ES2253021A1 - Deteccion y analisis no invasico de microorganismos en productos lacteos en envases laminados de papel o carton utilizando ondas elasticas por acoplamiento en seco. - Google Patents

Abstract

Detección y análisis no invasivo de microorganismos en productos lácteos en envases laminados de papel o cartón utilizando ondas elásticas por acoplamiento en seco. El objeto de esta patente es un procedimiento y un dispositivo para la detección precoz de la presencia de microorganismos en alimentos, en particular, en la leche y sus derivados. Una de sus principales ventajas consiste en que dicha detección puede ser realizada en el interior de sus envases comerciales sin necesidad de abrirlos. La presencia de microorganismos se determina, antes de que se produzcan cambios drásticos en sus propiedades físicas, en función de los cambios en la propagación de ondas elásticas (velocidad, atenuación y distorsión armónica) a través de dichos productos, pudiéndose distinguir, además, entre distintos tipos de microorganismos. Para la realización de la detección se hace en seco y precisa de un ambiente con humedad y temperatura controladas.

Description

Detección y análisis no invasivo de microorganismos en productos lácteos envasados en recipientes laminados basados en papel o cartón utilizando ondas elásticas por acoplamiento en seco.

Sector de la técnica

El problema de la seguridad alimentaria y el control de calidad de los alimentos es un tema de creciente interés en nuestra sociedad, debido a la incidencia directa que tiene sobre la salud de los consumidores. En particular la leche y sus derivados, constituyen una parte esencial de la dieta humana, desde la más temprana edad. Por ello, disponer de sistemas rápidos y fiables de control de calidad de estos productos es de primera importancia para la industria láctea.

La leche es un sustrato ideal para el crecimiento bacteriano debido a la gran cantidad de nutrientes que posee. Además, al ser un producto animal sujeto a una gran diversidad de métodos de producción, se puede contaminar con un amplio espectro de microorganismos. De hecho, es habitual la aparición de infecciones bacterianas en el proceso de producción de los lácteos, las cuales invalidan dichos productos para el consumo humano. Por esta razón, dentro del control de calidad de la producción de lácteos, la detección microbiológica juega el papel más importante. Además una detección precoz y eficiente de la presencia de microorganismos en estos productos supone importantes beneficios económicos derivados del hecho de poder detener una producción contaminada cuanto antes con el fin de no producir alimentos que deberán ser desechados una vez que sea detectada la presencia de estos microorganismos. Además, se reduce los costes de capital circulante al reducir los tiempos de almacenamiento del producto elaborado en previsión de incidencias

Estado de la técnica

Existe una amplia variedad de sistemas para la detección microbiana en lácteos (R.K. Robinson. Microbiología Lactológica, Vol (I y II). Editorial Acribia S.A., Zaragoza, Spain, (1987)). La carga bacteriana es función de las especies de bacterias presentes y de su número. Un adecuado programa de control de dicha carga bacteriana debería incluir medidas directas, que implican el recuento microbiano. Sin embargo, este tipo de procedimientos supone un gasto importante de tiempo y dinero. Por ello, la industria láctea suele seleccionar pruebas de calidad indirectas, basadas en la actividad metabólica de los distintos microorganismos presentes. A continuación se detallan algunas de las pruebas directas e indirectas más comúnmente utilizadas.

Entre los métodos directos se encuentran:

Microflora total por cultivo: Las muestras de la leche se diluyen y se inoculan en placas que contienen medio de cultivo como agar o triptona, se incuban y, finalmente, se cuentan colonias.

Recuento directo al microscopio (Método de Breed): Se extiende de 0.01 a 0.05 ml de leche sobre un portaobjetos en un espacio de 1 a 4 cm^{2}; se seca, se desengrasa con xilol, se fija con alcohol y se tiñe con azul de metileno al 0.3%.

Investigación de determinación de grupos microbianos, efectuándose pruebas específicas en función del grupo microbiano a detectar (Bacterias coliformes, microorganismos termorresistentes, bacterias esporuladas anaerobias, productoras de gas,...)

Dentro de los métodos indirectos se encuentran:

Presión: detección del aumento de presión en envases debidos a la producción gaseosa resultante del metabolismo de ciertos microorganismos.

Acidez y pH: Medida directa de estos parámetros, modificados durante el metabolismo de los microorganismos.

Coagulación: Se detecta la presencia de coagulación en la leche al ser mezclada con alcohol, llevada a ebullición o incubada a temperatura entre 30-37ºC durante 12-24 h.

Impedanciometría eléctrica: Medida de las variaciones en la parte real e imaginaria de la conductividad de un sustrato líquido inoculado con leche. Estas variaciones ponen de manifiesto los cambios de los parámetros eléctricos del substrato inducidos por el desarrollo de microorganismos.

Existe, por tanto una gran variedad de técnicas para el control de la calidad microbiológica, estimándose su idoneidad para ser aplicados al proceso de producción en función de su rapidez, fiabilidad y coste. Sin embargo, todos ellos presentan la característica común de ser procedimientos destructivos: es necesario tomar una muestra del producto en un momento dado, abriendo el envase. Esto supone el molesto inconveniente de aumentar la posibilidad de falsos positivos por contaminación posterior de la muestra tomada, así como la necesidad de esperar un tiempo, a veces excesivamente largo de incubación de las muestras para que la condición de esterilidad de la leche pueda ser garantizada. Tan sólo un elevado aumento de la presión en envases flexibles (los cuales se van hinchando) o la aparición de disgregación y coágulos en envases transparentes (cada vez menos utilizados) permiten hoy por hoy tener indicaciones de la posible presencia de microorganismos sin abrir el recipiente. Sin embargo, los principales casos de deterioro de productos lácteos debidos a la presencia de microorganismos, muy importantes por su frecuencia y consecuencias, caen fuera de estos supuestos.

La medida de los parámetros de propagación de ondas elásticas a través de un medio determinado está siendo cada vez más ampliamente utilizada en el control de calidad en la industria alimentaria (D.J. McClements. Ultrasonic characterization of foods and drinks: Principles, Methods and Applications. Critical reviews in Food Science and Nutrition 37 (1), 1-46, (1997)). El carácter inocuo de este tipo de ensayos los hace idóneos para el análisis de sustancias cuya preservación frente a cualquier tipo de desnaturalización es de suma importancia. En ciertas aplicaciones se han utilizado los ultrasonidos para determinar la composición de los alimentos que salen de la cadena de producción, extrayendo de los envases una muestra e introduciéndola en una célula de medida (J.W. Fitgerald/Cheasepeake Inst. Corp., patente US 3040562, 1962).

Existen trabajos que mencionan la utilización de los ultrasonidos para la detección de la degradación de alimentos envasados (Gestrelius, H., Mattila, T., Ahvenainen, R., Trends in Food Science and Technology 5 (12), 1991), utilizando una técnica ultrasónica de medida por efecto doppler del "streaming" acústico. Sin embargo, esta técnica tiene pocas posibilidades de poder ser explotada industrialmente debido a la dificultad de establecer de forma controlada y repetitiva un "streming" en alimentos envasados. Esto es aún más complicado en envases laminados a base de papel, los cuales, por su desacoplo de impedancia con los sistemas de transducción transmiten tan sólo una pequeña parte de la energía acústica necesaria tanto para medir el efecto doppler como para establecer el "streaming". Asimismo, no parece una técnica muy sensible ya que se precisan cuatro o más días de incubación para que el crecimiento de microorganismos produzca un cambio detectable en la muestra. Con un concepto totalmente distinto, Ahvenainen et al. usaron la ecografía para la detección de microorganismos (Ahvenainen, R, Mattila, T, Wirtanen, G; Lebensm.-Wiss. Technol. 22, 268-272 1989) Este método presenta el inconveniente de no ser apto para la detección no invasiva en envases de cartón, ya que, según ellos mismos dicen, era necesario cambiar el producto a otro envase para realizar la medida. Además, se trata de un método difícilmente industrializable dada la complejidad y elevado precio de los sistemas ecográficos. En una patente del año 1987, M. Nagata et al. describen un método ultrasónico para la detección de microorganismos en producto envasados. (Fujimori Kogyo Co. Ltd.. EP269815). En el dispositivo descrito no incluyen ningún sistema de termostatización, lo cual introduce una importante incertidumbre en el sistema que los autores no parecen advertir, ya que las constantes de propagación ultrasónicas son altamente sensibles respecto de la temperatura. Asimismo, la medida de propagación se realiza en un baño líquido, lo cual no es apto para envases con componentes de papel o cartón, los cuales se degradan en estas circunstancias.

Descripción de la invención

El objeto de esta patente es un nuevo método de detección y análisis microbiológico de amplio espectro, no invasivo y basado en la propagación de ondas elásticas a través de la leche o un derivado lácteo.

El desarrollo del mercado demanda la aparición de métodos no destructivos capaces de realizar la evaluación microbiológica de los alimentos en todo tipo de envases, incluidos los laminados de papel y cartón, cuyo uso está cada vez más extendido. Esto implica el desarrollo de sistemas de detección con acoplamiento en seco, capaces de detectar los más leves cambios producidos en fases tempranas del desarrollo de microorganismos en los alimentos.

Los cambios detectados en la propagación de la onda elástica pueden deberse a distintos factores, los cuales, a su vez, variaran en función del microorganismo o microorganismos presentes. Esto permite distinguir entre los distintos tipos de microorganismos que pueden contaminar los productos lácteos. Entre las causas más relevantes para explicar las variaciones encontradas en los parámetros de propagación de las ondas tenemos: la aparición de gas en el medio, cambios en la estructura de la suspensión debidos a modificaciones en los tamaños de los glóbulos grasos o de las micelas de proteínas, procesos de coagulación o gelificación, precipitación de sustancias inicialmente en suspensión o ,incluso, la aparición de un número considerable de microorganismos, lo cual constituye en sí un cambio en la estructura del medio.

El procedimiento objeto de esta patente revela la presencia de microorganismos sin necesidad de extraer muestras del producto del interior de su envase comercial. Esta característica permite no contaminar el producto durante el proceso de control de calidad microbiológica. La invención permite la detección en cualquiera de los envases que actualmente se utilizan en la industria láctea, incluyendo los envases multicapa como son por ejemplo el Combibloc y Tetrabrick -marcas registradas-. Además, mediante este método se puede seguir el crecimiento microbiano al mismo tiempo que este va teniendo lugar, ya que la medida se basa en una monitorización en continuo del producto. Esta característica permite la detección precoz de contaminaciones que puedan manifestarse antes de los periodos de incubación convencionales preestablecidos para los métodos tradicionales de control microbiológico. Estos sólo chequean el producto tras dicho periodo de incubación que podría ser incluso superior a 48 horas.

El procedimiento (ver Figuras 1 y 2) consiste en la medida automática de los parámetros que caracterizan la propagación de una onda mecánica (amplitud, velocidad y distorsión armónica) a través de un producto lácteo (PL) contenido en un recipiente (RL). Este procedimiento está basado, a su vez, en una patente previa de un procedimiento clínico para la detección de microorganismos en fluidos biológicos y muestras clínicas mediante la medida de la velocidad de propagación (Patente ES 2 147 149). El recinto de medida, RM, donde se encuentra el producto que ha de ser analizado, debe encontrarse convenientemente termostatizado, (a las temperaturas de cultivo consideradas como estándar en la industria láctea), con un error inferior a 0.1ºC, con el fin de evitar interferencias entre las variaciones en la propagación de la onda mecánica debidos a una supuesto crecimiento microbiano y los debidos a cambios en la temperatura del medio.

A diferencia de la referencia (Patente ES
2 147 149), la termostatización ha de realizarse en seco para evitar el deterioro del envase. Este detalle es de suma importancia ya que las características del sistema de termostatización han de ser adecuadas para un medio gaseoso; además, la humedad constituye en este caso otro parámetro capaz de influir en la transmisión de ondas elásticas a través del recipiente. Los sistemas de control de temperatura y humedad aparecen en las figuras 1 y 2 como CTH. Asimismo, y también a diferencia de (Patente ES 2 147 149), el procedimiento incluye la elección y generación de la frecuencia de trabajo -dentro del rango ultrasónico- en función del tipo de envase y producto a analizar. La precisión alcanzada con este control de la humedad y la temperatura permite la detección de contaminaciones que no degradan de forma drástica el producto, aumentando la precisión en la medida de los parámetros de propagación respecto a otros métodos de ultrasonidos, como por ejemplo la patente citada (Fujimori Kogyo Co. Ltd.. EP269815), en más de un orden de magnitud.

En contraste con los sistemas ultrasónicos de medida en agua, otra cuestión clave en este procedimiento es la incorporación de un elemento que proporcione un adecuado acoplamiento elástico (A) entre los sistemas de emisión y recepción de ondas elásticas y el recipiente que contiene el producto lácteo. Este acoplamiento cuya geometría depende del tipo de recipiente, consiste en un polímero con buenas propiedades de transmisión elástica (silicona RTV).

La técnica de medida puede utilizar bien la configuración de transmisión-recepción con dos transductores enfrentados -E y R en la figura 1-, bien la de pulso-eco con un solo transductor -E-R en la figura 2- que emite la onda elástica y la recibe tras atravesar el producto y reflejarse en la cara opuesta del recipiente. El transductor emisor -E en la figura 1 y E-R en la figura 2- es excitado con un sistema electrónico (EE) que genera una señal eléctrica, y el transductor de recepción -R en la figura 1 y E-R en la figura 2- dispondrá de una etapa electrónica para el tratamiento de la señal recibida (ER). En ambos casos, la onda elástica es procesada después de atravesar el recipiente y el producto. Para ello se mide la diferencia en tiempo entre la señal de disparo y la llegada de dicho pulso, la amplitud de la onda después de atravesar el medio y el cambio que sufre la forma de la misma; a diferencia de (Patente ES 2 147 149) en el que sólo se detectaba el cambio en la velocidad de propagación. La posible variación de uno o varios de estos parámetros nos proporciona información acerca de los cambios que tienen lugar en el medio lácteo cuando pasa a ser colonizado por microorganismos.

Esta técnica de medida puede ser utilizada para el control de la calidad microbiológica de otro tipo de alimentos líquidos, no lácteos, susceptibles de constituirse en sustrato de microorganismos similares a los que aparecen en los productos lácteos, haciendo las convenientes modificaciones metodológicas para adecuarlo al problema en particular.

Un dispositivo comercial que lleve a cabo este cometido estará constituido por una cámara dotada de elementos estructurales donde irán alojados de forma independiente cada uno de los envases, sensores y actuadores para controlar la temperatura y la humedad y transductores ultrasónicos para la emisión y recepción de ondas elásticas. Asimismo, el dispositivo de detección debe ir dotado del sistema electrónico necesario para el control de los sensores y actuadores de temperatura y humedad, así como para alimentar los transductores de emisión y recibir la señal de los transductores receptores. Por último, es conveniente que el control del sistema electrónico se realice a través de un sistema informático que permita la automatización de dicho control, así como la interpretación y almacenamiento de los datos correspondientes a las pruebas de inspección microbiológica. Estos sistemas pasan a describirse a continuación.

a) Cámara de medida

El cuerpo principal de la cámara de medida lo constituirá una estructura que proporcione las condiciones térmicas e higroscópicas adecuadas y estables necesarias para la medida. El tamaño de la misma se diseñará en función del número de envases que alojará en su interior para la medida. Además de la función de aislamiento del exterior, esta cámara alojará sistemas de control de la temperatura y de la humedad internas.

Dentro del cuerpo principal de la cámara se disponen los alojamientos independientes para cada envase. Estos alojamientos cumplen la función de soporte del envase y de los sistemas de medida y actuación térmica y de los transductores ultrasónicos que posibilitan la inspección microbiológica independiente de cada envase.

b) Control de humedad y temperatura

La cámara de medida dispondrá de un sistema de control de la humedad que consta a su vez de sensor y actuador de humedad. Este sistema mantiene la humedad relativa en la cámara con fluctuaciones inferiores a 1%.

El control de temperatura se realiza preferentemente mediante un sistema doble. Por un lado se regula la temperatura de la cavidad general a través de sensores de temperatura y actuadores térmicos. La temperatura se mantiene en la cámara ligeramente por debajo de la temperatura de incubación, siendo suficiente una precisión de \pm0.1ºC. Por otro lado se lleva a cabo un control de temperatura independiente para cada envase a la temperatura de incubación y con una precisión de \pm0.01ºC utilizando sensores y actuadores en contacto con el propio envase. Estos sistemas están instalados en las estructuras individuales de alojamiento de los envases. El sistema de control térmico va equipado con controladores electrónicos externos a la cámara, que permiten programar una curva de calentamiento para minimizar el tiempo que tarda el contenido del envase en pasar de la temperatura ambiente a la temperatura de incubación sin deteriorar el recipiente ni superar dicha temperatura de incubación.

c) Transductores ultrasónicos

Cada alojamiento va equipado con un transductor (configuración pulso-eco) o una pareja de transductores (configuración emisión-recepción) piezoeléctricos para la emisión y recepción de ondas ultrasónicas en un rango entre 100 kHz entre y 2 MHz. Se puede utilizar también un sistema múltiple de transductores. Las superficies emisoras o receptoras de los transductores están dotadas de una capa fabricada en un polímero elástico para obtener una buena adaptación mecánica al envase.

Cada vez que un envase se introduce en su alojamiento y comienza el proceso de inspección microbiológica, los transductores ultrasónicos se ponen en contacto con el envase, ejerciendo una ligera presión sobre el mismo a través de la capa de adaptación elástica. Los transductores quedan posicionados paralelamente entre sí, enfrentados y fijos durante todo el proceso de medida con holguras inferiores a 1 m.

d) Electrónica de generación, recepción, multiplexión y control térmico e higroscópico

La electrónica de control puede incluirse en la cámara de medida o instalarse en módulos separados a la misma.

Los sensores y actuadores térmicos e higroscópicos se conectan de forma independiente a sus correspondientes circuitos electrónicos controladores. A su vez, estos circuitos se comunican con el ordenador que comanda todo el proceso de inspección.

El sistema de generación de señal que alimenta los transductores ultrasónicos emisores genera trenes de ondas cuya frecuencia central corresponde a la banda central de los transductores. La amplitud de dicha señal se ajusta en función de la frecuencia de trabajo y las características del envase, contenido y tipo de transductor empleado, de manera que la onda recogida por los transductores de recepción tenga la suficiente relación señal/ruido como para ser analizada con la precisión adecuada a la medida. Conviene por tanto disponer de etapas de filtrado y amplificación que acondicionen debidamente dicha señal de recepción que, en general, es ruidosa y de baja amplitud. Para efectuar el análisis e interpretación de la señal, ésta es previamente digitalizada.

Cada pareja de transductores emisor-receptor puede ser activada alternativamente a través de una etapa multiplexora que se comunica con el ordenador de control. De esta manera es posible identificar el envase al que corresponde la información que llega en cada momento al sistema de análisis de señal e interpretación de datos.

Por último y como se ha venido citando repetidamente, un ordenador realiza el control de todo el proceso de inspección: temperatura, humedad, multiplexión de transductores ultrasónicos, emisión y adquisición de las señales. Asimismo el ordenador lleva a cabo el tratamiento, interpretación y almacenamiento si se precisa de todos los datos obtenidos. Todo ello se lleva a cabo a través de un software específico que se describe en el siguiente apartado.

e) Control e interpretación de datos

Un software gestiona la comunicación del ordenador con los equipos electrónicos descritos, de forma que el proceso de inspección se lleve a cabo de forma independiente para cada envase.

El software incluye el tratamiento matemático de las señales capturadas para obtener la información sobre el estado del contenido de cada envase. Para ello incorpora un algoritmo que permite interpretar los datos recibidos, dando lugar a la aparición de un aviso cuando se detectan signos de deterioro a través de la medida de propagación ultrasónica en un envase determinado.

El software permite el almacenamiento de los datos y la reinicialización de cada canal de medida cuando se coloca un nuevo envase en un alojamiento de la cámara.

Ejemplo de realización de la invención Ejemplo 1 Distinción entre microorganismos

En la figura 3 aparece el retardo en el tiempo de vuelo de la señal ultrasónica tras atravesar leche inoculada con una concentración inicial de unos 1000 u.f.c./ml de dos microorganismos diferentes, Bacillus Cereus (cuadrados) y Pseudomona Aeruginosa (círculos). Se puede apreciar cómo en ambos casos, el retardo va disminuyendo (lo que se corresponde con un aumento de la velocidad de propagación). Sin embargo la presencia de los microorganismos se detecta en tiempos diferentes (a partir de la hora 3 en el caso del Bacillus Cereus y de la hora 23 en el caso de la Pseudomona Aeruginosa) y con una pendiente también distinta que caracteriza la naturaleza de cada una de estas contaminaciones.

Ejemplo 2 Aplicación de la medida de la amplitud del 2º armónico para la detección microbiológica

El procedimiento objeto de esta patente permite la detección de la presencia microbiológica no sólo a través de la medida de tiempos de vuelo, sino también con la medida de amplitudes y distorsión armónica. En particular en la figura 4 se presenta la detección de la presencia de Bacillus Cereus con la medida del 2º armónico. Se aprecian los cambios en dicha amplitud a partir de la hora 4, correspondientes a la presencia (círculos) o no (cuadrados) del Bacillus Cereus en leche. El nivel de 2º armónico da cuenta de la deformación que va sufriendo la onda al propagarse por el medio.

Ejemplo 3 Detección microbiológica en otros alimentos (zumo de naranja)

En la figura 5 se muestra la aplicación del procedimiento a otro alimento líquido, zumo de naranja. En particular se aprecia el deterioro rápido que tiene lugar en el zumo de naranja natural congelado tras su descongelación (círculos), deterioro que comienza a partir de la tercera hora, en contraste con la estabilidad del zumo concentrado UHT, estéril (cuadrados). Esta detección se realizó a través de la medida del tiempo de vuelo de la señal.

Ejemplo 4 Dispositivo ultrasónico de 8 canales para la detección de microorganismos en leche envasada en Combibloc

Este dispositivo, cuyo esquema aparece en las figuras 6 consta de los elementos descritos en la sección anterior, los cuales se detallan a continuación.

Cámara de medida

El cuerpo principal de la cámara de medida consiste en una estructura rígida fabricada en acero inoxidable. A esa estructura van acoplados 8 alojamientos individuales(ver figura 7) construidos en aluminio dentro de los cuales se colocan los envases para ser sometidos de forma independiente al proceso de detección.

Control de humedad y temperatura en la cámara de medida

La cámara de medida dispone de un sistema de control de humedad con una precisión de \pm1% de humedad relativa. La cámara de medida dispone de un sistema doble de control de la temperatura. El sistema de control de temperatura de la cavidad general consta de un sensor de temperatura y un actuador térmico de efecto Peltier. La temperatura se mantiene ligeramente inferior a 35ºC con una precisión de \pm0.1ºC. El control de temperatura de cada alojamiento tiene regulación independiente para optimizar el tiempo de calentamiento de los envases. La precisión de esta regulación es de \pm0.01ºC.

Transductores ultrasónicos

Los transductores piezoeléctricos de recepción y emisión trabajan a una frecuencia de resonancia de 800 kHz. Estos transductores están dotados de una capa externa fabricada en un polímero elástico para obtener una buena adaptación mecánica al envase, según aparece en la figura 8. Uno de los transductores se encuentra en la puerta del alojamiento y el otro en la pared opuesta a ella. De esta manera es posible introducir el envase cómodamente, quedando los transductores fijos y paralelos entre sí una vez cerrada la puerta del alojamiento correspondiente.

Electrónica de generación y recepción

Cada alojamiento dispone de un canal de medida compuesto por un transductor de emisión, otro de recepción y las conexiones correspondientes. Para activar dichos canales alternativamente se dispone de una etapa electrónica multiplexora. El sistema de generación de señal genera trenes de onda sinusoidal con una amplitud de señal de 5 V y frecuencia central correspondiente a la banda de los transductores. Se utiliza un osciloscopio para digitalizar la señal de recepción. Por último, se usa un ordenador para realizar el control de la multiplexión, la adquisición de las señales, el tratamiento de las mismas y la obtención y evaluación de datos. La interconexión de estos sistemas aparecen en el esquema general del dispositivo
(figura 6).

Software de control e interpretación de datos

El software gestiona la comunicación del ordenador con los controladores térmicos y el control de humedad a través de un puerto serie con protocolo RS-485, con el multiplexor a través de otro puerto serie, con protocolo RS-232 y con el osciloscopio a través de una tarjeta GPIB, controlando el proceso de medida independientemente para cada alojamiento. El software incluye el tratamiento matemático de las señales capturadas para obtener la información sobre el estado de la leche en cada envase. Asimismo, incluye una ventana gráfica y un algoritmo que permite interpretar los datos, dando lugar a la aparición de un aviso cuando se detecte una muestra con signos de deterioro.

Descripción de las figuras

Figura 1

Esquema del procedimiento de medida en configuración de emisión-recepción. Consta del transductor emisor (E) y el transductor receptor (R) enfrentados a ambos lados del recipiente (RL) que contiene el producto lácteo (PL).

El acoplamiento de los transductores al recipiente se realiza a través del polímero (A). La medida se realiza en un recinto (RM) dotado de un sistema de control de humedad y temperatura (CTH). El transductor de emisión recibe la señal del sistema electrónico de generación (EE) y la señal recibida por el transductor de recepción es almacenada y procesada por la electrónica de recepción ER.

Figura 2

Esquema del procedimiento de medida en configuración pulso-eco. Consta del transductor emisor-receptor (E-R) acoplado al recipiente (RL) que contiene el producto lácteo (PL) a través del polímero (A). La medida se realiza en un recinto (RM) dotado de un sistema de control de humedad y temperatura (CTH). El transductor recibe la señal del sistema electrónico de generación (EE) así como la señal ultrasónica que le llega tras rebotar en la cara opuesta del recipiente, la cual es almacenada y procesada por la electrónica de recepción ER.

Figura 3

Retardo de la señal ultrasónica tras atravesar leche contaminada con Bacillus Cereus (cuadrados) y Pseudomona Aeruginosa (círculos). El eje H corresponde al tiempo de medida en horas y el eje R al retardo en segundos del tiempo de vuelo inicial de la señal respecto a la señal inicial.

Figura 4

Amplitud de la señal de 2º armónico tras atravesar leche estéril (cuadrados) y leche contaminada con Bacillus Cereus (círculos). El eje H corresponde al tiempo de medida en horas y el eje A, a la amplitud normalizada del 2º armónico de la señal.

Figura 5

Retardo de la señal ultrasónica tras atravesar zumo de naranja concentrado UHT (cuadrados) y zumo de naranja natural congelado tras su descongelación (círculos). El eje H corresponde al tiempo de medida en horas y el eje R al retardo en segundos del tiempo de vuelo inicial de la señal respecto a la señal inicial.

Figura 6

Esquema general del dispositivo ultrasónico de 8 canales para la detección de microorganismos en leche envasada en Combibloc. En el cuerpo principal del mismo se aprecian los 8 alojamientos donde se introducen los envases de leche, en cada uno de los cuales hay acoplados un transductor de emisión (UE), un transductor de recepción, (UR), una resistencia de caldeo (R) y un sensor de temperatura (T). Además de estos, aparece también un sensor de temperatura general de la cámara (TC), una bomba Peltier (BP), un sensor de humedad (H), y un difusor de humedad (DH) controlado por la electroválvula V. Todos estos sistemas de humedad y temperatura están conectados al cuadro de controladores (CC), el cual a su vez se comunica con el ordenador de control (C) vía RS-485. Los transductores ultrasónicos se conectan al multiplexor (M) que da alimentación alternativamente a cada canal de medida. A este multiplexor le llega la señal eléctrica de emisión que proviene del generador de señal (G), y envía la señal de recepción al osciloscopio (O), el cual, a su vez, se comunica vía GPIB con el ordenador (C) para realizar la captura de datos. La operación del multiplexor también es comandada por dicho ordenador vía RS-232.

Figura 7

Alojamiento de aluminio donde se insertan los envases para ser analizados. En la figura aparecen representados la resistencia (R) que calienta las muestras, así como el sensor de temperatura (T) que monitoriza este calentamiento. Se aprecian también los huecos enfrentados (A) a través de los cuales se insertan el transductor de emisión y el de recepción.

Figura 8

Esquema del tipo de transductor empleado para emisión y recepción de las ondas ultrasónicas. Se aprecia en esta figura la cerámica piezoeléctrica (CP), una línea de retardo (R), la capa polimérica de adaptación mecánica (P) y el casquillo del transductor (C).

Claims (12)

1. Procedimiento para la detección de la presencia de microorganismos en alimentos, en particular, en la leche y sus derivados, en el interior de envases comerciales sin necesidad de abrirlos, ni alterar el producto ni el envase, caracterizado porque se realiza mediante la detección en seco de cambios en la propagación de ondas elásticas a través de dichos productos, y que consta de un sistema emisor de ondas elásticas, un sistema receptor de ondas elásticas (ambos dotados de una capa de adaptación para acoplamiento en seco fabricada con un material elástico) y un sistema de control de la humedad y de la temperatura (termostatización seca) en el ambiente donde se realizan las medidas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque puede ser aplicado a productos contenidos en envases que en presencia de humedad o en inmersión en un líquido, sufren alteraciones de sus propiedades, modificándose las características de propagación de las ondas elásticas.

3. Procedimiento según la reivindicación 2 caracterizado porque puede ser aplicado en envases laminados de papel o cartón, como por ejemplo, Combibloc, Tetrabrick o Pure Pack.

4. Procedimiento según reivindicaciones 1, 2 y 3, caracterizado porque el transductor electromecánico del sistema receptor es el mismo transductor del sistema emisor que recibe la señal tras atravesar el medio y reflejarse en el extremo opuesto del envase.

5. Procedimiento según reivindicaciones 1, 2, 3 y 4, caracterizado por ser capaz de discriminar el tipo de microorganismo responsable de la contaminación del producto en función de las variaciones relativas de la velocidad de propagación, la atenuación y la distorsión de la onda.

6. Dispositivo ultrasónico para la detección de la presencia de microorganismos en alimentos, en particular, en la leche y sus derivados, en el interior de envases comerciales sin necesidad de abrirlos, ni alterar el producto ni el envase, según el procedimiento indicado en las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque consta de una cámara de medida, sistemas para el control de la humedad y la temperatura (termostatización seca), sistema emisor de ondas elásticas, un sistema receptor de ondas elásticas (ambos dotados de una capa de adaptación para acoplamiento en seco fabricada con un material elástico), electrónica de generación y recepción de los dispositivos de ondas elásticas y sistemas informáticos para el control del proceso de detección microbiológica.

7. Dispositivo ultrasónico según reivindicación 6 caracterizado porque la cámara de medida está dotada de elementos pasivos de aislamiento térmico e higroscópico así como de alojamientos individuales para cada envase que ha de ser evaluado.

8. Dispositivo ultrasónico según reivindicaciones 6 y 7 caracterizado porque el equipo para el control de la humedad en el interior de la cámara dispone al menos de un sensor de medida de la humedad, y al menos un actuador que permite la regulación de la humedad con una precisión de un punto de humedad relativa, los equipos electrónicos que acompañan a estos sistemas y la comunicación de los mismos con el ordenador de control.

9. Dispositivo ultrasónico según reivindicaciones 6 a 8 caracterizado porque el equipo para el control de la temperatura en el interior de la cámara dispone de sensores de medida de la temperatura general de la cámara e individual de cada envase, actuadores para regular la temperatura general de la cámara e individual de cada envase con una precisión de 0.01ºC, los equipos electrónicos que acompañan a estos sistemas y la comunicación de los mismos con el ordenador de control.

10. Dispositivo ultrasónico según reivindicaciones 6 a 9 caracterizado porque el sistema de emisión y recepción ultrasónicos dispone de al menos un transductor simple o múltiple de emisión y otro de recepción en configuración emisión-recepción por cada alojamiento, en un rango entre 1001 kHz y 2 MHz, estando dotados de una capa fabricada en un polímero elástico para obtener una buena adaptación mecánica al envase, los equipos electrónicos para alimentación y recepción de la señal de dichos transductores y la comunicación de los mismos con el ordenador de control.

11. Dispositivo ultrasónico según reivindicaciones 6 a 10 caracterizado porque el sistema de emisión y recepción ultrasónicos dispone de al menos un transductor simple o múltiple de emisión y recepción en configuración pulso-eco por cada envase, en un rango entre 100 kHz y 2 MHz, estando dotados de una capa fabricada en un polímero elástico para obtener una buena adaptación mecánica al envase, los equipos electrónicos para alimentación y recepción de la señal de dichos transductores y la comunicación de los mismos con el ordenador de control.

12. Dispositivo ultrasónico según reivindicaciones 6 a 11 caracterizado porque el sistema informático dispone de al menos un ordenador capaz de comunicarse con los equipos según reivindicaciones 8, 9, 10 y 11, y un software de control capaz de gestionar el proceso de medida y procesar la información recibida para determinar la presencia o no de microorganismos en el interior de los envases analizados.