ES2255207T3 - Metodo y aparato para la reduccion en flujo continuo de la actividad microbiana en un producto liquido usando dioxido de carbono presurizado. - Google Patents
Metodo y aparato para la reduccion en flujo continuo de la actividad microbiana en un producto liquido usando dioxido de carbono presurizado.Info
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Abstract
Se describe un procedimiento continuo para reducir la actividad microbiana y/o enzimática en un producto líquido. Se combina un flujo de dióxido de carbono licuado con un flujo del producto líquido. La presión y temperatura en las regiones de flujo se mantienen a un nivel que es suficiente para mantener el dióxido de carbono en un estado líquido continuo, pero que no congela el producto líquido. La mezcla presurizada de dióxido de carbono y producto líquido fluye a través de una zona de reacción durante un tiempo suficiente para reducir los microorganismos perjudiciales y/o las enzimas inactivas indeseables y después introduce una pluralidad de fases de expansión en las que la presión del flujo de la mezcla se reduce suficientemente para evaporar el dióxido de carbono. Se aplica calor en el menos algunas de las fases para prevenir un enfriamiento del flujo de la mezcla al punto de congelación del producto líquido.
Description
Método y aparato para la reducción en flujo
continuo de la actividad microbiana en un producto líquido usando
dióxido de carbono presurizado.
Esta invención se refiere a un método y un
aparato para el procesamiento de líquidos para reducir la actividad
microbiana y/o enzimática en su seno, y más particularmente, al uso
de dióxido de carbono presurizado para lograr reducciones de la
actividad microbiana y/o enzimática.
Hay muchos métodos para mejorar la vida útil de
productos líquidos tales como zumo de naranja, zumo de manzana,
leche, pinturas de látex, mantequilla de cacahuete, sopa, etc.
Comercialmente, los métodos térmicos tales como
la pasteurización son los principales métodos usados para mejorar la
vida útil de los alimentos líquidos. El tratamiento de presión ultra
alta también se usa para alimentos líquidos, pero mucho menos
frecuente-
mente.
mente.
En las instalaciones de tratamiento de alta
presión, los fluidos que contienen contaminación microbiana se
presurizan hidrostáticamente para eliminar la mayoría de las
bacterias. En tales sistemas, se producen presiones que igualan o
exceden los 2.068 bar (30.000 psia). Sin embargo, este tipo de
tratamiento hidrostático no destruye las enzimas, es arriesgado
debido a las altísimas presiones, es un procedimiento largo, es en
lotes en vez de en continuo, y es costoso debido a la alta inversión
de capital del equipo requerido.
Otros métodos para la prolongación de la vida
útil de los líquidos incluyen radiación nuclear, exposición
ultravioleta y aplicación de microondas. Estos tratamientos son
costosos y en la actualidad, no se usan mucho en el comercio.
La homogeneización de alta presión se ha usado
para incrementar la vida útil del zumo de naranja y otros zumos
cítricos de consistencia sencilla como los descritos en el documento
de patente de EEUU 5.232.726 en Clark et al. Se describe que
mientras se procesa un zumo de cítrico, se somete a una alta presión
de 1.034 bar (15.000 psia), siendo el resultado una significativa
reducción de la actividad biológica en el zumo.
El dióxido de carbono se ha usado para inactivar
enzimas en alimentos y reducir las poblaciones microbianas en zumos
de fruta como describen en el documento de patente de EEUU 5.393.547
Balaban et al. Balaban et al. describen un método para
inactivar enzimas en productos alimenticios líquidos en los que el
alimento se expone a dióxido de carbono presurizado que, a su vez,
produce una solución de ácido carbónico con un pH que es
suficientemente bajo para inactivar de manera irreversible las
enzimas en el alimento líquido. El método de Balaban et al.
está indicado por ser aplicable en el procesamiento de alimentos
bien en la modalidad por lotes o la modalidad de flujo continuo.
Balaban et al. indican además que el dióxido de carbono
supercrítico se introduce a una velocidad suficiente para permitir
que una adecuada cantidad del mismo se disuelva en el alimento para
inactivar los enzimas. Después de la inactivación enzimática, el
alimento fluye a una sección en la que se reduce la presión y el
dióxido de carbono liberado se puede reciclar para repetir su
uso.
El documento de patente de EEUU 5.704.276 de
Osajima et al. describe un método para la desactivación
continua de enzimas en comestibles líquidos, usando una forma
supercrítica de dióxido de carbono. Osajima et al. indican
que la densidad del fluido supercrítico es menor que la del alimento
líquido y que el dióxido de carbono supercrítico se inyecta
continuamente en el alimento líquido y se separa del mismo en una
etapa posterior del procedimiento. Osajima et al. también
indican que su procedimiento elimina el mal olor de los alimentos
líquidos y separa los elementos volátiles. Arreola et al. en
"Effect of Supercritical Carbon Dioxide on Microbial Populations
in Single Strength Orange Juice", Journal of Food Quality,
Volumen 14 (1991), pp. 275-284, describen el efecto
del dióxido de carbono supercrítico en las poblaciones microbianas
en el zumo de naranja. Usando un procedimiento en lotes, Arreola
et al. concluyeron que el tratamiento con dióxido de carbono
a alta presión dio como resultado la reducción microbiana en un zumo
de naranja de consistencia ligera, incluso a bajas temperaturas.
Además, llegan a la conclusión de que una combinación de presión
alta y fuerzas de cizalladura, a las cuales se somete el zumo de
naranja durante la despresurización, y el bajo pH debido a la
formación transitoria de ácido carbónico, pueden tener además
efectos inhibitorios sobre la flora normal dentro del zumo de
naranja. Durante el procedimiento divulgado en este documento, la
temperatura mínima utilizada fue de 35ºC.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un método adecuado y un aparato para reducir la
actividad microbiana y enzimática en productos lí-
quidos.
quidos.
Es además un objeto de esta invención
proporcionar un método y un aparato para reducir la actividad
microbiana y enzimática en productos líquidos usando dióxido de
carbono presurizado, en el que la temperatura del procedimiento a la
que se somete el líquido afecta de manera perjudicial a los
productos lí-
quidos.
quidos.
Es aún un objeto de esta invención proporcionar
un método de flujo continuo y un aparato para reducir la actividad
microbiana y/o enzimática en productos líquidos usando dióxido de
carbono presurizado.
Se describe un método continuo que utiliza un
flujo presurizado de dióxido de carbono para la reducción de los
microorganismos presentes en un producto líquido y/o la inactivación
de una o más enzimas en un flujo presurizado del producto líquido.
La presión en las regiones de flujo se mantiene a un nivel que es
suficiente para mantener el dióxido de carbono en la fase densa,
pero a una temperatura que no congela el producto líquido. La mezcla
presurizada de dióxido de carbono y líquido fluye a través de una
zona de reacción durante un tiempo suficiente para reducir los
microorganismos nocivos e inactivar los enzimas indeseables, y luego
entra en una gran variedad de etapas de expansión en las que la
presión del flujo de la mezcla disminuye suficientemente para
permitir la separación del dióxido de carbono del producto líquido.
Se aplica calor por lo menos en algunas etapas de expansión para
prevenir un enfriamiento del flujo de la mezcla hasta el punto de
congelación del producto líquido. Se puede aplicar calor para
prevenir la congelación del producto líquido y para controlar la
temperatura de tal manera que no exceda de la temperatura a la cual
se hayan experimentado efectos adversos. (La congelación y la
temperatura excesivamente alta pueden tener efectos negativos sobre
la calidad del zumo. Temperaturas por encima de 40ºC empiezan a
degradar el producto).
Se contempla que la presente invención se use con
cualquier líquido que se pueda transportar a través de un conducto,
incluyendo por ejemplo, productos de bebida tales como zumo o leche,
comidas semisólidas tales como mayonesa, salsas para ensaladas, sopa
y requesón, y otros líquidos tales como pintura e inyectables
estériles.
La figura es un diagrama de flujo esquemático del
aparato que lleva a cabo el método de la invención.
Con referencia a la figura, el dióxido de carbono
presurizado se alimenta del suministro de dióxido de carbono 10 a
través de un regulador de presión opcional 12 a una bomba 14 la cual
incrementa la presión del flujo de dióxido de carbono y luego lo
alimenta a través de una válvula de control 16 hasta la juntura 18.
El dióxido de carbono se presuriza mediante la bomba 14 para
prevenir cualquier ebullición del dióxido de carbono de la fase
densa durante las etapas posteriores del procedimiento.
De un modo similar, el producto líquido se
alimenta a partir de un depósito de alimentación de producto líquido
20 a través de una válvula 22 hasta una bomba 24. La bomba 24 eleva
la presión de alimentación del producto líquido al mismo nivel que
la del dióxido de carbono de la fase densa que sale de la bomba 14.
La alimentación del producto líquido presurizado pasa a través de
la válvula de control 26 hasta la juntura 18 en la que se combina
con el flujo presurizado de dióxido de carbono. La mezcla de
producto líquido y dióxido de carbono pasa entonces a un mezclador
en línea 28 el cual comprende esencialmente un conducto con un
fuerte deflector que mezcla completamente las corrientes del
producto líquido y del dióxido de carbono. Por supuesto, se pueden
emplear otros mezcladores que logren un nivel deseado de mezcla de
producto líquido/dióxido de carbono. La mezcla líquida sale del
mezclador en línea 28 y se presuriza a su vez por la acción de una
bomba 30 a la presión del proceso.
Dependiendo de la alimentación del producto
líquido específico, la presión del proceso variará adecuadamente. Se
prefiere que la presión del proceso esté dentro del intervalo de
20,7 bar a 1.379 bar (300 psia a 20.000 psia). Si se procesa el zumo
de naranja como alimento líquido, un intervalo preferido de presión
es aproximadamente de 120,7 bar a aproximadamente 151,7 bar
(aproximadamente 1.750 psia a aproximadamente 2.200 psia).
Una vez que la mezcla líquida sale de la bomba
30, entra en una zona de reacción 32 que es de un tamaño y una
longitud adecuados para proporcionar el tiempo de contacto (o
residencia) suficiente para que el dióxido de carbono y el producto
líquido interaccionen de una forma que reduzca los microorganismos
y/o inactive las enzimas indeseables presentes en el producto
líquido. El tiempo de residencia seleccionado dependerá del producto
líquido a procesar y de su velocidad de flujo, así como del tamaño y
longitud de la zona de reacción. Se prefiere que el tiempo de
residencia de la zona de reacción esté en el intervalo de
aproximadamente 1,0 a aproximadamente 15,0 minutos.
Por ejemplo, para procesar el zumo de naranja, a
una velocidad de flujo de 20-200 ml/min en una zona
de reacción que tiene una longitud de aproximadamente 6,10 m (20
pies) y un tamaño de tubería de aproximadamente 7,9 mm de diámetro
interior (I.D.), el tiempo de residencia preferido es
aproximadamente 1,5 a 13,0 minutos, y más preferiblemente
aproximadamente 3,0 minutos de tiempo de residencia.
Conforme la corriente de mezcla líquida sale de
la zona de reacción 32, entra en una o más cámaras de interacción 34
(opcional) en las que se aplican fuerzas de cizalladura altas las
cuales permiten una ruptura de la pared de la célula microbiana en
la mezcla líquida. Tal acción permite una mayor reducción de las
poblaciones microbianas en la mezcla líquida. Las cámaras de
interacción de alta cizalladura que son adecuadas para su inclusión
en este procedimiento son fabricadas por Microfluidics International
Corp., Newton, Massachusetts.
En esta etapa, la mezcla de producto
líquido/dióxido de carbono se debe despresurizar de tal manera que
se evite la congelación del producto líquido (debido al efecto de
enfriamiento Joule-Thompson de expansión del dióxido
de carbono). Si la presión desciende a la ambiental en una o dos
etapas, se necesita un gran intercambio de calor o aplicación de
calor suplementario. Si se añade demasiado calor a la mezcla,
ocurrirán daños en el producto líquido, bien en sus características
de sabor o bien en su composición. También, se pueden arrastrar
volátiles importantes tales como componentes del sabor. Por
consiguiente, se ha encontrado que se debe tener un cuidado
considerable durante la acción de despresurización para mantener la
mezcla líquida entre dos límites. El límite inferior es el punto de
congelación de la mezcla líquida y el punto límite superior es la
temperatura máxima a la cual se puede someter al producto líquido,
sin causar daño al producto.
En el caso del zumo de naranja, la temperatura
máxima es aproximadamente 60ºC y la temperatura mínima es
aproximadamente 0ºC. Por consiguiente, al elegir un esquema de
reducción de presión, se sigue un diagrama de entalpía/presión para
el dióxido de carbono, para determinar la presión óptima y la
temperatura de calentamiento requerida durante las etapas de
reducción de presión plural, al mismo tiempo que se preserva el zumo
de naranja (en este ejemplo) de una temperatura a la cual se
perjudicaría su sabor y su punto de congelación. Se ha determinado
que al menos se requieren dos etapas de despresurización, aunque se
prefiere que sean al menos tres etapas.
Volviendo a la figura, la primera etapa de
despresurización incluye un controlador de presión 36, tal como un
regulador de contrapresión, seguido por un intercambiador de calor
38. Asumiendo que el producto líquido que se procesa es zumo de
naranja y que la presión del proceso dentro de la zona de reacción
32 y de la cámara de interacción 34 es aproximadamente 137,9 bar
(2.000 psia), una primera etapa de despresurización 35 reduce la
presión de la mezcla líquida a aproximadamente 42,4 bar (600 psia) y
aplica suficiente calor a través del intercambiador de calor 38 para
mantener la mezcla líquida en aproximadamen-
te 30ºC.
te 30ºC.
Una segunda etapa de presurización 40 incluye un
controlador de presión 42 y un intercambiador de calor 44 los
cuales, en combinación, reducen la presión de la mezcla líquida a
aproximadamente 17,2 bar (250 psia) y mantienen su temperatura en
aproximadamente 30ºC. Una etapa final de despresurización 46 incluye
solamente un controlador de presión 48 para reducir la presión de
la mezcla líquida al punto en el que el dióxido de carbono de la
fase densa se vaporizará y se puede separar de los productos
líquidos al mismo tiempo que se minimizan las pérdidas de
componentes volátiles importantes. En la realización mostrada en la
figura, no se requiere intercambiador de calor después del
controlador de presión 48, sin embargo, se puede proporcionar uno,
si se necesita, para mantener la mezcla líquida dentro del intervalo
de temperatura requerido.
Conforme la mezcla líquida sale del controlador
de presión 48, entra en un recipiente separador de producto
líquido/dióxido de carbono 50 u otro dispositivo de recogida de
presión reducida. Ahí, el vapor de dióxido de carbono se separa del
producto líquido, se captura y se pasa a través de un filtro 52, un
medidor de flujo 54 (si se necesita), y se descarga bien a la
atmósfera o bien se pasa a través de una etapa de presurización (no
mostrada) para su reciclado de vuelta al depósito de almacenamiento
de dióxido de carbono 10. El pozo de producto líquido 56 se puede a
continuación vaciar a través de la válvula 58 para procesamientos
posteriores y/o su uso.
Tiene que entenderse, que el método de proceso
continuo mostrado en la figura se ha hecho factible por las
múltiples etapas de despresurización las cuales permiten que la
mezcla líquida se mantenga dentro de los límites de temperatura
citados anteriormente. Como resultado, se consigue un proceso
continuo para la reducción de la actividad enzimática y/o
microbiana al mismo tiempo que se supera el principal problema de la
técnica anterior, es decir, el procesamiento por lotes, el cual es
un procedimiento de procesamiento no rentable y no deseado en el
ámbito co-
mercial.
mercial.
Si el gas de dióxido de carbono tiene que
reciclarse, se prefiere que se pase a través de un filtro
coalescente para separar las gotitas del producto líquido procesado.
Después de esto, el gas se vuelve a condensar a estado líquido
pasando a través de un intercambiador de calor condensador. Además,
para asegurar la separación del dióxido de carbono disuelto en el
producto líquido procesado, se puede incluir un separador de
producto líquido/dióxido de carbono corriente abajo a partir del
depósito separador 50 por medio de desaireación.
El gas resultante, que permanece después del
procesamiento, puede llevar aromas y/o sabores apreciables
adicionales. Para recuperar y separar tales aromas o sabores, se
puede utilizar un método tal como la condensación o la
absorción.
Se debe entender que la descripción citada
anteriormente es solamente ilustrativa de la invención. Se pueden
idear alternativas y modificaciones por los expertos en la técnica
sin apartarse de la invención.
Claims (10)
1. Un método continuo para reducir los
microorganismos en un producto líquido, comprendiendo dicho método
las etapas de:
a) combinar un flujo presurizado de dicho
producto líquido con un flujo de dióxido de carbono líquido
presurizado para crear una mezcla presurizada en estado de flujo,
estando dicho dióxido de carbono a una presión suficiente para
mantenerlo en estado líquido y a una temperatura que no congela
dicho producto líquido;
b) fluir dicha mezcla presurizada a través de una
zona de reacción durante un tiempo suficiente para reducir los
microorganismos en dicho producto lí-
quido;
quido;
c) alimentar dicha mezcla presurizada desde dicha
zona de reacción a través de una pluralidad de etapas de expansión
en las que la presión de dicho flujo de mezcla se disminuye para
vaporizar el dióxido de carbono líquido en dicho flujo de mezcla;
y
d) aplicar calor en al menos algunas de dichas
etapas de expansión a dicho flujo de mezcla para impedir que un
enfriamiento de dicho dióxido de carbono cause una congelación de
dicho producto líquido.
2. El método continuo que se describe en la
reivindicación 1, en el que la etapa d) mantiene una temperatura de
dicha mezcla dentro del intervalo entre la temperatura de
congelación de dicho producto líquido y aproximadamente 60ºC.
3. El método continuo que se describe en la
reivindicación 1, en el que la etapa c) alimenta dicho flujo de
mezcla a través de dos o más etapas de expansión para vaporizar
dicho dióxido de carbono líquido.
4. El método continuo que se describe en la
reivindicación 1, en el que la etapa a) alimenta dicho flujo
presurizado de dicha mezcla en dicha zona de reacción a una presión
dentro del intervalo de aproximadamente 20,7 bar a aproximadamente
1.379 bar (aproximadamente 300 psia a aproximadamente 20.000
psia).
5. El método continuo que se describe en la
reivindicación 1, en el que la etapa b) mantiene dicho flujo
presurizado de dicha mezcla en dicha zona de reacción durante un
periodo de tiempo desde aproximadamente 5 segundos a aproximadamente
30 mi-
nutos.
nutos.
6. El método continuo que se describe en la
reivindicación 1, en el que dicho producto líquido es un producto
alimenticio y dicho método inactiva una o más enzimas
indeseables.
7. El método continuo que se describe en la
reivindicación 1, en el que dicho producto líquido es un producto de
zumo líquido; en el que dicho método es para inactivar una o más
enzimas indeseables en dicho producto de zumo líquido; en el que, en
la etapa b), el tiempo de contacto es aproximadamente de 1,0 a
aproximadamente 15 minutos para inactivar dichas una o más enzimas
indeseables; y en el que, en la etapa c), la presión de dicho flujo
de mezcla se disminuye a aproximadamente 137,9 bar (2.000 psia).
8. El método continuo que se describe en la
reivindicación 7, en el que el zumo es un zumo vegetal o de frutas y
en el que el tiempo de contacto en la etapa b) es de aproximadamente
1,5 a aproximadamente 13 minutos.
9. El método continuo que se describe en la
reivindicación 7, en el que la etapa d) mantiene la temperatura de
dicha mezcla dentro del intervalo entre la temperatura de
congelación de dicho producto de zumo líquido y aproximadamente
30ºC.
10. El método continuo que se describe en la
reivindicación 8, en el que dicho zumo es zumo de naranja, dicho
tiempo de contacto es aproximadamente 3,0 minutos, y en el que la
etapa d) mantiene una temperatura de dicha mezcla de aproximadamente
30ºC.
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
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