ES2594360T3 - Aparato y método para irradiar productos alimenticios fluidos - Google Patents
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Abstract
Aparato para irradiar productos alimenticios fluidos que consta de: una fuente de radiación (30); una primera pared (21, 21A, 21B, 21C) que tiene una superficie convexa y transmite la energía producida por la fuente de radiación (30); una segunda pared (22, 22A, 22B, 22C) que tiene una superficie cóncava opuesta a la superficie convexa de la primera pared (21, 21A, 21B, 21C), formando así una cavidad (29, 29A, 29B, 29C) para el flujo del producto que tiene una profundidad sustancialmente constante entre ellas; una entrada que forma una vía de paso hacia el interior de la cavidad (29, 29A, 29B, 29C) de flujo del producto; una salida que forma una vía de paso hacia el exterior de la cavidad (29, 29A, 29B, 29C) de flujo del producto; y un sensor (80, 80A) en la cavidad (29, 29A, 29B, 29C) de flujo del producto para medir una característica de la energía radiante emitida por la fuente de radiación (30); en el cual la primera pared (21, 21A, 21B, 21C) está situada entre la fuente de radiación (30) y la cavidad (29, 29A, 29B, 29C) de flujo del producto, de tal manera que cuando la fuente de radiación (30) emite energía radiante ésta atraviesa la primera pared (21, 21A, 21B, 21C) y pasa a la cavidad (29, 29A, 29B, 29C) de flujo del producto, y en el cual la fuente de radiación (30) se elige del grupo formado por una fuente de rayos de electrones, una fuente de rayos gamma y una fuente de rayos X; y de medios para ajustar la profundidad sustancialmente constante de la cavidad (29, 29A, 29B, 29C) de flujo del producto.
Description
vidrio, plásticos, polímeros, metales delgados o aleaciones. El espesor preferente de la parte transmisora de la primera pared 21 vendrá determinado por el material de construcción y por el tipo de energía radiante 31 que debe transmitirse. Aunque el espesor de la parte transmisora de la primera pared 21 debe determinarse para cada caso particular, dicha parte transmisora debería ser suficientemente rígida para mantener su forma en las
5 condiciones de vacío reinantes durante el proceso y bajo la carga ejercida por el producto alimenticio fluido.
La segunda pared 22 se puede construir de manera que no transmita la energía radiante 31. Preferiblemente la segunda pared no transmite la energía radiante 31 de manera significativa. Al igual que en el caso de la primera pared 21, el material de construcción de la segunda pared 22, el espesor de la segunda pared 22 y el tipo de energía radiante 31 emitida por fuente de radiación 30 son, todos ellos, factores que pueden afectar a la energía radiante 31, tanto si la segunda pared 22 es transmisora de la energía radiante 31 como si no. Como materiales adecuados para construir la segunda pared 22 cabe citar, sin limitación, hormigón, cuarzo, vidrio, plásticos, cartones, papel, polímeros, metales delgados o aleaciones.
15 En algunas formas de ejecución se puede añadir una tercera pared (no representada) al lado opuesto de la segunda pared 22. La tercera pared se puede construir de manera que transmita o no la energía radiante 31. Es preferible que la tercera pared no transmita significativamente la energía radiante 31. Al igual que en el caso de la primera pared 21, el material de construcción de la tercera pared, el espesor de la tercera pared y el tipo de energía radiante 31 emitida por fuente de radiación 30 son, todos ellos, factores que pueden afectar a la energía radiante 31, tanto si la tercera pared es transmisora de la energía radiante 31 como si no. Como materiales adecuados para construir la tercera pared cabe citar, sin limitación, hormigón, plomo, acero u otro metal pesado. La tercera pared forma una cavidad adicional con la segunda pared 22. Esta cavidad adicional se puede usar/ adaptar para pasar líquidos de intercambio de calor como el agua. El líquido de intercambio de calor sirve para eliminar el calor generado por la energía residual que pueda escapar de la primera y segunda paredes 21, 22.
25 La fuente de radiación 30 está alineada con la primera pared 21 de manera que la energía radiante 31 emitida por fuente de radiación 30 atraviese la parte transmisora de la primera pared 21 hacia la cavidad 29 de flujo de producto de la cámara de irradiación 20. Así, cuando la fuente de radiación 30 emite energía radiante 31 y el producto alimenticio fluido pasa por la cavidad 29 de flujo de producto, éste se expone a la energía radiante 31. La dosis de energía radiante 31 a la que está expuesto el producto alimenticio fluido se puede controlar con precisión ajustando el caudal del producto alimenticio fluido a través de la cavidad 29 de flujo de producto, la profundidad de la cavidad 29 de flujo de producto y/o la potencia de la energía radiante 31. El caudal de producto alimenticio fluido se puede controlar regulando la válvula de control 40 y/o la bomba de vacío 50.
35 La UCP 70 está conectada funcional y eléctricamente con la bomba de vacío 50, la válvula de control 40, la fuente de radiación 30, el sensor de radiación 80 y la interfaz de usuario 90 para comunicarse con él. La UCP 70 es un controlador lógico programable basado en un microprocesador, en un ordenador personal o análogo, que sirve para regular el proceso e incluye preferiblemente varios puertos de entrada/salida utilizados para facilitar las conexiones con los diversos componentes 30, 40, 50, 80, 90 del sistema de irradiación 100 que puedan requerir control y/o comunicación.
La UCP 70 también tiene suficiente memoria para almacenar recetas de proceso, parámetros y otros datos, tales como dosis de radiación prescrita, caudales, tiempos de proceso, condiciones del proceso, niveles operativos de potencia y similares. La UCP 70 puede comunicarse con cualquiera de los diversos componentes del sistema de
45 irradiación 100 y con todos ellos, a los cuales está conectado de forma operativa, para ajustar automáticamente condiciones de proceso tales como caudales, niveles de energía radiante, niveles de potencia de la radiación, activación de la bomba de vacío, etc., y conseguir las condiciones deseadas. La UCP 70 está programada para recibir señales de los datos del sensor de radiación 80, analizarlos y realizar los ajustes idóneos, a fin de lograr la dosis de radiación deseada para el producto alimenticio fluido que se está procesando. El tipo de controlador empleado depende de las necesidades exactas del sistema al cual se incorpora.
Durante el funcionamiento normal del sistema de irradiación 100 un operador introduce una señal de activación del sistema a través de la interfaz de usuario 90, la cual puede ser un teclado, un ratón, una pantalla táctil de visualización activada, etc. Aunque no está representado, se puede proporcionar un módulo de pantalla que es
55 acoplable funcionalmente a la UCP 70, de manera que el operador vea los cambios que se están realizando. La señal de activación del sistema puede incluir tanto la activación como instrucciones y parámetros de proceso. Una vez creada por la interfaz del usuario 90, la señal de activación del sistema se transmite a la UCP 70 para su análisis y tratamiento. Al recibir la señal de activación del sistema la UCP 70 recobra de la memoria parámetros de proceso almacenados que corresponden a instrucciones incluidas en la señal de activación del sistema.
Una vez recuperados de la memoria los parámetros de proceso, la UCP 70 crea y transmite señales apropiadas de activación/control a la bomba de vacío 50, a la fuente de radiación 30 y a la válvula de control 40, las cuales corresponden a los parámetros de proceso almacenados para cada dispositivo. Al recibir una señal de activación desde la UCP 70, la fuente de radiación 30 emite energía radiante 31 a un nivel energético y de potencia 65 predeterminados. Cuando la fuente de radiación es de rayos de electrones o de rayos X hay que activar la fuente
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de radiación 30 suministrándole corriente. Cuando la fuente de radiación 30 es de rayos gamma esto se puede llevar a cabo bajando una pared protectora o moviéndola a una posición no obstructora.
La bomba de vacío 50 se activa al recibir una señal de activación desde la UCP 70. Una vez activada, la bomba
5 de vacío 50 hace fluir el producto alimenticio fluido desde la fuente 10, pasando a través de la cavidad 29 de flujo de producto, donde se expone a la energía radiante 31, hacia la envasadora 60. Simultáneamente la UCP 70 también ajusta la válvula de control 40, lo cual es preciso para mantener un caudal predeterminado del producto alimenticio fluido, mediante señales eléctricas apropiadas.
Durante el funcionamiento el sensor de radiación 80, que en algunas formas de ejecución puede ser un sensor de la potencia de radiación, mide continuamente la potencia de la energía radiante 31 alcanzada. El sensor de radiación 80 crea una señal indicativa de la potencia de radiación medida y la transmite a la UCP 70 para su análisis y tratamiento. El sensor de radiación 80 puede estar empotrado, fijado o colocado en la superficie interna de la segunda pared 22 o cerca de ella.
15 Conociendo el caudal (volumétrico o másico) del producto alimenticio fluido a través de la cavidad 29 de flujo de producto, la densidad del producto alimenticio fluido, el volumen de la cavidad 29 de flujo de producto y la potencia de la energía radiante 31 a la cual se expone el producto alimenticio fluido (suministrada por el sensor de radiación 80), la UCP 70 puede estimar la dosis real de energía radiante 31 a la cual está siendo expuesto el producto alimenticio fluido. Después la UCP 70 puede comparar la dosis real estimada con una dosis deseada. Si la dosis real estimada no es igual o superior a la dosis deseada, la UCP 70 puede hacer los ajustes necesarios en la bomba de vacío 50, en la válvula de control 40 y/o en la fuente de radiación 30, hasta que la dosis real estimada sea igual o superior a la dosis deseada.
25 La envasadora 60 puede ser cualquier dispositivo o máquina que envuelva el producto alimenticio fluido que está siendo irradiado por el sistema 100. La instalación directa de la envasadora 60 en la cadena de equipamiento del proceso permite envolver y/o sellar el producto alimenticio fluido antes de que se infecte o contamine de nuevo. El tipo de envasadora 60 utilizada dependerá del tipo de producto alimenticio fluido irradiado, pero puede incluir, por ejemplo, llenadores de botellas o cartones, sistemas de transporte para facilitar el envasado, máquinas de embalar y máquinas envasadora de moldeo y llenado de bolsas.
La cámara de irradiación 20, la fuente de radiación 30, la válvula de control 40 y la bomba de vacío 50 pueden encontrarse dentro de una carcasa 110. El diseño de la carcasa 110, incluyendo su espesor y sus materiales de construcción, depende de varios factores, incluyendo sin limitación el tipo de fuente de radiación 30 instalada en
35 el sistema de irradiación 100, las restricciones de espacio en una factoría de procesamiento de alimentos y la capacidad de producción deseada. Por ejemplo, si la fuente de radiación 30 emite rayos gamma, la preocupación principal será proteger el entorno de los rayos gamma emitidos por la fuente 30. En tal caso la carcasa 110 se construirá con materiales apropiados cuyo grosor proteja el entorno de los rayos gamma emitidos por la fuente de radiación 30. Los materiales normalmente usados para alojar fuentes de radiación gamma incluyen plomo, acero, hormigón y combinaciones de los mismos. No obstante, si la fuente 30 emite tipos de radiación menos penetrantes, tales como rayos X o rayos de electrones, no hace falta que la carcasa 110 proporcione un efecto de blindaje masivo, ya que los rayos X y los rayos de electrones no pueden penetrar apreciablemente materiales densos. Sin embargo en algunas formas de ejecución aún puede ser necesario.
45 Aunque el sistema de irradiación 100 está ilustrado con la cámara de irradiación 20, la fuente de radiación 30, la válvula de control 40 y la bomba de vacío 50 situadas dentro de la carcasa 110, es posible que todos estos elementos o cualquiera de ellos esté colocado fuera de la carcasa 110.
LA CÁMARA DE IRRADIACIÓN
En las FIGS. 2-8 se revelan tres formas de ejecución de una cámara de irradiación adecuada para usar en el sistema de irradiación 100 de la FIG. 1. Aunque a continuación se describen en detalle tres formas de ejecución de cámaras de irradiación, debe advertirse que para los expertos en la materia resultarán enseguida evidentes otras varias formas de ejecución, alteraciones y modificaciones de las cámaras de irradiación ilustradas.
55 En las FIGS. 2-4 está representada una cámara de irradiación 20A según una primera forma de ejecución de la presente invención. Haciendo referencia concreta a las FIGS. 2 y 3, la cámara de irradiación 20A comprende una primera pared 21A, una segunda pared 22A y las paredes laterales 23A, 24A. La cámara de irradiación 20A tiene una porción de conducto de entrada 25A, una porción de conducto de irradiación 26A y una porción de conducto de salida 27A.
La primera pared 21A incluye una parte transmisora 28A. La parte transmisora 28A es de forma semicilíndrica y en concreto es un medio cilindro. Tal como se usa aquí, el término semicilíndrico no está limitado a la mitad de un cilindro, sino que también incluye cualquier fracción angular de un cilindro. La parte transmisora 28A está
65 orientada alrededor de un eje central A-A. Cuando la cámara de irradiación 20A se incorpora a un sistema de irradiación tal como el sistema 100 de la FIG. 1 para el tratamiento de alimentos fluidos, la fuente de radiación se
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parte transmisora 28C de la cámara de irradiación 20C constituye la totalidad de la primera pared 21C. La parte transmisora 28C tiene una superficie interna convexa 32C en forma de semiesfera y una superficie interna 33C. Todos los puntos de la superficie interna convexa 32C son sustancialmente equidistantes del punto central C. La segunda pared 22C de la cámara de irradiación 20C comprende una superficie interna cóncava 34C y una
5 superficie externa 35C.
La superficie interna cóncava 34C de la segunda pared 22C se opone a la superficie interna convexa 32C de la parte transmisora 28C formando una cavidad 29C de flujo de producto entre ellas. Como la superficie interna cóncava 34C de la segunda pared 22C es generalmente concéntrica con la superficie interna convexa 32C de la parte transmisora 28C, la cavidad 29C de flujo de producto tiene una profundidad D sustancialmente constante en todo su recorrido.
La porción de conducto de entrada 25C de la cámara de irradiación 20C tiene forma de L. La entrada 30C forma una vía de paso hacia una parte superior de la cavidad 29C de flujo de producto, directamente por encima de la
15 parte transmisora 28C. A diferencia de las cámaras de irradiación 20A, 20B, la cámara de irradiación 20C no tiene una porción de conducto de salida. En su lugar la salida 31C forma una vía de paso directa a la cavidad 29C de flujo de producto. Por lo tanto la porción de conducto de entrada 25C puede omitirse, si se desea.
Cuando la cámara de irradiación 20C se usa para procesar productos alimenticios fluidos, el producto alimenticio fluido se introduce en la cavidad 29C de flujo de producto por la entrada 30C. Al entrar en la cavidad 29C de flujo de producto, el producto alimenticio fluido entra inmediatamente en contacto con la superficie convexa 32C cerca de su parte superior y se extiende por la superficie interna convexa 32C en todas direcciones hasta que sale de la cavidad 29C de flujo de producto por la salida 31C.
25 Aunque la cámara de irradiación 20C está representada con la parte transmisora 28C de forma semiesférica, también es posible que la parte transmisora 28C tenga una forma semicilíndrica, tal como se ha descrito arriba en relación con la cámara 20A. En una forma de ejecución en la que se use una parte transmisora semicilíndrica la superficie interna cóncava de la parte transmisora estará orientada alrededor de un eje central y equidistante del mismo.
En algunas formas de ejecución de la aplicación/sistema del proceso de irradiación según la presente invención la superficie de la segunda pared que se opone a la superficie convexa de la primera pared no es una superficie cóncava. Además en otras formas de ejecución no hace falta en absoluto instalar una segunda pared. En estas formas de ejecución el producto alimenticio fluido se introducirá directamente en contacto con la superficie
35 convexa de la primera pared, dejándolo fluir a lo largo de la superficie convexa hasta que salga fuera. El caudal del producto alimenticio fluido y el radio de la superficie cóncava están diseñados para asegurar que el producto alimenticio fluido se exponga a una dosis suficiente de energía radiante mientras se encuentre en contacto con la superficie convexa.
Por último debe advertirse que, aunque las tres formas de ejecución de las cámaras de irradiación tengan una orientación vertical en las FIGS. 2-8, también cabe la posibilidad de orientarlas horizontal u oblicuamente para el tratamiento. La orientación exacta dependerá de las necesidades del proceso, de las limitaciones del espacio industrial y de las preferencias del usuario.
La FIG. 9 es un diagrama de flujo de alto nivel correspondiente a un ejemplo de un método de irradiación de productos alimenticios fluidos conforme a la presente invención. Este ejemplo de método se puede llevar a cabo utilizando un sistema de irradiación que incorpore una cualquiera de las cámaras de irradiación 20A, 20B, 20C representadas en las FIGS. 2-9 o cualquier otra cámara de irradiación adecuadamente diseñada. Para facilitar la descripción, el método de la FIG. 9 se explicará seguidamente en detalle haciendo solo referencia al sistema de irradiación 100 de la FIG. 1 que lleva la cámara de irradiación 20A de las FIGS. 2-4 incorporado en su interior. También para facilitar la explicación, el proceso de la FIG. 9 se describe en relación con una fórmula infantil en polvo irradiada con rayos de electrones para reducir los niveles de Enterobacter sakazakii (“E. sakazakii”). Sin
55 embargo los métodos de la presente invención no están limitados a un tipo específico de producto alimenticio fluido, fuente de radiación, sistema de irradiación o contaminante para irradiar.
En el paso 900 se parte del sistema de irradiación 100 de la FIG. 1 que lleva la cámara de irradiación 20A de las FIGS. 2-4 incorporado en su interior. La línea de alimentación 15 va acoplada de forma fluida a la entrada 30A de la cámara de irradiación 20A por un extremo y a la fuente de producto alimenticio fluido 10 por el otro extremo. Análogamente, un extremo de la línea de salida 25 está acoplado de forma fluida con la salida 31A de la cámara de irradiación 20A, mientras que el otro extremo de la línea de salida 25 está acoplado de forma fluida con la envasadora 60. La fuente de producto alimenticio fluido 10 es un depósito de una fórmula infantil en polvo que contiene niveles indeseados del contaminante biológico E. sakazakii. La fuente de radiación 30 es una fuente de 65 rayos de electrones tipo cono de barrido. El sensor de radiación 80 es un sensor de la potencia de radiación, adaptado para medir el nivel de potencia de los rayos de electrones que llegan hasta el sensor 80. El módulo de
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