1 até 1 MPaG) em direção a um primeiro bico e uma unidade de fornecimento de vapor (numerais de referência 14 a 17 na Figura 1) na qual o vapor 13 e o ar 14 são misturados para serem fornecidos a um primeiro bico de estrangulamento 9. Supõe-se que o pó ou grão fornecido a partir da unidade de fornecimento de matéria prima e o gás misturado de vapor e ar fornecido a partir da unidade de fornecimento de vapor sejam misturados em um equipamento de aquecimento 12 para realizar a esterilização térmica. Descreve-se que o equipamento de aquecimento 12 tem uma saída provida com um segundo bico de estrangulamento (parágrafo [0010]).
A invenção do Documento de Patente 1 superficialmente lembra uma modalidade do equipamento da presente invenção. Contudo, o parágrafo [0009] descreve que a temperatura é de 80 a 200°C, a pressão é pressão ambiente até 10 kg/cm2G, e o tempo de permanência é de 30 a 60 segundos no equipamento de aquecimento 12. Conforme descrito no parágrafo [0034], quando o equipamento de aquecimento é um tubo reto, a taxa de fluxo do gás misturado é de 20 m/segundo, e o tempo de permanência é de 0,5 a 2 segundos, o tubo reto tem um comprimento grande de 10 a 40 m. Consequentemente, um ciclone conforme mostrado na Figura 8 é exigido para obter o tempo de permanência e para reduzir em tamanho o equipamento.
Isso é apoiado pelo fato de que, em uma modalidade descrita no parágrafo [0040] do Documento de Patente 1, a taxa de fluxo do gás misturado é de 15 m/segundo, e o tempo de permanência é de 4 segundos, e quando um tubo reto é usado, seu comprimento se torna tão grande quanto 60 metros. Supõe-se que isso se deva ao método de esterilização do Documento de Patente 1 depender principalmente do aquecimento e um histórico de aquecimento suficiente para exterminar os micro-organismos não foi obtido a menos que o aquecimento dure por pelo menos vários segundos.
O Documento de Patente 2 provê um método de aquecimento que inclui fornecer o material em pó ou em grãos a um fluxo de meio pressurizado e aquecido tal como vapor superaquecido para misturar e transferir os mesmos, transferindo o fluxo de meio de transferência do meio pressurizado e aquecido misturado com o material em pó ou grãos para dentro de um tubo aquecido gerando um fluxo de redemoinho provido a jusante, e redemoinhando o meio de transferência ao longo do fluxo no tubo aquecido gerando um fluxo de redemoinho para transferir em espiral o material de pó ou grãos. O tubo aquecido gerando um fluxo de redemoinho é aquecido indiretamente. Conforme descrito na coluna 4, o método se destina a esterilizar termicamente e termicamente desnaturar o pó ou grão.
O Documento de Patente 2 descreve na coluna 6 que a condição do aquecimento direto está preferivelmente em uma temperatura para esterilização comparativamente baixa, e a matéria prima é tratada durante 0,1 a 3 segundos mediante contato direto com o vapor saturado em uma pressão padrão de 5 kg/cm2 ou menos e preferivelmente de 0,5 a 2,5 kg/cm2, ou com vapor superaquecido em uma pressão padrão de 4 kg/cm2 ou menos e uma temperatura de 300°C ou menos e preferivelmente uma pressão de 0,1 a 3 kg/cm2 e uma temperatura de 250°C ou menos. Contudo, até mesmo o tempo de tratamento mais curto entre as modalidades requer 0,7 segundos, utilizando vapor superaquecido a 194°C (Modalidade 1). Em comparação com o Documento de Patente 1, a temperatura de tratamento é maior, mas o tempo de tratamento é consideravelmente reduzido. Contudo, não há descrição no sentido de se a bactéria usada nas modalidades é ou não uma bactéria resistente a calor. O tratamento de bactérias resistentes ao calor pode exigir um tempo maior. Assim, redução adicional no tempo de tratamento e temperatura de tratamento pode reduzir a degradação de qualidade do material esterilizado.
Além disso, o Documento de Patente 2 descreve na coluna 4 que controle de pressão proporciona desnaturação térmica suave e eficiente, e na coluna 7 que, quando um bico é usado como o dispositivo de descarregamento, a pressão é reduzida em um período mais curto do que com uma válvula rotativa para obter maior dilatação. Contudo, não há descrição de que essa dilatação (redução de pressão) contribua para esterilização. Assim, o método é obtido pela esterilização térmica. O Documento de Patente 2 descreve especificamente que é provido um método de aquecimento e um equipamento de aquecimento através do qual material em pó ou grão é eficientemente esterilizado termicamente com um meio aquecido de vapor superaquecido e mediante o qual materiais em pó ou grãos que são cereais, alimentos, e semelhantes são eficientemente desnaturados termicamente assim com o equipamento ou sistema pode ser reduzido em tamanho (linha 5 na coluna 4). Além disso, o documento descreve que então a matéria prima fluindo no tubo como um fluxo de redemoinho, flui ao longo da parede do tubo para ser aquecido porque o tubo é aquecido indiretamente com a unidade de aquecimento e, assim, a matéria prima é eficientemente aquecida, e que então a matéria prima é esterilizada termicamente desnaturada porque o vapor de transferência é pressurizado, e a pressão do vapor é controlada com o estrangulamento a jusante dependendo do progresso do aquecimento (linha 10 na coluna 5). A descrição mostra claramente que o Documento de Patente 2 revela esterilização envolvendo aquecimento.
O Documento de Patente 3 proporciona um método para esterilizar pó ou grão que inclui aspirar o pó ou grão por intermédio de um ejetor 3 (Figura 1) utilizando vapor superaquecido como uma fonte de acionamento, comprimindo e misturando o pó ou grão e o vapor superaquecido, esterilizando termicamente o pó ou grão, e posteriormente separando o pó ou grão do vapor superaquecido para coleta, e no qual o pó ou o grão e o vapor superaquecido são aspirados para dentro do ejetor 3 utilizando o vapor superaquecido como a fonte de acionamento. O documento descreve no parágrafo [0016] que o material e o vapor superaquecido são aspirados, então compactados, misturados e aquecidos em um difusor 19 acompanhado com vapor superaquecido que é descarregado a partir da saída de um bico 17, e que condutividade térmica nesse processo é grande e assim o material é termicamente esterilizado rapidamente. A descrição mostra que o Documento 3 Citado também revela a esterilização por intermédio do calor latente do vapor.
Cada uma das técnicas dos Documentos de Patente 1 a 3 é um método de esterilização térmica na qual os microorganismos tais como bactérias e fungos aderindo às matérias primas em pó ou grãos são aquecidos para elevar a temperatura da totalidade do pós ou grão, e assim os polissacarídeos, proteínas, lipídios, ácidos nucleicos, e semelhantes incluídos nos micro-organismos são desnaturados.
Contudo, tais métodos têm um problema em que, para manter o nível suficiente para esterilização mediante tal método de aquecimento convencional, as próprias matérias primas em pó ou grão são aquecidas desnecessariamente. Então, parte do amido, proteína, lipídio, e semelhantes nas matérias primas é desnaturada para mudar suas características como matérias primas de alimento e semelhante, e assim o seu valor comercial é reduzido. Idealmente, é desejável tal tempo de aquecimento curto em que apenas os micro-organismos presentes na superfície do pó ou grão são aquecidos enquanto o interior do pó ou grão permanece não aquecido. Contudo, como tal tempo de aquecimento curto não pode prover um histórico de aquecimento suficientemente longo para exterminar os microorganismos, o tempo de aquecimento não pode ser reduzido.
Consequentemente, nos métodos convencionais de esterilização térmica, uma condição de esterilização sob a qual o histórico de aquecimento da matéria prima em pó ou grão se torna tão pequeno quanto possível é identificado e a condição de aquecimento é controlada dependendo do propósito da esterilização. Em outras palavras, mesmo quando o nível de esterilização deve ser elevado, porque o calor degrada a matéria prima em pó ou grãos ou aquecimento na presença do oxigênio causa rápida oxidação para degradar significativamente a qualidade do material, os métodos convencionais de esterilização térmica têm limitações no aumento do nível de esterilização.
Particularmente, os micro-organismos formando esporos (bactérias resistentes ao calor) são cobertos com tecidos superficiais robustos e assim podem ser exterminados apenas em uma condição de esterilização extremamente mais forte em comparação com os micro-organismos das células vegetativas normais. Assim, quando esterilização confiável é exigida, o tempo de aquecimento deve ser definido de modo longo.
Portanto, com relação às bactérias resistentes ao calor, esterilização não térmica mediante exposição à irradiação, exposição à luz ultravioleta, ozônio, ou semelhante tem sido estudada e algumas delas são colocadas em uso prático. Nesses métodos, os raios de irradiação ou os raios ultravioletas são aplicados e assim a energia das suas ondas eletromagnéticas destrói os tecidos e semelhantes para esterilização. Por outro lado, ozônio tem forte efeito oxidativo para destruir os tecidos de bactéria para esterilização. Contudo, esses métodos de esterilização não térmicos têm problemas em que eles têm menos certeza de esterilização e uma parte não irradiada com as ondas eletromagnéticas não é esterilizada. No método empregando ozônio, quando os micro-organismos têm uma parte que não pode estar em contato com o ozônio, a parte não é esterilizada. Adicionalmente, exposição à irradiação tem uma preocupação de segurança especialmente quando aplicada ao alimento, e assim os métodos de esterilização não são permitidos no Japão e em outros países.
Em comparação, exemplos do método para exterminar insetos e ovos incluem um método para exterminar insetos e ovos mediante pressão reduzida como no Documento de Patente 4. De acordo com uma modalidade, é descrito que o método inclui colocar um material a ser tratado e um recipiente fechado sob uma pressão de 5 a 60 atmosferas por aproximadamente 3 a 20 minutos, e reduzir rapidamente ou lentamente a pressão a partir da condição descrita acima para exterminar os insetos. O método deve ser um método em bateladas para manter a condição pressurizada por vários minutos e, assim, tem um problema de baixa eficiência de tratamento. O método tem outro problema em que ele requer um equipamento que possa resistir a uma pressão de 60 atmosferas como na Modalidade 4 e assim aumenta o tamanho do aparelho.
Documento de Patente 1: Publicação de Pedido de Patente Japonesa N° 2000-24091 (Figura 1, parágrafos [0009], [0010] e [0040]) Documento de Patente 2: Publicação de Pedido de Patente Japonesa, Examinada N° 5-53, (Reivindicações 1, 4, 5, por exemplo) Documento de Patente 3: Publicação de Pedido de Patente Japonesa N° 2000-157615 (parágrafo [0016]) Documento de Patente 4: Publicação de Pedido de Patente Japonesa, Examinada N° 7-114674
REVELAÇÃO DA INVENÇÃO Problema a ser Resolvido pela Invenção
A presente invenção tem um objetivo de prover um método para esterilizar pó ou grão através do qual o tempo de aquecimento é um tempo mínimo exigido para reduzir a degradação térmica da qualidade do pó ou grão enquanto garantindo efeito de esterilização suficiente, e um equipamento de esterilização empregando o método. Adicionalmente, é outro objetivo da presente invenção prover um método de esterilização eficiente que não requer a adição de um agente antisséptico e semelhante para reduzir o custo das matérias primas em pó ou grãos. Além disso, é outro objetivo da presente invenção prover um equipamento de esterilização para exterminar insetos e ovos tendo um tamanho que é menor do que aquele de um equipamento convencional mediante minimização do tempo de aquecimento exigido (tempo de permanência) do pó ou grão para reduzir o tamanho de um tubo de fluxo de gás aquecido incluído no equipamento de esterilização.
Matérias primas em pó ou grãos são usadas em vários campos industriais tais como de alimentos, suplementos dietéticos, cosmética, e produtos farmacêuticos e têm várias aplicações. Assim, a contaminação das matérias primas em pó ou grãos com micro-organismos e semelhante pode influenciar a qualidade de um produto final. Particularmente, os esporos vivendo em uma matéria prima em pó ou grãos germinam durante o processo de distribuição, armazenamento na residência, e semelhante para aumentar a contaminação microbiana do produto. Para resolver isso, por exemplo, os fabricantes estabelecem as datas de validade ou as datas de vencimento mais curtas, utilizam um método especial de distribuição (distribuição congelada, distribuição refrigerada, e semelhante), ou adicionam um agente antisséptico, resultando em um custo de produto aumentado, uso ineficiente da matéria prima, e segurança comprometida. Por outro lado, o método de esterilização mediante aquecimento a vapor para fácil esterilização tem um problema causando degradação de qualidade tal como gelatinização de amido, desnaturação térmica de proteína, decomposição da estrutura molecular de uma vitamina, e decomposição molecular de pigmentos tais como clorofila e polifenóis. Além disso, conforme descrito acima, devido ao fato do método de esterilização ter um efeito de esterilização pequeno sobre as bactérias resistentes ao calor, a temperatura de tratamento e o tempo de tratamento devem ser aumentados para exterminar completamente as bactérias resistentes ao calor, e assim o histórico de aquecimento resultante causa degradação inevitável da qualidade tal como a gelatinização do amido.
Meios para Resolver os Problemas
A presente invenção resolve os problemas mediante um método para esterilizar pó ou grãos, e o método inclui aplicar calor e pressão, no qual o pó ou o grão é fornecido para dentro de um tubo de fluxo de gás aquecido mantido sob condições aquecidas e pressurizadas, e o pó ou grão é transferido enquanto entrando em contato com o gás condensável aquecido no tubo de fluxo de gás aquecido por 0,008 a 2 segundos, e esterilização instantânea com pressão reduzida na qual o gás condensável aquecido e o pó ou grão são instantaneamente liberados para um espaço tendo uma pressão inferior do que aquela no tubo de fluxo de gás aquecido, a água contida nos micro-organismos aderindo ao pó ou grão é rapidamente fervida, e os tecidos dos microorganismos são destruídos.
Especificamente, em primeiro lugar, na aplicação de calor e pressão na qual a temperatura dos micro-organismos aderindo à superfície do pó ou grão é aumentada com a matéria prima de pó ou grão sendo transferida enquanto entrando uniformemente em contato com o gás condensável aquecido no tubo de fluxo de gás aquecido, a temperatura dos próprios micro-organismos tais como bactérias e fungos aderindo a cada superfície do pó ou grão é aumentada. O termo “gás condensável aquecido” significa aqui o vapor pressurizado, vapor saturado, e vapor superaquecido. Com tal gás condensável, o vapor é condensado em uma temperatura de vapor saturado em certa pressão, e o calor latente conduz o calor para a superfície dos microorganismos. Assim, a temperatura dos micro-organismos presentes na superfície do pó ou grão pode ser aumentada dentro de um tempo extremamente curto. Por exemplo, mediante uso de vapor pressurizado tendo uma pressão de 0,2 MPaG e uma temperatura de 133°C, quando o pó ou o grão entra em contato direto com o vapor pressurizado, apenas por 0,008 a 2 segundos na aplicação de calor e pressão, a quantidade de calor que é suficientemente grande para realizar o método de esterilização da presente invenção pode ser obtida. Considerando a degradação de qualidade do pó ou grão, o tempo de contato direto do vapor pressurizado e o pó ou grão é preferivelmente de 0,01 a 2 segundos. O tempo de contato direto é mais preferivelmente de 0,01 a 1 segundo e especialmente preferivelmente de 0,01 a 0,5 segundo. Quando o tempo de contato direto é tal tempo extremamente curto, a temperatura da superfície do pó ou grão é aumentada, mas a temperatura interna é aumentada de forma insignificante. Isso ocorre porque o diâmetro de partícula do pó ou grão é muito maior do que aquele dos micro-organismos. Por exemplo, E. coli tem um diâmetro de aproximadamente 0,7 micrômetros e um esporo de bacilo como uma bactéria tem um diâmetro de aproximadamente 2 micrômetros. Em comparação, em relação ao pó ou grão, por exemplo, o chá em pó tem um diâmetro de aproximadamente 30 micrômetros e farinha de trigo tem um diâmetro de aproximadamente 100 micrômetros. Dessa maneira, a aplicação de calor e pressão tem a finalidade de prover a condição na qual a temperatura do próprio pó ou grão é aumentada de forma insignificante para minimizar a desnaturação da composição de matéria prima, mas apenas a temperatura dos micro-organismos na superfície é aumentada na temperatura de vapor saturado sob certa pressão.
Subsequentemente à aplicação de calor e pressão, o método prossegue para a esterilização instantânea sob pressão reduzida na qual o gás condensável aquecido e o pó ou grão são instantaneamente liberados para um espaço que tem uma pressão inferior àquela no tubo de fluxo de gás aquecido. Após a aplicação de calor e pressão na qual os micro-organismos aderindo à superfície do pó ou grão são aquecidos, o pó ou grão exposto à condição pressurizada é instantaneamente liberado sob pressão reduzida na etapa de esterilização instantânea sob pressão reduzida, pelo que a água contida nos micro-organismos aderindo ao pó ou grão é rapidamente fervida, e os tecidos dos micro-organismos são destruídos para esterilização. Aqui, meios para liberar instantaneamente o gás condensável aquecido e o pó ou grão para um espaço tendo uma pressão inferior àquela no tubo de fluxo de gás aquecido, não são especificamente limitados. Um exemplo preferido é um método no qual o gás condensável aquecido e o pó ou grão são passados através de uma unidade de redução de pressão, provida a jusante do tubo de fluxo de gás aquecido para reduzir a pressão. Exemplos de tal unidade de redução de pressão incluem um orifício e um tubo estreito. Quando a unidade de redução de pressão tal como um tubo estreito é usada, o fluxo de gás misturado do pó ou grão e o gás condensável aquecido que é passado através do tubo estreito tem uma elevada velocidade de passagem para perder uma grande quantidade de pressão. Isso resulta em uma pressão diferencial entre o interior do tubo de fluxo de gás aquecido e a jusante do tubo estreito. Por intermédio da pressão diferencial e da energia térmica mínima provida na aplicação de calor e pressão, água contida nos micro-organismos é fervida rapidamente. Para realizar adequadamente a esterilização instantânea sob pressão reduzida da invenção, o tempo de passagem através do tubo estreito (tempo para reduzir a pressão) preferivelmente é de, por exemplo, 0,00001 a 0,1 segundo conforme um valor calculado e a pressão diferencial preferivelmente é de 0,05 a 0,7 MPa. Mais preferivelmente, o tempo de passagem através do tubo estreito é de 0,00002 a 0,1 segundo conforme um valor calculado e a pressão diferencial é de 0,05 a 0,5 MPa. Ainda mais preferivelmente, o tempo de passagem através do tubo estreito é de 0,00002 a 0,01 segundo e a pressão diferencial é de 0,07 a 0,5 MPa.
Por exemplo, quando a pressão no tubo de fluxo de gás aquecido é de 0,2 MPaG, a temperatura do vapor saturado é de 133°C, e o tempo de permanência no tubo de fluxo de gás aquecido é de aproximadamente 0,16 segundos, a temperatura dentro do esporo aderindo ao pó ou grão é de aproximadamente 133°C. Em comparação, no caso de farinha de trigo, a temperatura do centro da farinha de trigo é calculada para aumentar em apenas várias dezenas de graus Celsius. Então, o fluxo de gás misturado é passado através do tubo estreito em 0,00025 segundos (valor calculado) e liberado para pressão atmosférica para obter uma pressão reduzida instantaneamente em 0,2 MPa. A água dentro dos poros evapora rapidamente porque ela não pode existir como líquido sob pressão atmosférica. Como resultado, o interior dos esporos é preenchido com uma grande quantidade de vapor, e a força destrói os tecidos dos esporos para exterminar os esporos.
O tubo estreito da presente invenção tem certa largura na direção da passagem de fluxo e difere do orifício em seus formatos. Além disso, embora dependendo do formato do tubo estreito ou orifício, em um aspecto funcional, o pó ou grão é difícil de fluir através do orifício devido ao fluxo limitado, o orifício assim tem uma tendência de ter uma quantidade de tratamento melhor, mas excelente efeito de esterilização do que aquele do tubo estreito. Inversamente, o tubo estreito tem uma tendência de ter menos efeito de esterilização, mas uma maior quantidade de tratamento do que aquela do orifício. Portanto, cada um deles pode ser selecionado dependendo da aplicação.
Como apenas os micro-organismos aderindo à superfície do pó ou grão são principalmente aquecidos, mas o pó ou grão dificilmente é aquecido na aplicação de calor e pressão, o pó ou grão não dilata para romper mesmo através da esterilização instantânea com pressão reduzida. Em comparação, os micro-organismos instantaneamente dilatam para serem exterminados através da esterilização instantânea de pressão reduzida porque eles são aquecidos.
Conforme necessário, subsequente à esterilização instantânea de pressão reduzida, o pó ou grão que é submetida à esterilização instantânea de pressão reduzida pode ser posteriormente tratado mediante esfriamento do gás aquecido condensável e o pó ou grão mediante um gás não condensável fornecido a partir de uma unidade de esfriamento, e separando o pó ou grão esfriado do gás aquecido condensável e do gás não condensável. No resfriamento, o pó ou grão após esterilização instantânea sob pressão reduzida obtida através da esterilização instantânea sob pressão reduzida é misturado com o gás não condensável fornecido a partir da unidade de resfriamento sem separar o gás condensável aquecido e o pó ou grão. Essa etapa tem o propósito de impedir a degradação da qualidade do pó ou grão devido ao calor posterior da esterilização instantânea sobre pressão reduzida da presente invenção. No resfriamento, é preferível que o tempo a partir de quando o pó ou grão começa a ser transferido pelo gás condensável aquecido até a temperatura em uma atmosfera de transferência da mistura com o gás não condensável atinja 65°C ou menos em 0,05 a 1 segundo porque a degradação de qualidade do pó ou grão devido ao calor posterior da esterilização instantânea de pressão reduzida pode ser minimizada. Ainda mais preferivelmente, o tempo é de 0,08 a 1 segundo.
Meios para resfriamento não são especificamente limitados, mas exemplos dos mesmos incluem um ventilador que tem uma unidade de filtro de ar de matéria particulada de alta eficiência (filtro HEPA), que pode filtrar as bactérias transportadas pelo ar e poeira para fornecer uma grande quantidade de gás esterilizado não condensável. Além disso, o “gás não condensável” pode ser aqui qualquer gás não condensável tal como ar em temperatura ambiente e ar resfriado desde que o gás possa esfriar o pó ou grão mediante fornecimento do gás ao equipamento de esterilização para pó ou grão. Para impedir a oxidação do pó ou grão pelo calor posterior e oxigênio atmosférico após a esterilização sob pressão reduzida, preferivelmente o gás não condensável usado é um gás de não oxidação tal como gás nitrogênio, fás argônio, gás de dióxido de carbono e gás hélio.
Na separação, o pó ou grão esfriado no resfriamento é separado do gás misto do gás aquecido condensável e o gás não condensável. A separação pode ser realizada mediante qualquer método e, por exemplo, mediante uso de um ciclone, um fluxo de vórtice é gerado no recipiente de ciclone para gerar força centrífuga e o pó ou grão é separado do gás misturado pela força centrífuga. Quando pó ou grão após esterilização instantânea sob pressão reduzida obtida através da esterilização instantânea de pressão reduzida é imediatamente separado no ciclone a partir do gás aquecido condensável sem passar pelo resfriamento, o pó ou grão redemoinha para permanecer no ciclone para causar a degradação de qualidade da matéria prima porque a matéria prima tem uma temperatura de aproximadamente 100°C durante esse momento. Além disso, o pó ou grão primeiramente colocado no ciclone nem sempre sai em primeiro lugar, e assim o pó ou grão tendo um tempo de permanência longo tem um problema de acentuada degradação da qualidade. Portanto, na presente invenção, o pó ou grão após esterilização instantânea sob pressão reduzida não é imediatamente separado, mas o fluxo de gás misto é misturado com o gás resfriado para ser rapidamente resfriado dentro de um tempo extremamente curto e, assim, a temperatura é reduzida a 65°C ou menos em um tempo extremamente curto. Então, o pó ou grão é separado no ciclone e semelhante para resolver o problema de degradação de qualidade. Uma temperatura de aproximadamente 65°C é temperatura limite de gelatinização de amido ou desnaturação de proteína, e assim quando a temperatura reduzida a 65°C ou menos, tal desnaturação não se desenvolve e a oxidação é acentuadamente retardada.
Quando o pó ou grão é fornecido ao tubo de fluxo de gás aquecido, o pó ou grão preferivelmente flutua no gás de não oxidação. Isso porque se o pó ou grão for exposto a uma condição de alta temperatura coma presença de oxigênio no tubo de fluxo de gás aquecido, reação de oxidação excessiva causa a degradação da qualidade.
Por intermédio do método para esterilizar o pó ou grão da presente invenção, pó ou grão esterilizado pode ser obtido com o qual a degradação de qualidade tal como gelatinização de amido e desnaturação térmica de proteína pelo histórico de calor é minimizado. O pó ou grão esterilizado aqui significa que um grama de pó ou grão contém 300 (ufc) ou menos de bactérias.
Além disso, o método para esterilizar pó ou grão e o equipamento empregando o método da presente invenção tem o efeito sobre pragas de inseto e seus ovos. O método de esterilização e o equipamento da presente invenção têm efeito sobre tais pragas de inseto como traça de farinha de milho e gorgulho de milho e seus ovos, e as condições para exterminar os insetos e ovos são idênticas àquelas do método de esterilização.
Conforme descrito acima, a presente invenção provê o método no qual micro-organismos, pragas de insetos e ovos de pragas de insetos aderindo à superfície do pó ou grão são aquecidos por um tempo mínimo exigido, e o pó ou grão ao qual os micro-organismos e semelhantes são aderidos é rapidamente despressurizado para redução instantânea de pressão. O método pode ser obtido com diversos equipamentos. Uma modalidade preferida é um equipamento de esterilização para pó ou grão, e o equipamento inclui uma unidade de fornecimento de matéria prima, uma unidade de fornecimento de gás aquecido condensável, um conector que conecta a unidade de fornecimento de matéria prima e a unidade de fornecimento de gás condensável aquecido, um tubo de fluxo de gás aquecido conectado a jusante do conector, uma unidade de redução de pressão provida à jusante do tubo de fluxo de gás aquecido, um tubo de fluxo de gás resfriado tendo um ponto médio no qual a unidade de redução de pressão é conectada, uma unidade de resfriamento que é conectada a montante do tubo de fluxo de gás esfriado e que alimenta um gás não condensável para dentro do tubo de fluxo de gás resfriado, e um equipamento de separação de pó ou grão conectado à jusante do tubo de fluxo de gás resfriado.
A configuração do equipamento será descrita posteriormente na descrição detalhada da presente invenção fornecida abaixo. Por intermédio do método para esterilizar pó ou grão da presente invenção, o tempo para colocar o pó ou grão em contato com o gás aquecido condensável pode ser extremamente curto. Consequentemente, como um componente de equipamento, o tubo de fluxo de gás aquecido pode ser um tubo reto curto. Especificamente, embora dependendo do diâmetro interno do tubo e da taxa de fluxo, o tubo de fluxo de gás aquecido tendo um comprimento de aproximadamente 100 a 5.000 mm pode prover efeito de esterilização suficiente.
Efeitos da Invenção
Por intermédio do método para esterilizar pó ou grão da presente invenção, o pó ou grão pode ser esterilizado de forma rápida e simples com degradação mínima de qualidade por intermédio de um histórico de aquecimento. A presente invenção tem elevado valor de utilidade no mercado de matéria prima em pó ou grão tendo sérios problemas tais como desnaturação térmica de proteína e decomposição de vitaminas e pigmentos. Além disso, o método de esterilização da presente invenção extermina as pragas de insetos e seus ovos sem comprometer a qualidade do pó ou grão.
Mediante realização do resfriamento no qual o pó ou grão é esfriado imediatamente após a esterilização instantânea sob pressão reduzida, a qualidade do pó ou grão não é degradada pelo calor posterior residual durante a separação.
Mediante uso de um gás de não oxidação quando o pó ou grão é fornecido para dentro do tubo de fluxo de gás, o pó ou grão pode ser impedido de oxidar e ter qualidade degradada durante aplicação de calor e pressão. Similarmente, mediante emprego de um gás de não oxidação como o gás não condensável fornecido a partir da unidade de esfriamento, a degradação de qualidade mediante oxidação pode ser minimizada durante o esfriamento e a separação.
Mediante emprego da esterilização instantânea sob pressão reduzida da presente invenção, micro-organismos e semelhantes podem ser exterminados independentemente de um histórico de calor. Isso significa redução no tempo de contato do pó ou grão com o gás aquecido condensável no tubo de fluxo de gás aquecido. Assim, o comprimento do tubo de fluxo de gás aquecido pode ser mais curto no equipamento no qual o método para exterminar insetos e ovos de acordo com a presente invenção é realizado do que o equipamento convencional. Isso elimina a necessidade de um ciclone de aquecimento convencional ou semelhante para obter tempo de permanência. Portanto, a configuração do equipamento pode ser adicionalmente simplificada para melhorar a capacidade de manutenção e reduzir o custo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é um fluxograma mostrando o procedimento de um método para esterilizar pó ou grão da presente invenção. A Figura 2 é uma vista esquemática mostrando a configuração de uma modalidade do equipamento de esterilização empregando o método para esterilizar pó ou grão da presente invenção.
MODALIDADES PARA REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO
Em seguida, uma modalidade da presente invenção será especificamente descrita. A Figura 1 é um fluxograma mostrando o procedimento de um método para esterilizar pó ou grão da presente invenção. A Figura 2 é uma vista esquemática mostrando a configuração de uma modalidade de um equipamento de esterilização empregando o método para esterilizar pó ou grão da presente invenção.
Conforme mostrado na Figura 1, a presente invenção provê uma etapa de aplicar calor e pressão 11 na qual o pó ou grão 1 é fornecido ao tubo de fluxo de gás aquecido, e o pó ou grão é transferido através do tubo de fluxo de gás aquecido por intermédio de um gás aquecido condensável sob condições aquecidas e pressurizadas, e uma etapa de esterilização instantânea sob pressão reduzida 12 na qual o gás aquecido condensável e o pó ou grão são instantaneamente liberados para um espaço tendo uma pressão inferior àquela no tubo de fluxo de gás aquecido, água contida nos micro-organismos e semelhante aderindo ao pó ou grão é fervida rapidamente, e tecidos dos micro-organismos e semelhantes são destruídos. Conforme necessário, além das duas etapas, a presente invenção também provê uma etapa de resfriamento 13 na qual o gás aquecido condensável e o pó ou grão são resfriados por intermédio de um gás não condensável fornecido a partir de uma unidade de resfriamento, e uma etapa de separação 14 na qual o pó ou grão resfriado é separado do gás aquecido condensável e do gás não condensável. Redução instantânea de pressão da presente invenção é obtida pela etapa de aplicar calor e pressão 11 e a etapa de esterilização instantânea de pressão reduzida 12 para obter pó ou grão esterilizado 2. Contudo, quando o pó ou grão é separado do gás aquecido condensável, a qualidade do pó ou grão é degradada pelo calor posterior devido à etapa de aplicação de calor e pressão 11. Portanto, a etapa de resfriamento 13 e a etapa de separação 14 são realizadas preferivelmente em combinação.
O equipamento mostrado na Figura 2 é uma modalidade do equipamento de esterilização adequado para realização do método para esterilizar pó ou grão da presente invenção. Na Figura 2, um ejetor 103 é usado como um conector conectando uma unidade de fornecimento de matéria prima 101 e uma unidade de fornecimento de gás condensável aquecido 102. Isto é, o equipamento de esterilização para pó ou grão inclui a unidade de fornecimento de matéria prima 101, a unidade de fornecimento de gás condensável aquecido 102, o ejetor 103 que conecta a unidade de fornecimento de matéria prima 101 e a unidade de fornecimento de gás aquecido condensável 102 e que aspira o pó ou grão com um gás aquecido condensável, como força de acionamento, fornecida a partir da unidade de fornecimento de gás aquecido condensável 102, um tubo de fluxo de gás aquecido 104 conectado a jusante do ejetor 103, uma unidade de redução de pressão 105 provida à jusante do tubo de fluxo de gás aquecido 104, um tubo de fluxo de gás resfriado 107 tendo um ponto médio ao qual um tubo 1030 estendido a partir da unidade de redução de pressão 105 é conectado, uma unidade de resfriamento 106 conectada a montante do tubo de fluxo de gás resfriado 107, e um equipamento de separação de pó ou grão 108 conectado a jusante do tubo de fluxo de gás esfriado 107.
A unidade de fornecimento de matéria prima 101 inclui um tanque de carregamento de matéria prima 1001, um alimentador de parafuso 1002 que é conectado no sentido para baixo do tanque de carregamento de matéria prima 1001 e que fornece quantitativamente pó ou grão carregado no tanque de carregamento de matéria prima 1001, um alimentador rotativo 1004 que é provido à jusante do alimentador de parafuso 1002 e que fornece o pó ou grão fornecido quantitativamente pelo alimentador de parafuso 1002 a um tubo de fornecimento de matéria prima 1006, uma unidade de fornecimento de gás de não oxidação 1014 provida à montante do alimentador rotativo 1004, um tubo de fornecimento de gás de não oxidação 1010 conectando a unidade de fornecimento de gás de não oxidação 1014 e o alimentador rotativo 1004, e o tubo de fornecimento de matéria prima 1006 que é conectado a jusante do alimentador rotativo 1004 e através do qual o pó ou grão é aspirado para dentro do ejetor 103 com um gás de não oxidação como um gás de transporte fornecido a partir da unidade de fornecimento de gás de não oxidação 1014.
Na modalidade, a configuração do equipamento de esterilização para pó ou grão tendo a unidade de fornecimento de gás de não oxidação 1014 foi descrita, mas a unidade de fornecimento de gás de não oxidação 1014 não é essencial e pode ser omitida em alguns casos.
A unidade de fornecimento de gás condensável aquecida 102 da modalidade inclui uma caldeira 1019, uma unidade de válvula de redução de pressão 1015, um separador de drenagem 1016 separando a água em excesso a partir do vapor, uma válvula de controle de vapor 1018, um sensor de pressão 1020, e um indicador de temperatura 1021.
Além disso, o equipamento de acordo com a modalidade inclui um invólucro de isolamento de calor 1017. O invólucro de isolamento de calor 1017 é provido de modo a cobrir o ejetor 103, o tubo de fluxo de gás aquecido 104, a unidade de redução de pressão 105, o tubo de fluxo de gás resfriado 107, e o equipamento de separação de pó ou grão 108.
O ejetor 103 conecta de forma hermética o tubo de fornecimento de matéria prima 1006 na unidade de fornecimento de matéria prima 101 com a unidade de fornecimento de gás condensável aquecido 102, aspira o pó ou grão no tubo de fornecimento de matéria prima 1006 com um gás aquecido condensável como a fonte de acionamento fornecida a partir da unidade de fornecimento de gás condensável aquecido 102, e alimenta o pó ou grão e o gás aquecido condensável enquanto agitando os mesmos para dentro do tubo de fluxo de gás aquecido 104, provido a jusante.
O tubo de fluxo de gás aquecido 104 é conectado de forma hermética a jusante do ejetor 103. Por exemplo, mediante fornecimento de vapor pressurizado tendo uma pressão de 0,75 MPaG como a fonte de acionamento para o ejetor 103, o ejetor 103 aspira o pó ou grão a partir do tubo de fornecimento de matéria prima 1006 para fornecer o pó ou grão e o vapor pressurizado ao tubo de fluxo de gás aquecido 104. A pressão no tubo de fluxo de gás aquecido 104 é mantida na pressão equivalente à perda de pressão ocorrendo enquanto é passado o fluxo de gás misto, de pó ou grão e o vapor pressurizado, através da unidade de redução de pressão 105. No caso em que a pressão é mantida em 0,2 MPaG e a temperatura é mantida em 133°C no tubo de fluxo de gás aquecido 104, quando a taxa de fluxo do vapor pressurizado é regulada em 25 m/segundo no tubo de fluxo de gás aquecido 104, um tubo estreito é usado como a unidade de redução de pressão 105, e a seção transversal do tubo estreito é regulada de modo que a taxa de fluxo do vapor pressurizado fluindo no tubo estreito será de 300 m/segundo conforme um valor calculado, uma perda de pressão notável ocorre entre antes e após o tubo estreito obter a esterilização instantânea sob pressão reduzida. Na modalidade, o tubo de fluxo de gás aquecido 104 tem um comprimento de 4.000 mm e um diâmetro interno de 35,7 mm. Nesse caso, o tempo de contato do fluxo pressurizado e o pó ou grão é calculado para ser de 0,16 segundos, e os microorganismos aderindo à superfície do pó ou grão são calculados como sendo suficientemente aquecidos a 133°C. Quando o pó ou grão tem um diâmetro de partícula médio de várias dezenas de micrômetros ou mais, a temperatura do centro do pó ou grão é calculada para aumentar em apenas várias dezenas de graus Celsius, e assim o pó ou grão é calculado como tendo um histórico minúsculo de calor. Quando o tubo estreito tem um comprimento de 100 mm, o fluxo misto de vapor pressurizado e o pó ou grão é passado através do tubo estreito em 0,00033 segundos como um valor calculado. Contudo, como uma pressão diferencial de 0,2 MPa ocorre entre antes e após o tubo estreito, a pressão é instantaneamente reduzida. Nesse momento, o interior das bactérias aderindo à superfície do pó ou grão é calculado como tendo uma temperatura de 133°C. Como a pressão após passar através do tubo estreito é quase pressão atmosférica, a água nas bactérias é instantaneamente fervida para gerar uma grande quantidade de vapor nas bactérias. A força da grande quantidade de vapor instantaneamente gerado destrói os tecidos das bactérias exterminando as mesmas.
A unidade de redução de pressão 105 é conectada de forma hermética a jusante do tubo de fluxo de gás aquecido 104. A unidade de redução de pressão 105 pode ser qualquer unidade capaz de obter uma redução de pressão de 0,05 a 0,5 MPa instantaneamente (dentro de 0,00001 a 0,1 segundo). A modalidade utiliza um tubo estreito tendo um diâmetro interno de 10,4 mm e um comprimento de 100 mm.
A unidade de resfriamento 106 inclui uma unidade de filtro 1023 que tem um filtro de alta densidade e um ventilador 1024, e filtra poeira e bactérias transportadas pelo ar para fornecer uma grande quantidade de gás esterilizado não condensável. Como o filtro de alta densidade, é usado um filtro de ar de material particulado de alta eficiência (filtro HEPA). Além disso, tais componentes do equipamento como a unidade de filtro e o ventilador não são especificamente limitados desde que o propósito possa ser alcançado. Além disso, na modalidade, gás nitrogênio é usado como o gás não condensável. O gás nitrogênio é fornecido a partir de uma unidade de fornecimento de gás de não oxidação não mostrada no desenho esquemático.
O tubo de fluxo de gás resfriado 107 conecta o ventilador 1024 na unidade de resfriamento 106 e o tubo 1030 estendido a partir da unidade de redução de pressão 105, mistura o pó ou grão e o gás aquecido condensável que são fornecidos a partir da unidade de redução de pressão 105 com o gás não condensável que é fornecido a partir da unidade de resfriamento 106, e alimenta a mistura ao equipamento de separação de pó ou grão 108 enquanto resfriamento a mistura. O tubo de fluxo de gás resfriado 107 tem qualquer comprimento e qualquer diâmetro interno capaz de esfriar o pó ou grão até uma temperatura predeterminada (na modalidade, o comprimento é de 1000 mm e o diâmetro interno é de 97,6 mm). Além disso, o tubo de fluxo de gás resfriado 107 pode ser simplesmente conectado à unidade de resfriamento 106 com uma junta Y. A junta Y gera uma pressão negativa próximo à confluência para aspirar o gás misto do gás aquecido condensável e o pó ou grão, e então o gás não condensável fornecido a partir da unidade de resfriamento 106 atinge o gás misto do gás aquecido condensável e o pó ou grão para misturar eficientemente os dois fluxos de gás tendo diferentes temperaturas um do outro.
O equipamento de separação de pó ou grão 108 é conectado a jusante do tubo de fluxo de gás resfriado 107 e separa o pó ou grão do gás misto de gás aquecido condensável e o gás não condensável. O equipamento de separação de pó ou grão 108 pode ser qualquer equipamento capaz de separar o pó ou grão do gás misto. A modalidade utiliza um ciclone.
Para avaliar os efeitos da esterilização, o equipamento de esterilização para pó ou grão descrito acima foi usado como uma configuração básica e os componentes de equipamento foram adequadamente modificados dependendo de cada condição mostrada na Tabela 1 para realizar a esterilização. A qualidade do pó ou grão após a esterilização foi avaliada por intermédio da medição do grau de gelatinização por intermédio do método β-amilase- pululanase, o número de bactérias após esterilização (ufc: unidade de formação de colônia) e a observação e aparência do pó ou grão. As condições para esterilização são relacionadas na Tabela 1. As matérias primas na tabela significam as matérias primas para esterilização. As bactérias resistentes ao calor + farinha de arroz foram obtidos mediante inoculação de 1 x 105 unidades de cepa BN (Bacillus subtilis) comprada da Meiji Seika Kaisha Ltd. como esporos (bactérias resistentes ao calor) por 1 g de farinha de arroz. O tempo de permanência significa o tempo enquanto o pó ou grão está em contato direto com o gás aquecido condensável no tubo de fluxo de gás aquecido. O tempo de tratamento significa o tempo a partir de quando a matéria prima é fornecida ao tubo de fluxo de gás aquecido até que a matéria prima seja esfriada a 65°C ou menos e descarregada do ciclone. O grau de gelatinização de amido da farinha de arroz foi de 14,1% antes da esterilização.
Material Suprimento (kg/h) Pressão de vapor de acionamento (MPaG) Tubo de fluxo de gás aquecido internamente Diferença de pressão (MPa) Tempo de redução de pressão (seg.) Pressão (MPaG) Temperatura (°C) Tempo de permanênci a (seg.) Exemplo 1 Farinha de arroz + bactérias resistentes ao calor 50 0,75 0,2 133 0,01 0,2 0,00033 Exemplo 2 Farinha de arroz + bactérias resistentes ao calor 50 0,75 0,2 133 0,16 0,2 0,00033 Exemplo Comparativ o 1 Farinha de arroz + bactérias resistentes ao calor 50 0,75 0,2 133 0,005 0,2 0,00033 Exemplo Comparativ o 2 Farinha de arroz + bactérias resistentes ao calor 15 0,75 0,2 133 0,16 0,2 0,000005 Tabela 1
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Conforme observado no Exemplo 1 e Exemplo 2 na Tabela 1, quando a temperatura no tubo de fluxo de gás aquecido era de 133°C e o tempo de permanência era de 0,01 a 0,16 segundos, o número de bactérias se tornou 300 ufc ou menos e o grau de gelatinização de amido foi de 14,2 a 14,5% após o tratamento. O grau de gelatinização de amido foi quase que o mesmo daquele de 14,1% antes do tratamento. Assim, de acordo com a invenção, efeito de esterilização suficiente pode ser obtido em bactéria resistente ao calor com a qualidade do pó ou grão sendo mantida. Alternativamente, como nos Exemplos 8 e 9, quando o tempo de permanência era de 1,0 segundo ou 0,48 segundos, cada grau de gelatinização de amido era um pouco maior, mas dentro de uma faixa aceitável dependendo das aplicações. Como no Exemplo 10, quando o tempo de permanência no tubo de fluxo de gás aquecido era de 0,008 segundo, o efeito de esterilização foi reduzido um pouco, mas ainda foi observado.
Em comparação, como no Exemplo Comparativo 1, quando o tempo de residência foi reduzido (0,005 segundo), efeito de esterilização suficiente não foi obtido (2x103 ufc). Como no Exemplo Comparativo 2, um orifício foi usado como a unidade de redução de pressão e o tempo de redução de pressão foi reduzido (0,000005 segundo), efeito de esterilização suficiente foi obtido (300 ufc ou menos), mas o orifício causou um fluxo limitado e assim foi difícil para o pó ou grão passar através do mesmo (o orifício tinha um diâmetro interno de 9 mm). Assim, a vazão de pó ou grão foi reduzida (15 kg/hora) em comparação com a vazão nas outras condições de esterilização, e, portanto, não é adequado para uso prático.
Como no Exemplo 3, mesmo quando o tempo de permanência no tubo de fluxo de gás aquecido foi ligeiramente mais longo (2 segundos), o grau de gelatinização de amido não aumentou em uma grande extensão (16,0%), e efeito de esterilização suficiente (300 ufc ou menos) foi obtido na bactéria resistente ao calor. Em comparação, como no Exemplo Comparativo 3, quando o tempo de permanência foi de mais do que 2 segundos (2,5 segundos), efeito de esterilização suficiente foi obtido na bactéria resistente ao calor, mas a gelatinização de amido aumentou (21,0%) desfavoravelmente.
Em relação ao tempo de redução de pressão, conforme mostrado no Exemplo Comparativo 4, quando a válvula rotativa foi empregada como a unidade de redução de pressão, algum tempo foi exigido para atingir a pressão reduzida (0,2 segundo) e efeito de esterilização suficiente não foi obtido (3x103). Em comparação, como no Exemplo 4, quando um tubo estreito foi usado como a unidade de redução de pressão para reduzir a pressão, a pressão reduzida foi rapidamente obtida (tempo de redução de pressão de 0,1 segundo), e efeito de esterilização suficiente foi obtido na bactéria resistente ao calor (300 ufc ou menos). Em relação à pressão diferencial gerada pela unidade de redução de pressão, como no Exemplo 5, quando a pressão no tubo de fluxo de gás aquecido foi de 0,05 MPaG e o aquecimento foi realizado com o vapor pressurizado, a temperatura no tubo de fluxo de gás aquecido aumentou para 111°C e a pressão diferencial gerada pela unidade de redução de pressão atingiu 0,05 MPa. Foi revelado que efeito de esterilização suficiente foi obtido na bactéria resistente ao calor nessa condição (300 ufc ou menos). Em comparação, conforme mostrado no Exemplo Comparativo 5, quando a pressão no tubo de fluxo de gás aquecido era de 0,03 MPaG e o aquecimento foi realizado com o vapor pressurizado, a temperatura no tubo de fluxo de gás aquecido aumentou para 107°C e a pressão diferencial gerada pela unidade de redução de pressão atingiu 0,03 MPa. Sob essa pressão diferencial, efeito de esterilização suficiente não foi obtido na bactéria resistente ao calor (1x103 ufc).
Conforme mostrado no Exemplo 6, quando a pressão no tubo de fluxo de gás aquecido era de 0,5 MPa e o aquecimento foi realizado com o vapor pressurizado, a temperatura no tubo de fluxo de gás aquecido aumentou para 158°C e a pressão diferencial gerada pela unidade de redução de pressão atingiu 0,5 MPa. Nessa condição, o efeito de esterilização foi satisfatório na bactéria resistente ao calor (300 ufc ou menos), mas a farinha de arroz dilatou ligeiramente. Em comparação, como no Exemplo 7, quando a pressão no tubo de fluxo de gás aquecido era de 0,6 MPa e o aquecimento foi realizado com vapor pressurizado, a temperatura no fluxo de gás aquecido aumentou para 164°C e a pressão diferencial gerada pela unidade de redução de pressão atingiu 0,6 MPa. Nessa condição, o efeito de esterilização também foi satisfatório na bactéria resistente ao calor (300 ufc ou menos) e parte da farinha de arroz dilatou até a ruptura. Contudo, a ruptura reduziu o diâmetro de partícula do pó ou grão para ser preferido dependendo das aplicações.
Farelo de arroz foi esterilizado com equipamento de esterilização para pó ou grão da presente invenção, e o número de bactérias (ufc: unidade de formação de colônia) foi contado antes e após a esterilização. Os resultados da medição são relacionados na Tabela 2. O Exemplo 11 na Tabela 2 revela que a presente invenção é eficaz em termos de esterilização de farelo de arroz e tem capacidade de esterilização suficiente com relação às bactérias viáveis aderindo ao farelo de arroz. TABELA 2
Figure img0006
A seguir, pó de chá verde foi esterilizado com o equipamento de esterilização para pó ou grão da presente invenção, e o número de bactérias (ufc: unidade de formação de colônia) foi contado antes e após a esterilização, e a qualidade da esterilização foi avaliada por um teste sensório. As condições de esterilização e os resultados de teste são relacionados na Tabela 3. Na esterilização, o tempo de permanência no tubo de fluxo de gás aquecido foi controlado de modo que o pó ou grão teriam uma temperatura de 64°C quando descarregado do ciclone. TABELA 3
Figure img0007
Conforme mostrado no Exemplo 12, quando o tempo de tratamento foi de 0,05 segundo para esterilização, o pó ou grão foi resfriado a 64°C quando descarregado a partir do ciclone. O pó ou grão após esterilização manteve o sabor original e o matiz de cor, o que significa que a qualidade não degradou. Além disso, efeito de esterilização suficiente foi obtido (300 ufc ou menos). Em contraste, como no Exemplo Comparativo 6, quando o tempo de tratamento (o tempo a partir de quando a matéria prima foi fornecida ao tubo de fluxo de gás aquecido até ser descarregada do ciclone) foi de 0,03 segundo, o tempo de resfriamento foi insuficiente e assim a temperatura do pó ou grão não foi reduzida a 65°C ou menos quando descarregado do ciclone.
Quando o tempo de tratamento foi de 1 segundo na condição mostrada no Exemplo 13, o tempo de residência no tubo de fluxo de gás aquecido foi de 0,9 segundos e efeito de esterilização suficiente foi obtido (300 ufc ou menos), mas o sabor e o matiz de cor mudaram um pouco. Contudo, a qualidade da mercadoria não foi afetada. Em comparação, quando o tempo de tratamento foi de 1,5 segundos na condição mostrada no Exemplo Comparativo 7 para o tratamento, o tempo de permanência no tubo de fluxo de gás aquecido foi de 1,4 segundos e efeito de esterilização suficiente foi obtido (300 ufc ou menos). Contudo, o pó de chá verde após esterilização foi alterado, por exemplo, em sabor ou mudou para uma cor ligeiramente mais clara, e assim a qualidade da mercadoria foi afetada.
Dessa maneira, de acordo com a presente invenção, diversas matérias primas em pó ou grãos podem ser esterilizadas sem degradação de qualidade devido ao aquecimento. Além disso, de acordo com a presente invenção, bactérias resistentes ao calor que eram de difícil exterminação podem ser exterminadas continuamente e, portanto, o valor de utilidade industrial é extremamente elevado.
A seguir, a farinha de arroz que foi deixada até que infestações de traça de farinha de milho ou de gorgulho de milho fossem tratadas nas mesmas condições respectivas daquelas nos Exemplos 1 a 10 e Exemplos Comparativos 1 a 5 na Tabela 1. Na farinha de arroz imediatamente após o tratamento foi observado se as traças de farinha de milho ou de gorgulhos de milho sobreviveram ou não. Então, a farinha tratada foi colocada em um prato Petri, o prato foi vedado com fita cirúrgica e colocado em uma incubadora a 30°C por uma semana, e então a eclosão dos ovos foi verificada. Os resultados são relacionados na Tabela 4.
Matéria Condição idêntica a Praga de inseto Sobrevivênc ia Eclosão Notas Exemplo 14 Farinha de arroz Exemplo 1 Traça de farinha de milho Nenhuma Nenhuma Tubo estreito usado para redução de pressão. Grau de gelatinização: 14,2%
Exemplo 15 Farinha de arroz Exemplo 2 Traça de farinha de milho Nenhuma Nenhuma Tubo estreito usado para redução de pressão. Grau de gelatinização: 14,5% Exemplo Comparativo 9 Farinha de arroz Exemplo Comparat ivo 1 Traça de farinha de milho Observada Observada Tubo estreito usado para redução de pressão. Exemplo Comparativo 10 Farinha de arroz Exemplo Comparat ivo
Traça de farinha de milho Nenhuma Nenhuma Orifício usado para redução de pressão, cujo pequeno diâmetro interno causou um fluxo contraído e uma vazão extremamente pequena. Tabela 4
Figure img0008
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A Tabela 4 revela que traça de farinha de milho, gorgulho de milho, e seus ovos que infestaram a farinha de arroz foram exterminados de uma maneira segura de acordo com a presente invenção. Além de farinha e milho, o método para exterminar insetos e ovos da presente invenção tem o efeito sobre besouro de farinha aderido à farinha de trigo. Numerais de Referência 1 pó ou grão 2 pó ou grão esterilizado 11 etapa de aplicar calor e pressão 12 etapa de esterilização instantânea de compressão reduzida 13 etapa de resfriamento 14 etapa de separação 101 unidade de fornecimento de matéria prima 102 unidade de fornecimento de gás aquecido condensável 103 ejetor 104 tubo de fluxo de gás aquecido 105 unidade de redução de pressão 106 unidade de resfriamento 107 tubo de fluxo de gás resfriado 108 equipamento de separação de pó ou grão 1001 tanque de carregamento de matéria prima 1002 alimentador de parafuso 1004 alimentador rotativo 1006 tubo de fornecimento de matéria prima 1010 tubo de fornecimento de gás de não oxidação 1011 motor 1014 unidade de fornecimento de gás de não oxidação 1015 unidade de válvula de redução de pressão 1016 separador de drenagem 1017 camisa de isolamento de calor 1018 válvula de controle de vapor 5 1019 caldeira 1020 sensor de pressão 1021 indicador de temperatura 1023 unidade de filtro 1024 ventilador 10 1025 sensor de controle de temperatura 1028 sensor de controle de pressão 1029 indicador de pressão 1030 tubo

Claims (4)

1. Método para esterilizar pó ou grão (1) caracterizado por compreender: aplicar calor e pressão (11) a um tubo de fluxo de gás aquecido (104) mantido sob condições de aquecimento e pressurização no qual pó ou grão (1) é fornecido, e o pó ou grão (1) ser transferido enquanto entra em contato direto com o gás aquecido condensável no tubo de fluxo de gás aquecido (104) por 0,008 a 2 segundos; e esterilizar com pressão reduzida instantânea (12) o pó ou o grão (1), em que o gás aquecido condensável e o pó ou grão (1) são instantaneamente liberados para um espaço tendo uma pressão inferior àquela no tubo de fluxo de gás aquecido (104), a água contida nos micro-organismos aderindo ao pó ou grão (1) é rapidamente fervida, e os tecidos dos micro-organismos são destruídos; resfriar (13) o gás aquecido condensável e o pó ou grão (1) por intermédio de um gás não condensável fornecido a partir de uma unidade de resfriamento (106); e separar (14) o pó ou grão resfriado (1), a partir do gás aquecido condensável e o gás não condensável; em que na etapa de esterilização (12), o gás aquecido condensável e o pó ou grão (1) são passados através de uma unidade de redução de pressão (105) fornecida à jusante do tubo de fluxo de gás aquecido (104) para realizar um processo de redução de pressão, e o processo de redução de pressão é obtido em 0,00001 a 0,1 segundo.
2. Método para esterilizar pó ou grão (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por na etapa de esterilização com pressão reduzida instantaneamente (12), o gás aquecido condensável e o pó ou grão (1) serem liberados em um espaço tendo uma pressão que é de 0,05 a 0,7 MPa inferior a uma pressão na aplicação de calor e pressão (11).
3. Método para esterilizar pó ou grão (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: na etapa de resfriamento (13), o gás aquecido condensável e o pó ou grão (1) serem misturados com o gás não condensável fornecido a partir da unidade de resfriamento (106) sem separar o gás aquecido condensável e o pó ou grão (1); e o tempo a partir de quando o pó ou grão (1) começa a ser transferido pelo gás aquecido condensável, até que a temperatura em uma atmosfera de transferência da mistura com o gás não condensável atinja 65°C ou menos, seja de 0,05 a 1 segundo.
4. Método para esterilizar pó ou grão (1), de acordo coma reivindicação 1, caracterizado por o pó ou grão (1) ser fornecido ao tubo de fluxo de gás aquecido (104) por intermédio de um gás de não oxidante.
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