IT201800008136A1

IT201800008136A1 - BIOREACTOR WITH CONTINUOUS CONTROL OF THE OPERATING PARAMETERS FOR THE PRODUCTION OF FRUIT JUICES, JAMS AND VEGETABLE EXTRACTS.

Info

Publication number: IT201800008136A1
Application number: IT102018000008136A
Authority: IT
Inventors: Alice Cesarini; Chiara Cesarini
Original assignee: Chiara Cesarini; Alice Cesarini
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-02-21

Description

TESTO della DESCRIZIONE TEXT DESCRIPTION

Ampia e variegata è la tipologia di apparecchiature ed impianti per la fabbricazione di succhi di frutta e marmellate, nel corso del tempo si è evoluto il perfezionamento tecnologico teso al traguardo deirottenimento di prodoti dalle carateristiche crescenti. Nell'obiettivo della formulazione di prodotti salutistici e della nutraceutica con proprietà specifiche di formulazione e dal contenuto elevato di principi biologicamente attivi si è sviluppato il bioreatore oggetto del presente trovato, in cui si possono realizzare e monitorare costantemente le reazioni che avvengono durante il processo tramite un apposito PLC dedicato, che assicura oltre alle uniche specificità di qualità anche la ripetibilità e la standardizzazione per tutti i lotti di produzione. The type of equipment and systems for the production of fruit juices and jams is wide and varied, over time the technological improvement aimed at obtaining products with increasing characteristics has evolved. With the aim of formulating health products and nutraceuticals with specific formulation properties and a high content of biologically active ingredients, the bioreactor object of the present invention has been developed, in which the reactions that occur during the process can be carried out and constantly monitored by means of a special dedicated PLC, which ensures in addition to the unique quality specificities also the repeatability and standardization for all production batches.

Lo specifico bioreattore viene illustrato nelle sue parti più salienti ed innovative nelle figure 1, 2, 3, 4, 5. The specific bioreactor is illustrated in its most salient and innovative parts in figures 1, 2, 3, 4, 5.

La figura 1 illustra il reatore ad asse verticale Y-Y nel suo insieme con il corpo cilindrico di contenimento e reazioni biologiche di posizione 2, nella parte superiore è situato il coperchio incernierato di posizione 1, che si apre e si chiude sulla camera di posizione 2. L'estremità inferiore è di configurazione tronco-conica e su di essa viene collegato il mantello di posizione 8 su cui sono vincolati i motoriduttori di posizione 6 e posizione 7. Figure 1 illustrates the Y-Y vertical axis reactor as a whole with the cylindrical body of containment and biological reactions of position 2, in the upper part there is the hinged lid of position 1, which opens and closes on the chamber of position 2. The lower end has a frusto-conical configuration and the position 8 casing on which the position 6 and position 7 gearmotors are constrained is connected to it.

Tutto il reattore viene sostenuto dagli appoggi di posizione 4, su cui sono montati gli zoccoli di base dotati di celle di carico di posizione 10 per il controllo continuo e rigoroso delle variazioni di peso che vengono registrate dal computer di posizione 43, durante tutto il processo di reazione. L'elemento di posizione 3 (scambiatore di calore) collega il mantello di posizione 8 al tubo esterno del miscelatore di posizione 9 e successivamente al corpo di posizione 2. The whole reactor is supported by the supports of position 4, on which the base bases equipped with load cells of position 10 are mounted for the continuous and rigorous control of the weight variations that are recorded by the position computer 43, during the whole process. of reaction. Position element 3 (heat exchanger) connects position shell 8 to the outer tube of position mixer 9 and subsequently to position body 2.

11 processore dedicato di posizione 43 effettua la gestione ed il controllo di tutto il processo, acquisendo i segnali dai numerosi sensori ed elabora i dati secondo specifico algoritmo ed inviare i comandi ai motori degli agitatori e delle pompe. The dedicated position processor 43 carries out the management and control of the whole process, acquiring the signals from the numerous sensors and processing the data according to a specific algorithm and sending the commands to the motors of the agitators and pumps.

Nella figura 2 è rappresentata la sezione longitudinale del bioreattore nel quale viene evidenziata la camicia di circolazione dell'acqua di riscaldamento di posizione 12, che avvolge tutta la camera di reazione di posizione 2. Il cilindro inferiore di posizione 8 è circondato da una camicia con circolazione per il controllo della temperatura di posizione 14, al cui interno si trova la coclea di posizione 13 posta in rotazione in ambo i sensi dal motoriduttore di posizione 6 che svolge il ruolo di pompa per il prodotto in lavorazione. L'agitatore di posizione 11, mosso dal motoriduttore di posizione 7, può variare in un ampio intervallo la propria velocità di rotazione in quanto il motore elettrico del riduttore di posizione 7 è governato da un dispositivo di comando inverter. Il senso di marcia, destroso o sinistroso, della coclea di posizione 13 può funzionare da estrattore per il prodotto di reazione per la camera di posizione 2, oppure può riportare il prodotto nella camera di trattamento. Nel caso che la coclea di posizione 13 funzioni da estrattore il prodotto viene prelevato dalla camera di posizione 2. Si possono verificare due condizioni a seconda dell'apertura delle valvole di intercettazione poste su condotto di posizione 17 con apertura verso lo scarico del prodotto oppure con valvola di scarico chiusa ed apertura dell'altra per l'invio del prodotto al dispositivo di turbomiscelazione di posizione 9. Con il funzionamento del dispositivo di turbomiscelazione di posizione 9, il prodotto verrà inviato allo specifico scambiatore di posizione 3 tramite il condotto di posizione 16, per essere successivamente riportato nella camera di reazione di posizione 2. L'attuatore lineare di posizione 15 comanda l'apertura e la chiusura del coperchio di estremità di posizione 1. La figura 3 illustra più dettagliatamente in sezione il gruppo di comando ad alberi coassiali per la rotazione della coclea e dell’agitatore, mossi dai riduttori della scatola di posizione 26 e 27. La vite senza fine di posizione 6 viene calettata direttamente sull'albero del motore elettrico a velocità variabile ed ingrana sulla corona dentata coniugata di posizione 22, ponendo in rotazione il manicotto di posizione 21 rigidamente collegato all'innesto scanalato di posizione 19 che trascina la coclea di posizione 13 di figura 2. L'altra vite senza fine di posizione 7 mossa dal motore elettrico, anch’esso a velocità variabile, ingrana con la mota coniugata di posizione 23, collegata all'albero di posizione 18 dell'agitatore (posizione 11 di figura 2). Tutto il gruppo di comando viene sostenuto dalla flangia fissa di supporto di posizione 20, su cui sono alloggiati i cuscinetti volventi di posizione 25 connessi con le parti mobib. In figura 4 viene illustrato lo specifico turbo miscelatore di posizione 9 che consente l'introduzione controllata di una vasta gamma di sostanze di additivazione contenute nei numerosi serbatoi di posizione 36, immettendoli nella massa di prodotto favorendo specifiche reazioni biochimiche. Gli additivi di formulazione contenuti nei serbatoi di posizione 36 vengono aspirati dalla specifica pompa peristaltica a portata variabile di posizione 31 ed immessi nella dovuta quantità per ciascuna tipologia di prodotto nel condotto tangenziale di posizione 33 . Il condotto di posizione 33 immette gli integratori, gli additivi e gli enzimi in prossimità della coclea di posizione 32, che è parzialmente ricoperta dal mantello di posizione 37, allo scopo di far uscire il prodotto in lavorazione lungo l'asse della coclea. L'albero della coclea di posizione 32 viene collegato tramite la cinghia di posizione 35 al motore a velocità variabile di posizione 34 consentendo che il flusso del prodotto sia a portata variabile. Figure 2 shows the longitudinal section of the bioreactor in which the heating water circulation jacket of position 12 is highlighted, which surrounds the entire reaction chamber of position 2. The lower cylinder of position 8 is surrounded by a jacket with circulation for controlling the temperature of position 14, inside which there is the screw of position 13 which is rotated in both directions by the gearmotor of position 6 which acts as a pump for the product being processed. The position agitator 11, moved by the position gearmotor 7, can vary its rotation speed over a wide range since the electric motor of the position reducer 7 is governed by an inverter control device. The right or left-handed direction of movement of the position screw 13 can function as an extractor for the reaction product for the position chamber 2, or it can return the product to the treatment chamber. In the event that the auger of position 13 functions as an extractor, the product is taken from the chamber of position 2. Two conditions can occur depending on the opening of the interception valves placed on the duct of position 17 with opening towards the product discharge or with discharge valve closed and opening of the other to send the product to the position 9 turbomixing device. With the operation of the position 9 turbomixing device, the product will be sent to the specific position exchanger 3 through the position 16 duct. , to be subsequently returned to the position 2 reaction chamber. The position linear actuator 15 controls the opening and closing of the position 1 end cover. for the rotation of the auger and the agitator, moved by the reducers of the position box 26 and 27. Vit and without end of position 6 is keyed directly on the shaft of the variable speed electric motor and engages on the conjugate ring gear of position 22, rotating the position sleeve 21 rigidly connected to the grooved coupling of position 19 which drives the auger position 13 of figure 2. The other worm screw of position 7 moved by the electric motor, also at variable speed, meshes with the conjugate motion of position 23, connected to the shaft of position 18 of the agitator (position 11 of figure 2). The whole control unit is supported by the fixed position support flange 20, on which the position rolling bearings 25 connected with the movable parts are housed. Figure 4 illustrates the specific position 9 turbo mixer which allows the controlled introduction of a wide range of additive substances contained in the numerous position tanks 36, introducing them into the product mass favoring specific biochemical reactions. The formulation additives contained in the tanks of position 36 are sucked by the specific peristaltic pump with variable flow of position 31 and introduced in the due quantity for each type of product into the tangential duct of position 33. The position conduit 33 introduces the integrators, additives and enzymes in proximity to the position screw 32, which is partially covered by the position skirt 37, in order to let the product being processed out along the axis of the screw. The shaft of the position auger 32 is connected via the position belt 35 to the variable speed motor of position 34 allowing the flow of the product to be at variable flow rate.

Il volume della camera di miscelazione, racchiuso nel mantello di posizione 9, è variabile in quanto sulla parte superiore si trova uno stantuffo mobile, di posizione 30, che costituisce il cielo della camera di miscelazione. The volume of the mixing chamber, enclosed in the casing of position 9, is variable since on the upper part there is a movable piston, of position 30, which constitutes the top of the mixing chamber.

La variazione dell'altezza hi della camera è resa possibile in quanto sulMtra faccia dello stantuffo mobile, di posizione 30, viene pompato tramite la pompa di posizione 28 il liquido (acqua o glicerina, contenuto nel serbatoio di posizione 29, che porta l'altezza hi della camera di miscelazione alle più opportune condizioni volumetriche per la turbomiscelazione dei differenti componenti del prodotto in lavorazione. The variation of the height hi of the chamber is made possible since the liquid (water or glycerine, contained in the tank in position 29, which brings the height hi of the mixing chamber at the most suitable volumetric conditions for the turbomixing of the different components of the product being processed.

In figura 5 viene illustrato lo scambiatore di calore per meglio consentire le condizioni operative di temperatura di processo del prodotto proveniente dal turbomiscelatore di posizione 9 (figura 4). Tramite il condotto di posizione 16 il prodotto entra dal basso attraverso un diaframma forato di posizione 42 alloggiato sul corpo di posizione 40 collegato tramite la ghiera filettata di posizione 41, nella parte centrale dello scambiatore si trova la spina di posizione 38 sulla quale viene alloggiato il corpo di posizione 39 con estremità coniche e diametro centrale esterno φ, in modo che si venga a realizzare un sottile stato anulare con il mantello di posizione 40 di diametro interno Φ, che nella parte esterna viene raffreddato dal liquido a bassa temperatura che circola nella camera di posizione 14. Figure 5 illustrates the heat exchanger to better allow the process temperature operating conditions of the product coming from the position 9 turbomixer (Figure 4). Through the position duct 16 the product enters from below through a perforated diaphragm of position 42 housed on the position body 40 connected by means of the threaded ring nut of position 41, in the central part of the exchanger there is the position pin 38 on which the position pin is housed. position body 39 with conical ends and external central diameter φ, so that a thin annular state is created with position mantle 40 with internal diameter Φ, which is cooled on the outside by the low temperature liquid circulating in the chamber of position 14.

In queste condizioni operative il sottile strato anulare di prodotto in attraversamento tra le parti di posizione 39 e di posizione 40 riesce ad ottenere il miglior scambio termico per le reazioni biochimiche richieste per lo specifico ciclo di processo. Under these operating conditions the thin annular layer of product crossing between the parts of position 39 and position 40 is able to obtain the best heat exchange for the biochemical reactions required for the specific process cycle.

All'uscita dello scambiatore termico di posizione 3, il condotto di estremità di posizione 16, riporta il prodotto in lavorazione nella camera di posizione 2. At the outlet of the position 3 heat exchanger, the end duct of position 16 returns the product being processed to the chamber of position 2.

L'utilizzo del bioretattore oggetto del presente trovato in virtù della rete dei sensori posti nelle diverse zone percorse o in stazionamento del prodotto in lavorazione permette la conoscenza costante e continua delle strutture che si formano durante le bioreazioini di trasformazione. The use of the bioretactor object of the present invention by virtue of the network of sensors placed in the various areas traveled or stationed by the product being processed allows constant and continuous knowledge of the structures that are formed during the transformation bioreactions.

Il monitoraggio dei parametri di temperatura locale e delle concentrazioni effettive dei diversi componenti immessi tramite il sistema di figura 4, posizioni 36 - 31 - 33, consente che il processo effettivo di produzione avvenga seguendo le caratteristiche stabilite e riscontrate durante le fasi di studio e certificazione di laboratorio per quella specifica formulazione del prodotto. Il ciclo produttivo ottimale e la ripetibilità rigorosa per tutti i lotti di produzione caratterizzano quest'apparecchiatura di impiego industriale. The monitoring of the local temperature parameters and the actual concentrations of the different components introduced through the system of figure 4, positions 36 - 31 - 33, allows the actual production process to take place following the characteristics established and found during the study and certification phases laboratory for that specific product formulation. The optimal production cycle and rigorous repeatability for all production batches characterize this equipment for industrial use.

Claims

CLAIMS 1) Device for the treatment of fruit juices and plant extracts with continuous control of temperature, weight and composition of the fluid pulp in the reaction chamber (2) with stirrer (11) coaxial to the screw pump (13) both equipped with a fluid jacket connected to the mixer (9) with passage to the heat exchanger (3) returning to the reaction chamber (2).

2) Treatment device, according to claim 1, characterized in that the agitator (11) contained in the chamber (2) is of variable speed and equipped with scrapers on the wall of the thermal jacket (12).

3) Treatment device, according to claims 1 and 2, characterized that the screw pump (13) is coaxial with the agitator (11) and arranged at the base of the reaction chamber (2).

4) Treatment device, according to one of the preceding claims, characterized by a mixer (9) with a mixing chamber having a variable volume by the stroke of the plunger (30).

5) Treatment device, according to one of the preceding claims, characterized by a radial introduction (33) of the additives (36) on the mixer (9).

6) Treatment device, according to one of the preceding claims, characterized by the eccentricity of the screw (32) to the central axis of the mixer (9) equipped with a partially covered shell (37).

7) Treatment device, according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal fluid circulates in the chamber (14) from the bottom upwards and is then introduced into the exchanger (3) from top to bottom.

8) Treatment device, according to one of the preceding claims, characterized by a spacer body (39) coaxial to the shell (40) positioned on the axis (38) of the exchanger (3).

9) Treatment device, according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid pulp leaving the exchanger (3) is radially reintroduced on the upper part of the reaction chamber (2).

10) Treatment device, according to one of the preceding claims, characterized by base supports (10) equipped with load sensors connected to the process management and control PLC (43).