ES2273897T3 - Procedimiento y dispositivo de esterilizacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de esterilización de un líquido y/o de un objeto sólido sumergido en un líquido, que comprende la etapa o las etapas de calentar un líquido a una temperatura de tratamiento inferior a una temperatura necesaria para la esterilización mediante pasteurización, y de aplicar un campo eléctrico de 102 V/cm a 104 V/cm, caracterizado porque se somete el líquido y/o el objeto a vibraciones acústicas durante la aplicación del campo eléctrico.
Description
Procedimiento y dispositivo de
esterilización.
La invención se refiere a un procedimiento de
esterilización de un líquido o de un objeto sólido en contacto con
un líquido, y a un dispositivo para la realización de este
procedimiento.
La invención se refiere en particular a un
procedimiento de esterilización de una disolución acuosa, así como
de superficies en contacto con este líquido, contaminadas en
particular mediante levaduras o mohos.
Se conocen varios métodos de esterilización de
un líquido, así como de superficies en contacto con este líquido.
Uno de los métodos consiste en el uso de radiaciones penetrantes,
tales como rayos ultravioletas, rayos X, rayos \gamma y rayos
\beta. Las radiaciones UV son relativamente lentas y no permiten
tratar zonas de sombra. Son susceptibles además de modificar el
estado de la estructura de las moléculas cuyas energías de
excitación son menores que 2eV. Las otras radiaciones ionizantes son
frecuentemente nocivos para el producto debido a que pueden
modificar sus propiedades fisicoquímicas, destruir algunas
moléculas, o crear estados excitados que pueden perjudicar la salud
de los consumidores (véanse Bernard D. T., Gravin A., Scout V.N.,
Shafer B. D., Stevenson K. E., Unverferth I. A. y Chandarana D. I.
"Validation of Aseptic Processing and Packaging". Food
Technology, 1990, 12 p.
119-122).
119-122).
Otros procedimientos de esterilización bien
conocidos usan productos químicos para destruir los microorganismos.
El uso de productos químicos de desinfección o de esterilización
está extremadamente controlado, debido a los efectos nefastos de
algunos productos sobre el medioambiente y la salud de los
consumidores. En la industria alimenticia por ejemplo, la tendencia
es la reducción, incluso la eliminación, de productos
conservantes.
Los procedimientos de esterilización térmicos,
tales como la pasteurización, están muy extendidos, pero tienen la
desventaja de deteriorar los productos, lo que puede llevar,
respecto a los productos alimentarios, a una modificación de sus
propiedades sensoriales y nutritivas, y a la reducción de las
vitaminas, tal como la vitamina C.
La pasteurización se efectúa normalmente a
temperaturas por debajo de 75ºC, y se mantiene frecuentemente por
encima de 90ºC durante más de 60 segundos.
El procedimiento de esterilización descrito en
la publicación WO 97/19707 consiste en generar electroquímicamente
componentes bactericidas, a saber el hipoclorito de sodio. Este
procedimiento altera asimismo las propiedades del líquido a
esterilizar.
Para evitar los inconvenientes de los
procedimientos antes citados, se desarrollaron procedimientos
mecánicos destinados a destruir los microorganismos sin deteriorar
las propiedades fisicoquímicas de los líquidos. Estos
procedimientos se basan en la creación de una diferencia de presión,
por ejemplo ultrasonidos, ondas de choque o muy altas presiones,
entre el interior de los microorganismos y el exterior, para hacer
estallar sus membranas externas. Estos procedimientos son muy
complejos y caros.
Existen también procedimientos basados en la
creación de campos eléctricos y electromagnéticos que están todavía
en estado de desarrollo y que se argumentan, por ejemplo, en los
documentos:
- -
- Le Tinier Y. "Stabilisation microbiologique des aliments par champs électrique pulsés". Cursos internacional de microbiología y dominio de la seguridad de los alimentos (4-15 de mayo de 1998) Instituto Pasteur de Lille, 1998; y
- -
- Sitzmann E., Munch E. W. "Elektrische Hochspannungsimpulse zur Abtötung von Mikroorganismen in pumpfâhigen Nahrungsmitteln". Die Molkerei-Zeitung, 42. Jahrgang, V 48, 1998.
Los microorganismos se destruyen mediante
electroporación irreversible de la membrana que les envuelve,
mediante el efecto de campos eléctricos de alta densidad (HDEF).
Estos procedimientos, que se proponen principalmente para la
esterilización de bebidas, necesitan campos eléctricos de una
magnitud del orden de 10^{5} a 10^{6} V/cm que actúa mediante
uno o varios impulsos cuya duración es del orden de 10^{-5} a
10^{-6} s. El volumen de líquido que se trata es muy pequeño, del
orden de algunos mm^{3}, debiendo fluir el líquido entre un
extremo de un primer electrodo y un segundo electrodo, siendo el
espacio entre los electrodos de menos de un milímetro, hasta
algunos milímetros. Además de ser un procedimiento relativamente
costoso, el potencial eléctrico muy alto puede modificar las
propiedades fisicoquímicas del líquido mediante degradación de
algunas moléculas.
Todos los procedimientos citados anteriormente,
aparte de los procedimientos que usan radiaciones penetrantes y el
procedimiento mecánico que usa ultrasonidos, no se pueden usar una
vez que el líquido está en un recipiente herméticamente
cerrado.
En el documento US nº 4.695.472, se describe un
procedimiento de esterilización de alimentos líquidos mediante
impulsos eléctricos secuenciales de al menos 5 kV/cm hasta 25
kV/cm.
En vista de los inconvenientes de los
procedimientos convencionales, uno de los objetivo de la invención
es realizar un procedimiento de esterilización de un líquido o de
un objeto sólido sumergido o en contacto con un líquido, que no
altere o altere poco las propiedades fisicoquímicas del líquido o
del sólido. Resulta ventajoso realizar un procedimiento de
esterilización que permita tratar grandes volúmenes de líquidos, de
manera económica.
Resulta muy ventajoso poder esterilizar
simultáneamente el líquido, así como un recipiente herméticamente
cerrado que contiene este líquido, u otras superficies en contacto
con el líquido.
Asimismo, resulta ventajoso poder esterilizar el
líquido contenido en un recipiente convencional usado en la
industria alimenticia, tal como un recipiente de PET.
Resulta ventajoso, además, poder esterilizar un
líquido sin alteración de las cantidades nutritivas, y en
particular de las vitaminas naturales.
Otro objetivo de la invención es realizar un
dispositivo para la realización de un procedimiento de
esterilización que no degrade, o que degrade poco, las propiedades
fisicoquímicas de un líquido o de un sólido en contacto con un
líquido. Resulta ventajoso además realizar un dispositivo que
permita esterilizar un gran volumen de líquido de manera
económica.
Los objetivos de la invención se alcanzan
mediante un procedimiento de esterilización de un líquido o de
objetos sólidos en contacto con un líquido según la reivindicación
1, y un dispositivo según la reivindicación 17 para la realización
de este procedimiento.
En la presente invención, un procedimiento de
esterilización de un líquido o de objetos sólidos en contacto con
un líquido comprende la etapa o las etapas de calentamiento del
líquido y de aplicación de un campo eléctrico de magnitud del orden
de 10^{2} V/cm o más.
En un procedimiento según la invención se pueden
añadir, ventajosamente, vibraciones acústicas, preferentemente en
el intervalo de frecuencias de ultrasonidos, durante el tratamiento
de esterilización.
Uno de los resultados sorprendentes de la
invención es que basta con aplicar un campo eléctrico relativamente
bajo para destruir los microorganismos, si el líquido a esterilizar
se calienta a una temperatura superior a una temperatura umbral
T_{s}, siendo la temperatura umbral muy inferior a la temperatura
necesaria para una esterilización mediante efecto térmico solo, es
decir, mediante pasteurización.
Otro resultado sorprendente de la invención es
que la adjunción de vibraciones acústicas durante el procedimiento
de tratamiento de esterilización refuerza el efecto de destrucción
de los microorganismos, y permite disminuir la temperatura a la que
se efectúa el tratamiento.
Se ha descubierto que la temperatura umbral
T_{l} (sin aplicación de vibraciones), para la mayoría de los
microorganismos, se sitúa entre aproximadamente 60 y 75ºC. Se ha
descubierto que la adjunción de vibraciones acústicas permite bajar
la temperatura de tratamiento de aproximadamente 10 hasta 30ºC.
Otra ventaja importante de la invención es que
la duración del procedimiento para destruir los microorganismos es
muy baja. En algunos casos, la duración puede ser incluso de una
magnitud del orden de un segundo o menos.
Las ventajas de un procedimiento según la
invención son considerables. En primer lugar, se puede fácilmente
producir y aplicar un campo eléctrico de una magnitud del orden de
10^{2} a 10^{3} V/cm a un volumen de líquido relativamente
grande, tal como un volumen de un litro contenido en una botella
cilíndrica convencional usada en la industria alimenticia. En
segundo lugar, la duración muy corta de esterilización reduce el
tiempo y, por lo tanto, el coste de producción de líquidos
esterilizados, en particular respecto al tratamiento de grandes
volúmenes, ya sea que estén contenidos en recipientes o no, sin
degradar las propiedades fisicoquímicas del líquido. En tercer
lugar, la esterilización se puede efectuar en el caso de líquidos
contenidos en recipientes herméticamente cerrados, e incluso en
recipientes de materia plástica, tal como PET, que soporta las
temperaturas que están comprendidas hasta aproximadamente 75ºC. En
cuarto lugar, la esterilización se puede efectuar para líquidos de
alta viscosidad o que contienen partículas o proteínas en
suspensión, sin riesgo de coagulación.
El procedimiento según la invención permite
esterilizar las superficies de objetos sólidos sumergidos o en
contacto con un líquido, sin modificar las propiedades
fisicoquímicas de los objetos sólidos.
Productos alimenticios líquidos, tales como
bebidas, pueden ser, por lo tanto, esterilizados después de la
operación de rellenado en una botella u otro recipiente
herméticamente cerrado. Los recipientes y tapas o capuchones no
deben de esterilizarse previamente, debido a que el procedimiento
según la invención esteriliza también las superficies en contacto
con el líquido. Para eso, el recipiente se hace girar de manera que
el líquido barra toda la superficie interna del recipiente durante
el procedimiento de esterilización. En el caso particular de una
esterilización de líquido en botellas esencialmente asimétricas,
basta con, por ejemplo, hacer girar la botella alrededor de su eje
de simetría, estando la botella dispuesta, por ejemplo, de manera
que este eje de simetría sea aproximadamente horizontal.
El campo eléctrico se puede producir mediante
una fuente de corriente continua, alterna o de alta densidad, o
mediante ondas electromagnéticas, en particular microondas.
Preferentemente, el campo eléctrico aplicado al líquido es de una
magnitud del orden de 10^{3} V/m, y la temperatura del líquido es
de aproximadamente 62º hasta 75ºC, mantenida durante un tiempo de
al menos 0,3 s.
El líquido se puede precalentar a una
temperatura inferior a 62ºC antes de la etapa de calentamiento hasta
la temperatura de esterilización y de la aplicación del campo
eléctrico. Después de esta etapa de esterilización, el líquido se
puede enfriar rápidamente, por ejemplo, mediante un dispositivo de
intercambio de calor que recupera una parte de la energía de calor
y la usa para precalentar el líquido al principio del proceso.
La fuente de calor para alcanzar la temperatura
del líquido a 62ºC o más puede ventajosamente ser del mismo tipo
que la fuente de energía eléctrica que aplica el campo eléctrico.
Una fuente de microondas puede, por ejemplo, por una parte,
calentar el líquido, y, por otra parte, crear un campo eléctrico que
se puede ajustar en función de la longitud de onda y de la potencia
según las características del líquido a esterilizar, y en
particular su conductividad, así como las dimensiones y formas del
recipiente, y la velocidad de desplazamiento del líquido en
el
campo.
campo.
La creación de un campo eléctrico y el
calentamiento se pueden efectuar también mediante inducción
electromagnética, tal como la producida mediante espiras de un
conductor alimentado con corriente eléctrica a impulso unipolar o
alternativa. La aplicación del campo eléctrico se puede efectuar
también mediante dos electrodos, dispuestos a ambos lados de un
volumen de líquido a esterilizar. La diferencia de potencial,
continuo o alternativo, entre electrodos, produce el campo
eléctrico. La tensión aplicada a los electrodos depende, entre
otras, de la distancia que separa los electrodos y de las
características dieléctricas/conductoras del líquido a
esterilizar.
Otros objetivos y aspectos ventajosos de la
invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de las
reivindicaciones, de la descripción y de los ejemplos siguientes,
así como de los dibujos adjuntos, en los que
la Fig. 1 es un esquema simplificado de un
dispositivo para la realización de un procedimiento según la
invención;
la Fig. 2 es una vista simplificada en
perspectiva de una primera variante de una parte del dispositivo
para la aplicación de un campo eléctrico a un líquido y a un
recipiente a esterilizar;
la Fig. 3 es una vista de otra variante de una
parte del dispositivo para la aplicación de un campo eléctrico a un
líquido y a un recipiente a esterilizar;
la Fig. 4 es una vista de otra variante de una
parte del dispositivo para la aplicación de un campo eléctrico a un
líquido y a un recipiente a esterilizar;
la Fig. 5 es una vista de otra variante de una
parte del dispositivo para la aplicación de un campo eléctrico a un
líquido y a un recipiente a esterilizar;
la Fig. 6 es otra variante de una parte del
dispositivo para la aplicación de un campo eléctrico a un líquido a
esterilizar;
la Fig. 7 es un gráfico que muestra el campo de
uso de temperatura y de tiempo de esterilización de la invención, y
de un método convencional de pasteurización;
la Fig. 8 es una sección esquemática de una
mezcladora para alimentar el líquido a esterilizar mediante un
aditivo que permite variar la inercia térmica media del líquido,
formando parte esta mezcladora de un dispositivo de realización del
procedimiento según la invención;
la Fig. 9 es una sección esquemática de una
parte del dispositivo para la aplicación de un campo eléctrico que
comprende un intercambiador de calor para el mantenimiento del
líquido a esterilizar a una temperatura especificada;
la Fig. 10 es una perspectiva en sección de otra
variante de una parte del dispositivo para la aplicación de un
campo eléctrico a un líquido a esterilizar;
la Fig. 11 es un esquema simplificado de una
estación de esterilización de un dispositivo para la realización de
un procedimiento según la invención; y
la Fig. 12 es una vista de un difusor de
microondas usado en el dispositivo de la Fig. 11.
Refiriéndose en primer lugar a la Fig. 1, un
dispositivo 1 para la esterilización de un líquido 2, contenido, en
este ejemplo, en un recipiente 3 herméticamente cerrado, comprende
un sistema cinemático 4 para el posicionamiento y el desplazamiento
de un producto líquido 2 y del recipiente 3 en las distintas etapas
de tratamiento del dispositivo, una etapa de calentamiento 5, una
etapa de esterilización 6, y una etapa de enfriamiento 7, estando
las etapas dispuestas a lo largo de un sistema cinemático 4.
La etapa de calentamiento 5 puede comprender
elementos que calienten, para calentar el recipiente 3 mediante
convección y/o radiación infrarroja a una temperatura, por ejemplo,
del orden de 20 a 60ºC. El elemento de calentamiento puede asimismo
pertenecer a un intercambiador de calor que comprende la etapa de
enfriamiento 7, recuperando esta última la energía de calor latente
del líquido esterilizado 2' aguas abajo de la etapa de
esterilización 6. Las etapas de calentamiento o de enfriamiento
están, en este caso, unidos mediante conductos 8. Siendo bien
conocido el principio de tales intercambiadores de calor, no es
necesario describirlo más detalladamente. Sin embargo, se debe
observar que un intercambiador de calor permitirá recuperar hasta
aproximadamente 40 a 90% de la energía usada para el
calentamiento.
Otra ventaja de este sistema es que el
precalentamiento del líquido disminuye la potencia a suministrar
mediante la etapa de esterilización 6 y/o el tiempo de
esterilización. El enfriamiento rápido del líquido después de la
esterilización permite no sólo ahorrar energía, sin también reducir
los efectos de degradación de las propiedades fisicoquímicas del
líquido debido a la temperatura. En este aspecto, es importante
observar que la degradación de vitaminas o de otros elementos
nutritivos es función de la temperatura y del tiempo durante el cual
el líquido se mantiene a esta temperatura.
Frente a los procedimientos térmicos tal como la
pasteurización, que necesita normalmente una temperatura de más de
90ºC para algunos líquidos esencialmente acuosos durante
aproximadamente 60 segundos, el procedimiento según la invención es
muy ventajoso debido a que la esterilización necesita menos de un
segundo a una temperatura de aproximadamente 62 a 75ºC. Los efectos
de la temperatura dependen solamente de la eficacia de las etapas
de calentamiento, y en particular de enfriamiento.
La etapa de esterilización 6 comprende una
fuente de energía eléctrica para alimentar un elemento que produce
un campo eléctrico o electromagnético que puede generar un campo
eléctrico de aproximadamente 10^{3} V/cm en el líquido 2,
atravesando la estación de esterilización. En el ejemplo de la Fig.
1, el campo eléctrico se produce mediante un elemento de inducción
9 que, por una parte, calienta el líquido y, por otra parte, aplica
un campo eléctrico de una amplitud del orden de 10^{3} V/cm. El
calentamiento mediante inducción del líquido necesita que este
líquido sea conductor, tal como agua que contiene electrolitos, en
particular sales, incluso en baja cantidad. El calentamiento
mediante inducción necesita también una fuente de corriente
alternativa, preferentemente de alta frecuencia, por ejemplo de una
magnitud del orden de 10^{6} Hz o más. La etapa de
esterilización 6 comprende además un sensor de temperatura 10 unido
a un circuito de control 11 de la fuente de corriente 1 para
ajustar el aporte de energía y, por lo tanto, el calentamiento del
líquido.
A título de ejemplo, para calentar un litro de
agua en 0,3 s, de 30ºC hasta 70ºC, se necesita una potencia de
aproximadamente 500 kW.
Para asegurar una distribución de temperatura
homogénea en el líquido a esterilizar, el sistema cinemático 4
tiene un dispositivo de rotación de los recipientes 3 que permite,
por una parte, mezclar el líquido en el interior del recipiente y,
por otra parte, hacer girar el líquido en el campo eléctrico o
electromagnético. El recipiente 3 atraviesa la etapa de
esterilización 6 durante su rotación, de manera que el campo
eléctrico o electromagnético se aplica homogéneamente sobre todo el
líquido que atraviesa el generador de campo 9. Debido al muy corto
tiempo de esterilización, la rotación se puede efectuar
preferentemente a aproximadamente 1000 rpm.
Se pueden aplicar otros movimientos al
recipiente 3 para aumentar la transferencia de calor mediante
convección forzada en el interior del recipiente. El principio del
dispositivo y del procedimiento descrito aquí arriba, también se
puede aplicar a un líquido que no esté en un recipiente hermético,
sino, por ejemplo, en un conducto que atraviesa el dispositivo,
fluidizando el líquido en continuo a través de este conducto, y
pudiendo ser agitado o puesto en rotación mediante alabes u otros
elementos mecánicos en el conducto, actuando sobre el fluido del
líquido a través de este conducto. En tal sistema, es posible añadir
aditivos 11, por ejemplo perlas de vidrio, o un polvo químicamente
neutro e indisoluble, en una mezcladora 12 con el líquido a
esterilizar 2, lo que permite modificar la inercia térmica media
del líquido, en especial reducirla, a fin de poder calentar y
enfriar el líquido más rápidamente. Esto se ilustra en la Fig. 8,
que muestra esquemáticamente las etapas de calentamiento 5 y de
enfriamiento 7, así como la etapa de esterilización 6 dispuesta a lo
largo de un conducto 13 que lleva el líquido a esterilizar 2
mezclado con el aditivo 11. Aguas debajo de la etapa de enfriamiento
7, existe una etapa de separación 14, por ejemplo un filtro, que
divide el líquido estéril 2' del aditivo 11.
En lugar de tener un elemento a inducción para
el calentamiento y la aplicación del campo eléctrico, también se
pueden suministrar microondas, que son absorbidas mediante el
líquido 2 que atraviesa una guía de ondas 15, tal como se muestra
en la Fig. 2. El recipiente 3 atraviesa, mediante agujeros 16, 17,
la guía de ondas 15 ortogonalmente para asegurar que la energía de
microondas sea absorbida por el líquido. La distancia del centro
del líquido del extremo 18 de la guía de ondas 15 es un factor de
cifra impar del cuarto de la longitud de ondas (\lambda/4, 3
\lambda/4, 5 \lambda/4, etc.).
En la Fig. 3, un conducto 13 atraviesa la guía
de ondas 15 en el que fluye un líquido a esterilizar 2 o,
alternativamente, una disolución conductora en la que se sumergen
recipientes 3', de forma cualquiera, y que contiene el líquido a
esterilizar. Preferentemente, el líquido en el conducto 13 tiene
propiedades similares a las del líquido a esterilizar contenido en
el recipiente 3'. Esto permite esterilizar recipientes de pequeño
tamaño y/o de cualquier forma, por ejemplo, que tiene embalajes
flexibles, permitiendo al líquido en el conducto 13 un control
preciso de la temperatura, y la aplicación de un campo eléctrico en
el líquido a esterilizar.
Además del elemento de inducción 9 o de la guía
de ondas 15, el generador de campo eléctrico o electromagnético
puede tener muchas formas distintas, por ejemplo, dos electrodos
anulares 18, 19 coaxiales, pero separados mediante una cierta
distancia, tal como se muestra en la Fig. 4, o un par de electrodos
18', 19' a ambos lados del líquido a esterilizar, tal como se
muestra en la Fig. 5. Esta variante se adapta bien a los recipientes
de forma paralelepípeda, tales como los "tetrabrik" de
leche o de zumo de fruta.
En la variante de la Fig. 6, el generador de
campo eléctrico o electromagnético comprende un electrodo en forma
de hilo o de varilla que constituye un electrodo interno 18'',
alrededor del cual se dispone, coaxialmente, un electrodo externo
19'', sirviendo el espacio entre los electrodos para el paso del
líquido a esterilizar a través de un conducto 13''. En las
variantes de las Figuras 4 a 6, se puede asimismo aplicar un campo
eléctrico generado mediante una tensión continua entre los
electrodos, siendo el líquido llevado a la temperatura de
esterilización, es decir, de 60 hasta 75ºC, mediante la etapa de
calentamiento 5, o bien se puede aplicar una tensión alternativa de
alta frecuencia que permite calentar y, simultáneamente, aplicar el
campo eléctrico al líquido.
La Fig. 9 muestra una sección de un dispositivo
en el que la aplicación del campo eléctrico se efectúa mediante un
sistema de electrodos externos 18', 19', alimentados mediante una
fuente de electricidad 6 de alta frecuencia. Un intercambiador de
calor 20 permite enfriar el líquido a esterilizar 2 durante el
periodo de aplicación del campo eléctrico, para evitar un
calentamiento superfluo del líquido 2 debido al paso de la corriente
de alta frecuencia a través de este líquido.
La Fig. 10 muestra una parte de una etapa de
esterilización que usa microondas, similar a la variante de la Fig.
3, para calentar y esterilizar un líquido a esterilizar 2. Esta
variante comprende una guía de ondas 15' atravesada por un conducto
13' en el que el líquido a esterilizar 2 fluye desde abajo 21 hasta
arriba 22.
La guía de ondas 15' comprende una parte de
entrada 24 y una parte de recinto 25 en el interior del cual se
disponen o se forman uno o varios reflectores 26. Estos reflectores
pueden estar formados directamente en la pared de la parte de
recinto metálico 25, o estar montados como piezas separadas en el
interior de la parte de recinto. Los reflectores pueden estar en
forma generalmente esférica, y sirven para reflejar las microondas
en el interior de la parte de recinto 25 a fin de distribuir estas
microondas de manera relativamente uniforme en el volumen del
recinto.
El conducto puede comprender una parte en
serpentín 23, dispuesto en la parte de recinto 25 del guía de ondas.
El conducto 13' puede ser un material que absorba débilmente la
radiación de microondas, por ejemplo, cuarzo, teflón o polietileno,
de manera que la energía de las microondas se absorba principalmente
mediante el líquido a esterilizar 2. El líquido a esterilizar se
desplaza en el conducto 13' desde abajo hasta arriba, a fin de
impedir la formación y la estancación de burbujas gaseosas. La parte
de serpentín 23 permite aumentar la longitud del conducto, y por lo
tanto aumentar el tiempo de fluido del líquido a esterilizar a
través de la guía de ondas, de manera que el dispositivo sea muy
compacto. Esto permite asimismo al conducto 13' tener un pequeño
diámetro a fin de calentar, pero sobretodo enfriar, más rápidamente
el líquido a esterilizar.
La Fig. 11 muestra una etapa de esterilización 6
que comprende un generador de microondas 1' que transmite
microondas mediante una guía de ondas 27, y un sistema cinemático 28
para botellas u otros recipientes 3 llenos de un líquido a
esterilizar 2 y cerrados herméticamente. El sistema cinemático 28
comprende una parte de canal de tratamiento 29 que se extiende
entre una parte de canal de entrada 30 y una parte de canal de
salida 31. Las partes de canal de entrada y de salida están
provistas de dispositivos de pantalla de protección contra las
microondas 32. En esta forma de ejecución, los dispositivos de
pantalla de protección están en forma de torniquetes que comprenden
un eje de rotación 33 al que se fijan palas metálicas 34 en el
interior de una parte de canal esencialmente cilíndrico 35, cuyo
radio es el mismo que la longitud de las palas 32 salvo el espacio
necesario para la rotación de las palas. Las partes de canal de
entrada 30 y de salida 31 desembocan en la parte de canal
esencialmente cilíndrica, de manera que no estén en frente de la
parte de canal de tratamiento 29. Esta configuración permite
bloquear totalmente y de manera fiable un escape de microondas.
La guía de ondas 27 se muestra en la parte de
canal de tratamiento 29, y se separa de esta parte mediante una
pared de difusión 36 provista de ranuras 37. La configuración de las
ranuras se optimiza de manera que la radiación de las microondas
caliente todo el volumen del recipiente esencialmente de forma
uniforme. La velocidad del paso de los recipientes en la parte de
canal de tratamiento 29 se ajusta asimismo para que se llegue al
nivel de temperatura de tratamiento del líquido a esterilizar,
teniendo en cuenta la velocidad de paso de los recipientes en el
canal, así como la potencia de radiación de las microondas emitidas
por el generador 1'.
Los recipientes 3 se pueden desplazar mediante
un sistema de transportadores (no ilustrado) en el interior del
canal. En otra variante, para el tratamiento de botellas
esencialmente cilíndricas, la parte de canal de tratamiento 29 se
puede inclinar un ángulo \alpha permitiendo a los recipientes
rodar libremente a lo largo del canal. Este rodamiento no sólo
permite evitar el suministro de un mecanismo de desplazamiento, sino
también mezclar el líquido tratado mediante convección en el
interior del recipiente. Esto mejora la uniformidad del
calentamiento y, por lo tanto, del tratamiento mediante campo
eléctrico.
La invención es particularmente efectiva para
destruir los microorganismos de tipo mohos, tales como
Aspergillus niger, Byssochlamys nivea y Byssochlamys
fulva, y de tipo levaduras, tales como Saccharomyces
cerevisiae, contenidos tanto en el volumen del líquido como
presente previamente sobre las paredes del recipiente o sobre otros
objetos sólidos que se encuentran en el líquido. No se puede
detectar ninguna modificación de las propiedades fisicoquímicas del
líquido. En particular, el porcentaje de las vitaminas, tal como la
vitamina C, sigue siendo el mismo, y otras calidades fisicoquímicas
que determinan el gusto, el olor, el color o las propiedades ópticas
del líquido no están influidos por la esterilización según la
invención.
Se piensa que el efecto de esterilización según
la invención se basa en los efectos físicos siguientes.
La estructura de las moléculas lipídicas que
constituyen la membrana que envuelven los microorganismos se parece
a la de los grupos de moléculas de agua denominadas "clústeres"
y que existen en cualquier medio acuoso. La interacción de las
estructuras denominadas "clústeres" con las moléculas lipídicas
se rige mediante las uniones de hidrógeno. Estas estructuras se
pueden modificar disponiéndolas en un campo eléctrico. Si este
campo es lo bastante fuerte, hace coincidir las topologías de las
estructuras, provocando un debilitamiento local de las uniones
entre las moléculas lipídicas, llevando a rupturas de la membrana de
los microorganismos. Es el principio de la electroporación. Si el
campo eléctrico es lo bastante elevado, las rupturas de las
membranas son irreversibles, y los microorganismos son destruidos.
La amplitud del campo eléctrico debe de estar, sin embargo, entre
dos límites:
el límite superior, definido por la aparición de
micro-arcos en el líquido, es decir, la formación de
zonas de plasma que destruyen no solamente los microorganismos sino
que modifica también las propiedades fisicoquímicas del líquido;
y
el límite inferior, determinado por un valor del
campo eléctrico insuficiente para romper la membrana del
microorganismo de manera irreversible.
Un aspecto importante de la invención es que el
límite inferior del campo puede ser de una magnitud del orden de
10^{2} V/cm si la temperatura del líquido es más alta que la
temperatura umbral T_{l} de una magnitud del orden de
aproximadamente 60º a 75ºC, en ausencia de vibraciones acústicas. Se
piensa que, a esta temperatura, existe un efecto de resonancia
entre los "clústeres" de agua y los lípidos de las membranas,
de manera que la energía necesaria para debilitar localmente las
uniones entre las moléculas lipídicas puede ser relativamente baja,
debido a que es absorbida mediante las moléculas en resonancia en
lugar de ser disipada.
Se ha descubierto que la temperatura umbral
T_{l} a la que se efectúa la esterilización depende del
microorganismo, pero se sitúa en un intervalo de temperatura de 62º
a 75ºC, en ausencia de vibraciones acústicas, para campos
eléctricos de aproximadamente 10^{2} a 10^{3} V/cm, tal como se
ilustra en la siguiente tabla.
| Microorganismos | T_{l} |
| Saccharomyces cerevisiae | 62ºC |
| Aspergillus niger | 65ºC |
| Byssochlamys nivea | 72ºC |
| Byssochlamys fulva | 72ºC |
Se debe observar que el tiempo de aplicación del
campo eléctrico y de la temperatura necesaria para la esterilización
puede ser de menos de un segundo, lo que es muy ventajoso frente a
los procedimientos convencionales tales como la pasteurización. Se
observa también que existe una correlación entre el nivel de
temperatura alcanzado por el líquido, el tiempo del procedimiento y
el campo eléctrico presente.
Se ha descubierto asimismo que la esterilización
se puede efectuar a una temperatura inferior a la temperatura
umbral T_{l}, mediante adjunción de vibraciones acústicas, en
particular ultrasonidos, durante el procedimiento de tratamiento.
Los experimentos realizados en el ámbito de la invención han
permitido demostrar que la acción de los ultrasonidos refuerza el
efecto de destrucción de los microorganismos, y permite disminuir la
temperatura a la que se efectúa el tratamiento, mediante una
disminución \DeltaT_{u} de aproximadamente 10 a 30ºC. Las
vibraciones acústicas añaden al movimiento caótico de las moléculas
del líquido, debido a la energía térmica, un movimiento
ondulatorio, de manera que la energía necesaria para debilitar
localmente las uniones entre las moléculas lipídicas se ve
reducida.
La destrucción de un microorganismo mediante
campo eléctrico, mediante el procedimiento según la invención,
necesita un consumo enérgico \Delta. En el caso en el que el
procedimiento según la invención se aplica a un flujo de producto
líquido \Phi_{L}, la potencia de consumo N se determinará
mediante la fórmula:
N = N_{a} +
N_{T}
en la
que:
N_{a} es la potencia desarrollada para la
destrucción de los microorganismos en sí, y
N_{T} es la potencia desarrollada para
calentar el producto desde la temperatura inicial T_{0} hasta la
temperatura umbral T_{l}.
Para N_{a}, se obtiene la relación:
N_{a} =
\Phi_{L} \cdot X \cdot
\Delta
en la
que:
\PhiL es el flujo de producto tratado, y X es
la concentración de microorganismos por unidad de flujo.
Para N_{T} se obtiene:
N_{T} =
\Phi_{L} + C(T_{l} -
T_{0})
en la
que:
C es la capacidad térmica específica media del
producto.
En el caso en el que el procedimiento según la
invención se aplica a un flujo de contenedores hermetizados,
rellenos de producto a pasteurizar, se obtiene:
N = N_{a} +
N_{T}
en la
que:
N_{a} = V
\cdot X \cdot \Delta \cdot
\nu
y
N_{T} =
CV(T_{l} - T_{0}) \cdot
\nu
en las
que:
\nu es la frecuencia con la cual los
contenedores atraviesan la zona de campo eléctrico que trata,
V es el volumen de un contenedor,
C es la capacidad térmica específica media del
conjunto (contenedor y líquido).
El experimento mostró que, para una
concentración de microorganismos (levaduras, mohos) inferior a
10^{15} micro-
organismos/m^{3}, el valor óptimo de X \cdot \Delta es
organismos/m^{3}, el valor óptimo de X \cdot \Delta es
0,1 \leq X
\cdot \Delta \leq 0.6
(J/cm^{3})
Debido a que el efecto de los procedimientos
según la invención se basa sobre la coincidencia de las topografías
de dos estructuras, obtenidas mediante ajuste operado sobre el campo
eléctrico aplicado y el nivel de temperatura, se puede esperar
obtener un efecto selectivo, es decir, que actúan únicamente sobre
los cuerpos cuyas estructuras coinciden, a saber, los
microorganismos y los clústeres. Por lo tanto, no habrá ningún
efecto destructivo o modificante sobre las otras propiedades del
líquido, o sobre las moléculas presentes en ellas. Después del
tratamiento, el porcentaje de vitaminas (por ejemplo, vitamina C)
sigue siendo el mismo; las calidades fisicoquímicas que determinan
el gusto, el olor, el color, las propiedades ópticas, etc., no están
influidas por el tratamiento.
Por el contrario, es posible, usando el
procedimiento reivindicado, proceder a la desactivación de las
enzimas (contenidas en ciertos líquidos como, por ejemplo, los
zumos de naranjas) cuya estructura, nuevamente, es similar a la de
los clústeres del agua.
En este caso, la práctica muestra que, por
ejemplo, para un zumo de naranja recién exprimido, T_{S} \geq
70ºC y \psi \leq 2,5 (J/cm^{3}), en la que \psi es la
densidad de energía necesaria para desactivar las enzimas.
\newpage
De manera general, los ensayos efectuados para
desinfectar distintas disoluciones acuosas (zumo de frutos y de
verduras, limonadas, leche y producto lácteos, siropes, cerveza,
concentrados, bebidas deportivas, pastas, puré, salsa, etc.) han
mostrado, por ejemplo, que un tratamiento bajo un campo eléctrico de
aproximadamente 10^{3} V/cm, entre 60ºC y 75ºC, durante 0,3
segundos, permite una reducción de 10^{9} de la concentración de
mohos (Aspergillus niger, Byssochlamys nivea, Byssochlamys
fulva), y de las levaduras (Saccharomyces cerevisiae)
contenidos tanto en el volumen de líquido tratado como depositados
previamente sobre las paredes del recipiente y sobre objetos
sólidos (trozos de materiales de PET, pulpa de frutas y de
verduras). El procedimiento se puede efectuar en flujos
estacionarios o dinámicos.
La esterilización del líquido se confirmó
mediante valores de la amplitud del campo eléctrico aplicado que
están comprendidos entre 10^{2} V/cm y 10^{4} V/cm, sea la
corriente eléctrica continua, alterna, de baja frecuencia, de alta
frecuencia o de microondas.
Las muestras así desinfectadas se conservaron
durante más de tres meses a temperatura ambiente, no se observó
ningún indicio de reversibilidad, es decir de actividad de los
microorganismos destruidos. Por lo tanto, se puede hablar de una
destrucción irreversible de los microorganismos.
Las ventajas de esta invención son
considerables, debido a que permiten la esterilización de líquidos
ya llenados en recipientes herméticamente cerrados, sin tratamiento
de esterilización previa del recipiente o del líquido. Además, en
comparación con procedimientos de pasteurización convencionales, la
esterilización según la invención es extremadamente rápida, y
permite mantener las propiedades fisicoquímicas del líquido, y por
lo tanto evitar la adjunción de suplementos de vitaminas, algo
corriente en la industria alimenticia. Las ventajas son también
importantes incluso si el líquido no está contenido en un
recipiente, por ejemplo, un escurrimiento continuo del líquido, en
particular debido a que la esterilización se puede efectuar sin
intervención en el líquido, y con una cadencia importante.
Otra ventaja importante es el hecho de poder
aplicar la esterilización del líquido contenido en recipientes
tales como PET, y que no soportan las temperaturas elevadas de
pasteurización.
A título de ejemplo, se han comparado dos
métodos de desinfección de una botella PET rellena de un litro de
agua ligeramente azucarada o de zumo de manzana contaminado mediante
mohos "Byssochlamys fulva", a razón de 10^{9}
microorganismos/litro (botella). Después de rellenar, la botella se
cerró herméticamente mediante un tapón de polipropileno. Antes de
rellenar, el tapón y la superficie interna de la botella se
contaminaron a razón de 10^{6} microorganismos/cm^{2}. La
eliminación de los microorganismos de una magnitud del orden de
10^{6} m.o./litro mediante pasteurización necesitó el
calentamiento hasta 98ºC durante un minuto. En un procedimiento
según la invención, la esterilización se efectuó mediante
calentamiento con alta frecuencia, aplicando un campo eléctrico de
aproximadamente 10^{3} V/cm durante 0,3 s. A una temperatura del
líquido de 72ºC dando como resultado la destrucción de
microorganismos de una magnitud del orden de 10^{9}
m.o./litro.
La potencia a desarrollar para realizar el
procedimiento según la invención se puede calcular usando las
fórmulas mencionadas aquí arriba, tal como se muestra en los
siguientes ejemplos:
Producto tratado: zumo de manzanas
Temperatura inicial: T_{0} = 20ºC
Microorganismos a destruir = Saccharomyces
cerevisiae y Aspergillus niger
Temperatura umbral: T_{l} = 65ºC
Productividad del equipamiento: 1l/s
Tipo de flujo: flujo continuo
Concentración de los microorganismos: 10^{9}
microorganismos/litro (m.o./l)
Capacidad térmica media:
4,2.10^{6}.(J/m^{3}.grado)
Na_{máx} =
10^{-3}(m^{3}/s) \cdot 0.6 \cdot 10^{3}(kJ/m^{3}) = 0.6 \
kW
N_{T} =
10^{-3}(m^{3}/s) \cdot (65-20) grados \cdot 4.2
\cdot 10^{6} \cdot (J/m^{3} \cdot grado) = 189 \
kW
N_{máx} =
Na_{máx} + N_{T} = 189.6 \
kW
Igual que el ejemplo 1, salvo que la temperatura
inicial es: T_{0} = 60ºC
N_{T} =
10^{-3}(m^{3}/s) \cdot (65-60) grados \cdot 4.2
\cdot 10^{6} \cdot (J/m^{3} \cdot grado) = 21 \
kW
N_{máx} = 0.6
\
kW
N_{máx} = 21 +
0.6 = 21.6 \
kW
Producto tratado: botellas de PET (0,31) que
contienen zumo de naranjas con pulpa
Temperatura inicial: T_{0} = 20ºC
Microorganismos a destruir: Byssochlamys
fulva
Temperatura umbral: T_{l} = 75ºC
Productividad del equipamiento: 3 botellas/s
Concentración de los microorganismos: 10^{9}
m.o./l
Capacidad térmica media: 4,5 \cdot 10^{6}
\cdot(J/m^{3} \cdot grado)
Na_{máx} = 0.9
\cdot 10^{-3}(m^{3}/s) \cdot 0.6 \cdot 10^{3}(kJ/m^{3} \cdot grado)
= 0.54 \
kW
N_{T} = 0,9
\cdot 10^{-3}(m^{3}/s) \cdot (75-20)grados
\cdot 4.5 \cdot 10^{6} \cdot (J/m^{3} \cdot grado) = 222.75 \
kW
N_{máx} =
223.29 \
kW
Igual que en el ejemplo 3, con una recuperación
térmica de 95% (mediante intercambiador de calor)
N_{T} = 222,75
\cdot (1-0.95) = 11.15 \
kW
N_{máx} =
11.69 \
kW
Se ha ensayado un procedimiento según la
invención para cada tipo de microorganismos y a distintas
temperaturas, para determinar el límite de temperatura necesaria
para una esterilización efectiva, presentándose el resultado en los
siguientes ejemplos:
Recipiente: recipiente de PET de 0,1 litro,
previamente estéril
Altura: 1,5 cm
Diámetro: 10 cm
Fuente de corriente: HF 13,56 MHz. N_{máx} =
60 kW
Tiempo del procedimiento: \tau = 0,3 seg.
Amplitud del campo eléctrico: 10^{3} V/cm
Nivel inicial de contaminación: entre 7 \cdot
10^{8} y 1,2 \cdot 10^{9} m.o./100 ml
El método de enumeración del número de
microorganismos (m.o.) supervivientes se efectuó según métodos
estándares usados en el campo de la microbiología.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Según los resultados de aquí arriba, se observa
que la esterilización del líquido es completa (reducción de m.o. de
un factor logarítmico de 9) a temperaturas entre 65 y 75ºC,
dependiendo del tipo de microorganismo.
Recipiente: recipiente de PET de 0,1 litro,
herméticamente cerrado
Líquido: zumo de grosella negra, previamente
esterilizado
Fuente de corriente: HF 13,56 MHz. N_{máx} =
60 kW
Tiempo del procedimiento: \tau = 0,3 seg.
Amplitud del campo eléctrico: \sim 3 kV/cm
Nivel inicial de contaminación: 1,2 \cdot
10^{6} - 3 \cdot 10^{6} m.o./cm^{2}
Cantidad de impulsos: 2 (2 posiciones del
recipiente)
Los valores dados a continuación son la suma de
los resultados de un
- a)
- recuento de los m.o. supervivientes en el líquido, y de
- b)
- un recuento del número de m.o. supervivientes en la superficie del recipiente y del tapón
\vskip1.000000\baselineskip
Se observa que la esterilización de la
superficie del recipiente es completa (reducción - 9 log) a
temperaturas entre 65 y 75ºC. Esta temperatura depende del tipo de
microorganismo.
Recipiente: recipiente de PET de 0,1 litro
Líquido: zumo de naranjas con pulpa
Fuente de corriente: microondas 915 MHz.
N_{máx} = 60 kW
Tiempo del tratamiento: \tau = 0,5 s
Amplitud del campo eléctrico: \sim = 10^{3}
V/cm
Nivel inicial de contaminación: 6 \cdot
10^{7} m.o./100 ml
Los valores en la tabla siguiente son los
resultados del recuento del número de m.o. supervivientes en el
líquido más pulpa.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La esterilización del zumo de naranja y de la
pulpa es completa (reducción \sim 8 log) a la temperatura de
65ºC.
Recipiente: recipiente de PET de 0,1 litro
Líquido: zumo de manzanas contaminado por
Byssochlamys fulva
Fuente de corriente: HF, 13,56 MHz.N_{máx} =
60 kW
Tiempo del tratamiento: \tau = 0,3 s
Amplitud del campo eléctrico: \sim = 10^{3}
V/cm
Nivel inicial de contaminación: 7,5 \cdot
10^{8} m.o./100 ml
Condiciones de pasteurización: estándares
Tiempo del tratamiento: 60 seg.
Método de numeración: recuento del número de
m.o. supervivientes en el líquido
La esterilización mediante el procedimiento
según la invención permite disminuir la temperatura y reducir el
tiempo en varias magnitudes, en comparación con los procedimientos
de pasteurización estándar. Este resultado se ilustra en la
siguiente tabla:
Medio: agua + 0,5 g/l de NaCl
(densidad: 1 g/cm^{3}; capacidad térmica c =
4,18 J/g.ºC)
Concentración inicial: (1,4 - 5,1) \cdot
10^{8} m.o./100 ml
Fuente de corriente: HF 13,56 MHz
Volumen de la célula de tratamiento: 100 ml
Resultados de las medidas:
La energía que debe de recibir el líquido para
alcanzar el estado crítico de resonancia que corresponde al límite
de esterilización completa se comunica al líquido mediante dos
vías:
- 1.
- mediante calentamiento del líquido (éste puede ser un calentamiento mediante convección, un calentamiento óhmico, etc.)
- 2.
- mediante la acción no óhmica del campo electromagnético, que crea el efecto de resonancia.
La densidad de energía límite Es del límite del
campo electromagnético responde a la condición 12,0<Es<24,0
J/g para los microorganismos de Saccharomyces cerevisiae.
Se observa que existe una temperatura umbral
T_{s} de desinfección mediante campo eléctrico o electromagnético,
próximo al valor de 65ºC para las levaduras de Saccharomyces
cerevisiae.
Medio: agua + 0,5 g/l de NaCl
\rho = 1 g/cm^{3}; c = 4,18 J/g.ºC
Concentración inicial: (1,7 - 4,5) \cdot
10^{8} m.o./100 ml
Fuente de corriente: HF 13,56 MHz
Volumen de la célula de tratamiento: 100 ml
Resultados de las medidas:
Se observa que existe una temperatura umbral
T_{l} de desinfección mediante campo eléctrico o electromagnético
próximo al valor de 75ºC para mohos de Byssochlamys fulva. La
densidad de energía límite Es del campo electromagnético en el caso
de los m.o. Byssochlamys fulva responde a la condición:
Es<34,3 J/g
Medio:
referencia: agua + 0,5 \ g/l \ de \ NaCl \ (c_{o} = 4,19 \
J/g.^{o}C; \ \rho_{o} = 1 \
g/cm^{3})
- medio:
- 1) inercia térmica reducida con relación a la referencia (\rho_{i}c_{i}): distintas disoluciones de concentrado {}\hskip0.3cm de naranja en el agua
- \quad
- 2) inercia térmica aumentada con relación a la referencia: distintas disoluciones acuosas de puré de {}\hskip0.3cm plátano.
Concentración inicial: (0,1 a 5) \cdot
10^{-8} m.o./100 ml
Fuente de corriente: HF 13,56 MHz
Volumen de la célula ensayada: 100 ml
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Caudal del líquido tratado: 1 litro/minuto
Fuente de corriente: HF 2,45 GHz, Potencia = 1,5
kW
Tiempo del tratamiento: \tau = 1 seg.
Nivel inicial de concentración de levaduras: 1
\cdot 10^{6} CFU/cm^{3}
Frecuencias de los ultrasonidos aplicados: 22
KHz, Potencia 0,6 kW
Temperatura inicial: 20ºC
Los valores dados a continuación son la suma de
los resultados de un recuento de los m.o. supervivientes en el
líquido para un tratamiento con ultrasonidos y sin ultrasonidos, a
título comparativo:
\vskip1.000000\baselineskip
Caudal del líquido tratado: 2 litros/minuto
Fuente de corriente: HF 13,56 GHz, Potencia = 1
kW
Tiempo del tratamiento: \tau = 0,7
segundos.
Nivel inicial de concentración de mohos: 7,5
\cdot 10^{7} CFU/cm^{3}
Frecuencias de los ultrasonidos aplicados: 40
KHz, Potencia 0,4 kW
Temperatura inicial: 20ºC
Los valores dados a continuación son la suma de
los resultados de un recuento de los m.o. supervivientes en el
líquido para un tratamiento con ultrasonidos y sin ultrasonidos, a
título comparativo:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Según estos resultados, se observa que:
- -
- la temperatura crítica de esterilización mediante campo eléctrico aumenta cuando la inercia térmica del medio disminuye; y viceversa, disminuye cuando la inercia térmica del medio aumenta.
- La adjunción de vibraciones acústicas durante un procedimiento de tratamiento de esterilización según la invención refuerza el efecto de destrucción de los microorganismos, y permite disminuir la temperatura a la cual se efectúa el tratamiento.
- -
- Los experimentos realizados permiten implementar un procedimiento de control de la temperatura de esterilización del líquido tratado mediante campo electromagnético, y el dispositivo correspondiente, añadiendo aditivos al líquido, que permite aumentar o disminuir la temperatura crítica de esterilización mediante campo electromagnético.
- -
- En particular, se podrá aumentar o disminuir la inercia térmica del líquido tratado añadiendo un intercambiador de calor, que enfría el líquido tratado en la zona de aplicación del campo electromagnético.
- -
- Para conservar el máximo de vitaminas en la bebida tratada, habrá de realizarse el procedimiento de esterilización electromagnética en un medio que tenga el valor más alto de coeficiente de inercia térmica. Por ejemplo, la temperatura crítica de un zumo de naranja será disminuida cuando se añada pulpa a este zumo. Después del tratamiento electromagnético, esta pulpa se puede filtrar.
También se pueden usar aditivos en forma de
suspensión de alta inercia térmica (glóbulos que contienen un
líquido que pasa de una fase a otra a la temperatura crítica).
Claims (34)
1. Procedimiento de esterilización de un
líquido y/o de un objeto sólido sumergido en un líquido, que
comprende la etapa o las etapas de calentar un líquido a una
temperatura de tratamiento inferior a una temperatura necesaria
para la esterilización mediante pasteurización, y de aplicar un
campo eléctrico de 10^{2} V/cm a 10^{4} V/cm,
caracterizado porque se somete el líquido y/o el objeto a
vibraciones acústicas durante la aplicación del campo
eléctrico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque las vibraciones acústicas tienen
frecuencias en el campo de los ultrasonidos.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
temperatura de tratamiento es igual o superior a una temperatura
umbral T_{l} menos una disminución \DeltaT_{u} que depende de
la aplicación de vibraciones acústicas, encontrándose la
temperatura umbral T_{l} en el intervalo de temperatura
comprendido entre 60 y 75ºC.
4. Procedimiento según la reivindicación
anterior, caracterizado porque la disminución de temperatura
\DeltaT_{u} se encuentra en el intervalo de temperaturas
comprendido entre 0 y 30ºC.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la energía
aportada mediante dicho campo eléctrico es inferior a 0,6
J/cm^{3}, pero superior a 0,1 J/cm^{3}.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se calienta
el líquido hasta una temperatura umbral T_{l} superior a
aproximadamente 70ºC, y porque se aplica un campo eléctrico que
produce una densidad de energía inferior a 2,5 J/cm^{3}, para
efectuar la desactivación de enzimas.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el líquido
se calienta esencialmente de forma uniforme hasta la temperatura de
tratamiento en menos de tres segundos.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el campo
eléctrico se genera mediante la misma fuente de energía que
calienta el líquido.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el campo
eléctrico y el calentamiento se producen mediante radiación
electromagnética de tipo microondas.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el calentamiento
del líquido se produce mediante efecto inductivo de baja
frecuencia.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el campo
eléctrico se produce mediante un campo eléctrico unipolar.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el campo
eléctrico se produce mediante un campo eléctrico continuo.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
procedimiento de esterilización se aplica a botellas herméticamente
cerradas y que contienen un líquido a esterilizar.
14. Procedimiento según la reivindicación
anterior, caracterizado porque la botella se hace girar
alrededor de su eje a una velocidad de 1.000 rpm o más.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
recipiente se somete a la acción de varios impulsos de campo
eléctrico, correspondiendo cada impulso a una posición diferente de
un espacio gaseoso contenido en el contenedor.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
procedimiento se aplica a objetos sólidos sumergidos o en contacto
con un líquido.
17. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la inercia
térmica del líquido a esterilizar se modifica mediante adjunción de
elementos de materiales dieléctricos que tienen una capacidad
térmica media más elevada que el líquido a esterilizar.
18. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, después de
la aplicación del campo eléctrico, el líquido se enfría mediante un
intercambiador de calor acoplado a un dispositivo de
precalentamiento aguas arriba de un dispositivo de aplicación del
campo eléctrico.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tiempo
de exposición de dicho líquido al campo eléctrico es inferior a un
segundo.
20. Dispositivo para la realización del
procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el dispositivo comprende un sistema
cinemático (4) para el posicionamiento y el desplazamiento del
producto de líquido (2), y una estación de esterilización (6)
dispuesta a lo largo del sistema cinemático (4), comprendiendo la
estación de esterilización una fuente de energía eléctrica para
producir un campo eléctrico de 10^{2} V/cm a 10^{4} V/cm en el
líquido que atraviesa la estación de esterilización, y un generador
de ultrasonidos.
21. Dispositivo según la reivindicación
anterior, caracterizado porque comprende una estación de
calentamiento (5) aguas arriba de la estación de
esterilización.
22. Dispositivo según la reivindicación
anterior, caracterizado porque comprende una estación de
enfriamiento (7) aguas abajo de la estación de esterilización.
23. Dispositivo según la reivindicación
anterior, caracterizado porque las estaciones de
calentamiento y de enfriamiento están provistas de un
intercambiador de calor para recuperar el calor de la estación de
enfriamiento y usarlo para calentar el líquido en la estación de
calentamiento.
24. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 20 a 23, caracterizado porque la fuente de
energía eléctrica tiene una potencia apropiada para calentar el
líquido a esterilizar hasta al menos 60ºC, y para producir un campo
eléctrico en el líquido a esterilizar de aproximadamente 10^{3}
V/cm.
25. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 20 a 23, caracterizado porque la fuente de
energía eléctrica es un elemento de inducción que produce un campo
electromagnético.
26. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 20 a 23, caracterizado porque la fuente de
energía eléctrica comprende al menos un par de electrodos
dispuestos a ambos lados del líquido a esterilizar, y apropiados
para crear un campo electromagnético.
27. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 20 a 23, caracterizado porque la fuente de
energía eléctrica es un generador de microondas.
28. Dispositivo según la reivindicación
anterior, caracterizado porque la estación de esterilización
comprende una guía de ondas unida al generador de microondas,
comprendiendo la guía de ondas una parte de recinto (25) en el que
se disponen uno o varios reflectores de ondas curvas (26),
comprendiendo además la estación de esterilización un conducto
(13') en el que fluye el líquido a esterilizar (2) a través de la
parte de recinto (25) desde abajo hacia arriba.
29. Dispositivo según la reivindicación
anterior, caracterizado porque el conducto (13') comprende
una parte en serpentín dispuesta en el interior de la parte de
recinto de la guía de ondas.
30. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 20 a 27, caracterizado porque comprende,
aguas arriba de la estación de esterilización, un mezclador que
permite añadir aditivos que aumentan o disminuyen la inercia
térmica media del líquido tratado, y, aguas abajo, una estación de
separación que permite separar el líquido tratado de dicho
aditivo.
31. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 20 a 28, caracterizado porque la estación de
esterilización comprende un intercambiador de calor que permite
limitar la temperatura de calentamiento del líquido tratado.
32. Dispositivo según la reivindicación 27,
caracterizado porque la estación de esterilización comprende
una parte de canal de tratamiento (29) en la que se desplazan los
recipientes (3) llenos de líquido a esterilizar, estando la parte
de canal de tratamiento unida a una guía de ondas (27) del generador
de microondas (1') mediante una pared provista de ranuras (37).
33. Dispositivo según la reivindicación
anterior, caracterizado porque la parte de canal de
tratamiento está provista aguas abajo y aguas arriba de un
dispositivo de protección de microondas que comprende un torniquete
provisto de palas (32) que bloquean las microondas.
34. Dispositivo según la reivindicación 32 ó
33, caracterizado porque la parte de canal de tratamiento
(29) se inclina en un ángulo \alpha que permite que los
recipientes se desplacen a lo largo de la parte de canal mediante
la fuerza de gravedad.
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