ITMI991416A1 - Metodo per la preparazione di sostanze miscele e/o composti in generein contenitori a pressione ai fini della loro miscelazione conservazio - Google Patents
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Description
La presente invenzione ha per oggetto un metodo per la preparazione di sostanze, miscele e/o composti in genere in contenitori a pressione ai fini della loro miscelazione, conservazione, dissoluzione e dosaggio, e un relativo contenitore per tali sostanze.
Una delle esigenze più sentite nel campo della distribuzione in genere è quella di somministrare miscele o composti organici ed inorganici sotto forma di liquidi, polveri, sciroppi e/o sostanze cremose, pastose o solide in maniera che possano essere somministrate con un dosaggio costante, predeterminato e che le sostanze non subiscano degrado durante la conservazione.
Preparare composti e miscele, erogarle con la massima semplicità, mantenendo costante il loro dosaggio e senza che dette sostanze si degradino durante la loro conservazione, è stato più volte tentato, senza peraltro riuscire a risolvere i diversi problemi in maniera contemporanea e completa.
Scopo dell'invenzione è quello di risolvere tutti tali problemi correlati alle attuali soluzioni tecniche per la preparazione e il dosaggio di miscele, fornendo una soluzione di notevole semplicità concettuale e di semplice realizzazione.
Questo . scopo viene raggiunto, secondo l'invenzione, con le caratteristiche espresse nelle annesse rivendicazioni.
Sostanzialmente, secondo l’invenzione, la soluzione ai problemi suddetti consiste nel miscelare, all'interno di un contenitore a pressione, le sostanze e/o composti suddetti insieme ad Anidride Carbonica, che ha la possibilità di operare come reagente, propellente, disinfettante, oltre che come solvente in ragione della sua limitata pressione di condensazione (6,5 MPa a 20° C).
Questa metodologia generale, alla base della presente invenzione, risolve tutte quelle situazioni in cui occorre:
modificare la natura ed il comportamento chimico delle sostanze in miscela,
conservare in ambiente inerte e/o sterile le sostanze da dosare,
dosare le sostanze in modo automatico o temporizzato o legato al controllo di parametri di processo,
disperdere le sostanze aggiunte nel mezzo ricettore,
sviluppare effetti sinergici con alcune sostanze (ad esempio disinfettanti o biocidi).
Tra i campi che possono essere presi in esame come esempi di esigenze di particolare rilievo e per i quali non esistono al momento soluzioni tecnologiche adeguate e ad elevato livello di automazione, si possono considerare i seguenti casi applicativi:
A) - Applicazioni nel settore alimentare e della ristorazione, quali:
preparazione estemporanea di bevande (in genere e/o dietetiche);
conservazione e dosaggio di composti pastosi e/o cremosi (quali maionese, ketchup, ecc.).
B) - Applicazioni nel campo della disinfezione in generale, per la preparazione, conservazione e dosaggio di disinfettanti e biocidi:
per la disinfezione dell’acqua potabile (per il consumo umano ed animale, compresi gli acquari);
per aree private e aree sanitarie (ambienti di vita in piscine bagni pubblici, sistemi di condizionamento, muri e pavimenti, toilettes, gabinetti chimici, acque di scarico, rifiuti di ospedali, suolo o altre superfici, ad esempio palestre o aule scolastiche);
per Tigiene veterinaria (sia per l’igiene degli animali, che per la disinfezione delle aree nelle quali gli animali sono ospitati, tenuti o trasportati, nonché per il trattamento dei reflui e delle deiezioni da allevamenti);
per l’alimentazione umana e animale (per la disinfezione di attrezzature, contenitori, utensili per il consumo, superfici o tubazioni utilizzati per la produzione, il trasporto, la conservazione o il consumo di alimenti, mangimi o bevande, ivi compresa l’acqua potabile, destinati al consumo umano o animale);
per la preservazione dei prodotti in scatola o di pellicole o rivestimenti (controllo del deterioramento dovuto a microrganismi in prodotti alimentari, pitture, materie plastiche, sigillanti, adesivi, leganti, carta, oggetti d’arte, ecc.);
per la preservazione del legno, fibre, cuoio, gomma e materiali polimerizzati (controllo del deterioramento microbiologico);
per la preservazione per lavori in muratura, per liquidi nei sistemi di raffreddamento e trattamento industriale, nei lubrorefrigeranti e nei fluidi nella lavorazione industriale (ad esempio, preservazione dell’acqua o altri fluidi usati nei sistemi di raffreddamento e trattamento industriale mediante controllo dei microrganismi, alghe e molluschi); per la preservazione contro la formazione di sostanze viscide (su materiali, attrezzature e strutture);
per il controllo degli animali nocivi (controllo dei ratti, topi o altri roditori, uccelli, molluschi, pesci, insetti, aracnoidi e crostacei, repellenti ed attrattivi per pulci ed altri invertebrati o vertebrati); per il controllo delle incrostazioni (controllo della formazione e fissazione di organismi incrostanti su imbarcazioni, attrezzature per l’acquicoltura o altre strutture usate nell’acqua);
per l’imbalsamazione e la tassidermia (disinfezione e preservazione di cadaveri umani o di animali o di loro parti).
C) - Applicazioni nel campo della integrazione di sali o altre sostanze chimiche o preparati a:
acque di acquari (ad es. dosaggio di sali);
acque per uso potabile (ad es. dosaggio di sali);
acque per uso terapeutico o termale;
acque per uso industriale (ad es. dosaggio di additivi di vario genere); acque per uso allevamento animale o agricolo (ad es. dosaggio dei nutrienti, farmaci o fitofarmaci);
alimenti e bevande in genere.
D) - Applicazione nel campo farmaceutico o alimentare per la preparazione di formulazioni contenenti principi attivi o essenze o aromi sotto forma di miscela con Anidride Carbonica.
Nel seguito verranno esaminati singolarmente almeno alcuni dei settori applicativi suddetti, con specifici esempi, evidenziando gli inconvenienti ella corrispondente tecnica nota e i vantaggi della soluzione tecnica proposta dall'invenzione.
1) - SETTORE ALIMENTARE E DELLA RISTORAZIONE
1 a) Bevande in genere e/o dietetiche a preparazione estemporanea TECNICA NOTA:
Nella tecnica tradizionale la preparazione delle bevande estemporanee avviene tramite aggiunta all'acqua di aromi, esaltatoli di gusto, essenze naturali, dolcificanti, stabilizzanti, antiossidanti etc. confezionati sotto forma di prodotti in polvere o di sciroppi (concentrati zuccherini) e la loro dissoluzione avviene tramite l'agitazione meccanica della miscela acquosa. OGGETTO DELL'INVENZIONE
Secondo la presente invenzione le miscele vengono preparate in contenitori pressurizzati dai quali si possono produrre bevande in genere o dietetiche, mediante il dosaggio combinato dell'Anidride Carbonica e degli altri componenti della miscela capaci di sciogliersi istantaneamente una volta iniettati sotto pressione in un volume definito di acqua.
CARATTERISTICHE DELLE PREPARAZIONI
I componenti, diversi dall'Anidride Carbonica, possono essere caricati nel contenitore pressurizzato sotto forma di polveri o sotto forma di sciroppo acquoso pre-preparato.
A seconda dei vari tipi di sostanze, per realizzare una istantanea dissoluzione dei componenti al momento del loro dosaggio nell’acqua, i componenti possono essere preventivamente liofilizzati e finemente suddivisi, in modo da disperdersi facilmente durante l'erogazione dell'Anidride Carbonica.
ESEMPI DI COMPOSIZIONE DELLE MISCELE
Qualora per queste applicazioni si volessero impiegare miscele convenzionali reperibili in commercio (miscele solide, eventualmente effervescenti, o sciroppi) si avrebbe una notevole formazione di schiume persistenti al momento del dosaggio degli ingredienti nell’acqua per mezzo dell’azione propellente dell’Anidride Carbonica.
Questo inconveniente, che deriva in gran parte dai componenti zuccherini, comporta la perdita dell’effervescenza del preparato ed una significativa alterazione del gusto. Il fenomeno è ben noto, tanto che nei sistemi brevettati che riguardano apparecchi per la preparazione di bevande carbonatate, raggiunta dello sciroppo deve avvenire separatamente alla fase di carbonatazione.
Abbiamo pertanto realizzato formulazioni in cui vengono usati dolcificanti artificiali o miscele di dolcificanti artificiali con quantità minima di dolcificanti naturali. Queste formulazioni vengono miscelate con Anidride Carbonica sotto pressione ottenendo come primo risultato una elevata stabilità nel tempo senza l’uso di conservanti. Le miscele così preparate possono essere dosate in acqua fornendo bevande dal gusto desiderato, senza quella formazione di schiume persistenti, che di fatto ne impedirebbero l’utilizzo.
Qui di seguito si danno alcuni esempi indicativi e non limitativi.
Esempio 1
Per la preparazione di 1 litro di una bevanda dietetica al gusto di arancia, si usa una cartuccia standard di acciaio inossidabile del tipo impiegato per la preparazione di "soda water". Una cartuccia con un volume libero di 10 cni^ viene caricata con:
Arancio polvere 150 CD New Food: 1,60 g
Aroma Arancio 10950-31 G-R: 1,00 g
Acido citrico anidro (esaltatore di sapidità); 1,00 g
Acesulfame K (dolcificante artificiale): 0,35 g
β-carotene in polvere (colorante): 0,064 g
Si procede quindi alla pressurizzazione con Anidride Carbonica a grado di purezza "tecnico" fino a saturazione con una pressione di circa 6,5-7 MPa. In tali condizioni la cartuccia contiene circa 8 g di Anidride Carbonica liquefatta sufficiente per produrre 1 litro di bevanda in un sifone tipo seltz da cui la bevanda può essere dosata in bicchiere sfruttando l'azione propellente del gas senza formazione di schiume persistenti.
Esempio 2
Come descritto in ESEMPIO 1, ma con i seguenti dosaggi:
Arancio polvere 150 CD New Food: 1,60 g
Aroma Arancio 10950-31 G-R: 1,00 g
Acido citrico anidro (esaltatore di sapidità): 1,00 g
Sodio Saccarinato (dolcificante artificiale): 0,075 g
β-carotene in polvere (colorante): 0,064 g
Esempio 3
Come descritto in ESEMPIO 1, ma con i seguenti dosaggi:
Fruttosio (dolcificante naturale): 2,5 g
Destrosio (dolcificante naturale): 2,5 g
Arancio polvere 150 CD New Food: 1,60 g
Aroma Arancio 10950-31 G-R: 1,00 g
Acido citrico anidro (esaltatore di sapidità): 1,00 g
Acesulfame K (dolcificante artificiale): 0,35 g
β-carotene in polvere (colorante): 0,064 g
Esempio 4
Come descritto in ESEMPIO 1, ma con i seguenti dosaggi:
Fruttosio (dolcificante naturale): 2,5 g
Destrosio (dolcificante naturale): 2,5 g
Arancio polvere 150 CD New Food: 1,60 g
Aroma Arancio 10950-31 G-R: 1,00 g
Acido citrico anidro (esaltatore di sapidità): 1,00 g
Sodio Saccarinato (dolcificante artificiale): 0,075 g
β-carotene in polvere (colorante): 0,064 g
lb) Conservazione e dosaggio di composti pastosi e/o cremosi (quali maionese, ketchup, etc.).
TECNICA NOTA
Nella tecnica tradizionale la preparazione di composti pastosi e/o cremosi avviene generalmente tramite miscelazione degli ingredienti, sterilizzazione mediante pastorizzazione accompagnata da ulteriore flashpastorizzazione in linea di confezionamento immediatamente prima del dosaggio nel contenitore finale.
Nella preparazione degli stessi tipi di prodotti su scala artigianale o domestica, o nello stesso uso delle confezioni prodotte industrialmente da parte dell’utente finale, si manifestano tutta una serie di problemi diversi dovuti alle limitate garanzie igienico-sanitarie degli operatori addetti alla preparazione e dei locali dove i prodotti vengono preparati, ovvero dove vengono usati.
In aggiunta ai rischi connessi con gli aspetti igienici della preparazione si deve considerare infatti che i contenitori aperti perdono comunque le loro caratteristiche di igienicità. Si può quindi avere una rapida alterazione del prodotto dovuta a crescita di microrganismi.
Da qui la necessità di usi significativi di sostanze preservanti nella formulazione dell’ alimento.
La diffusa pratica delle confezioni monodose, pur se efficace dal punto di vista igienico, risulta particolarmente onerosa e comporta significative perdite di prodotto, dal momento che il contenitore (tipicamente una bustina) non può essere svuotato completamente.
Secondo recenti stime, questo comporta una perdita di prodotto che varia dal 15 al 40%.
DESCRIZIONE DELLE FIGURE
Figura 1: Andamento nel tempo della carica batterica aerobica (22°C) in maionese preparata senza conservanti, mantenuta in aria ed in atmosfera di Anidride Carbonica.
Figura 2: Andamento nel tempo del numero di colonie di salmonella in campioni di maionese preparata senza conservanti e successivamente infettati, mantenuti in aria ed in atmosfera di Anidride Carbonica.
Figura 3 Andamento nel tempo della carica batterica totale nel campione di ketchup conservato in atmosfera di Anidride Carbonica.
OGGETTO DELL’INVENZIONE
Il metodo oggetto della presente invenzione consiste nella preparazione di composti pastosi e/o cremosi che possano essere conservati in contenitori pressurizzati con Anidride Carbonica senza alcuna aggiunta di conservanti ed essere dosati in modo estemporaneo secondo necessità.
Il noto effetto biocida dell’Anidride Carbonica si è dimostrato particolarmente efficace nei confronti dei microrganismi aerobici presenti in questi prodotti (Si vedano i grafici delle Figg. 1 e 2), e permette al gas di svolgere effetto conservante per prodotti in cui sia stata preventivamente ridotta a zero la carica batterica totale.
CARATTERISTICHE DELLE PREPARAZIONI
I componenti diversi dall Anidride Carbonica vengono caricati nel contenitore pressurizzato sotto forma di pasta e/o crema pre- preparata. Successivamente viene caricata l’Anidride Carbonica fino a raggiungere la pressione desiderata.
Esempio
Una cartuccia standard di acciaio inossidabile utilizzata per la preparazione di "soda water" in un apposito miscelatore ha un volume libero intorno a 10-12 cm^ e viene caricata tipicamente con Anidride Carbonica a grado di purezza "tecnico" fino a saturazione con una pressione di circa 6,5-7,0 MPa.
In tali condizioni la cartuccia contiene 7-10 g di Anidride Carbonica liquefatta, sufficiente per produrre 1 litro di "soda water".
In un sifone tipo “seltz” si introducono circa 900 g di una salsa ketchup preventivamente pastorizzata. Il contenitore viene quindi sigillato e pressurizzato con Anidride Carbonica fino alla pressione desiderata.
Nel grafico della Figura 3, è riportato l’andamento della carica batterica totale (22°C) in funzione del tempo per tale campione di ketchup.
Il contenitore così preparato può essere impiegato come sistema di erogazione e dosaggio del ketchup a temperatura ambiente, senza l’impiego di conservanti e senza problemi igienici connessi all’uso.
Quando il contenitore risultasse esaurito, questo verrà caricato con nuova salsa e pressurizzato nuovamente con Anidride Carbonica.
La soluzione garantisce un utilizzo ottimale del prodotto vuoi perché ogni dosaggio può essere personalizzato senza sprechi, vuoi perché non vi è rischio di perdita di prodotto per motivi igienici, vuoi perché la quantità di prodotto che viene persa perché rimane nel contenitore viene praticamente annullata dall’uso ripetuto del contenitore stesso.
2) - DOSAGGIO DI SOSTANZE BATTERICIDE E BIOCIDI IN GENERE TECNICA NOTA
Per la sanitizzazione di acque ad uso potabile o di acque di piscina, una delle tecniche usate prevede il dosaggio contemporaneo di Cloro o suoi derivati ed Anidride Carbonica utilizzando due separate bombole a pressione per la loro erogazione congiunte a mezzo di una lancia di miscelazione.
L'utilizzo separato di due contenitori pressurizzati, l'uno per il Cloro o per i suoi derivati, l'altro per l'Anidride Carbonica, introduce tuttavia una serie di problemi connessi con la realizzazione tecnica ed operativa degli impianti, la loro sicurezza e la complessità nell'ottenere miscele a contenuto costante di Cloro attivo.
OGGETTO DELL’INVENZIONE
Secondo l'invenzione, vengono preparate, all'interno di un unico contenitore a pressione, miscele di Anidride Carbonica con biocidi quali ad es. Cloro o suoi derivati, allo stato di vapore, o di miscela liquido/vapore, o di fluido supercritico.
Nel caso dei composti del Cloro tali miscele hanno predeterminati titoli di Cloro attivo e definita capacità sterilizzante o disinfettante essendo preformulate allo scopo, contenute in singoli contenitori sotto pressione, utilizzate per contatto diretto con le acque da sanitizzare o secondo modalità alternative. Tale soluzione consente di superare tutti i problemi correlati alla erogazione di Anidride Carbonica e Cloro o suoi composti a partire da due distinti sistemi di contenimento ed erogazione. Le miscele, inoltre, preventivamente solubilizzate in acqua in contenitori “soda water” di tipo già descritto, sono applicabili anche alla preparazione estemporanea di soluzioni disinfettanti da usare per pulire e sterilizzare oggetti e superfici o per sterilizzare modesti volumi di acque.
METODO DI PREPARAZIONE
L'Anidride Carbonica è il componente maggioritario presente nella miscela. Il suo ruolo consiste nel garantire condizioni per la formazione e la stabilizzazione di composti del Cloro dotati di particolare attività ossidante e sterilizzante (ad es. Acido Ipocloroso) in aggiunta a svolgere una propria autonoma azione biocida ed a garantire effetto propellente.
Al momento del dosaggio del gas, la presenza deH'Anidride Carbonica garantisce all’agente sterilizzante una migliore dispersione nel mezzo ricevente.
Ai fini della realizzazione di questa applicazione i tipi di agenti sterilizzanti preferiti sono l'Ipoclorito di Sodio o di Calcio, facilmente reperibile a livello commerciale in soluzione acquosa (circa 7% in peso come Cloro attivo nel primo caso o anche superiore nel secondo caso).
Le miscele tra Anidride Carbonica e composti del Cloro si preparano con modalità identiche a quelle con cui si preparano altre miscele di gas compressi, o gas compressi liquefatti, o miscele gas/liquido.
Accorgimenti particolari devono essere adottati nel caso di miscele preparate a partire da Cloro gas, a causa dei fenomeni di idrolisi che conducono alla formazione di Acido Cloridrico, fortemente corrosivo, secondo la reazione:
Infatti, oltre alle cautele imposte dalla manipolazione di contenitori sotto pressione ed alla tossicità del Cloro, occorre provvedere affinché il contenitore a pressione che riceve i gas compressi sia esente da umidità. Allo scopo, oltre all'essiccamento dell'Anidride Carbonica pressurizzata utilizzata per la miscelazione, si deve prevedere la presenza di un sale anidro all'interno del contenitore finale con la funzione di adsorbire l'eventuale umidità presente.
DOSAGGIO
L'impiego deH'Ipoclorito in miscela con Anidride Carbonica permette di avere una soluzione sotto pressione che può essere dosata con estrema semplicità ed accuratezza. Sfruttando l’azione propellente dell’Anidride Carbonica è quindi possibile alimentare il disinfettante, in formulazione potenziata, anche in apparecchiature convenzionali di carbonatazione o linee di distribuzione di acque operanti in pressione.
SICUREZZA
Relativamente, inoltre, ai problemi connessi con la sicurezza del sistema operativo si segnala che le soluzioni di Ipoclorito di Sodio o Calcio sono irritanti e che il Cloro gas è un tossico.
L'impiego di queste "sostanze attive" già diluite in Anidride Carbonica permette quindi di ridimensionare drasticamente eventuali rischi connessi con lo stoccaggio, la manipolazione ed il dosaggio di tali miscele.
In maniera analoga o con varianti di minor conto rispetto al metodo di preparazione suddescritto, si possono preparare miscele con composti capaci di produrre gas Cloro a seguito di decomposizione chimica.
La tecnica proposta è idonea anche per preparare una grande varietà di miscele aventi caratteristiche di biocidi, di natura organica o inorganica, in forma liquida, semifluida, pastosa, di gel o solida.
La viscosità di tali sistemi può essere modulata in funzione delle condizioni finali di applicazione del prodotto.
Attraverso questo principio è possibile dare soluzione ad una grande varietà di problemi nei più svariati settori.
EFFETTO STABILIZZANTE E STERILIZZANTE
L'Anidride Carbonica, oltre a funzionare come propellente svolge un’importante azione di stabilizzazione a carico del Cloro gas già presente o prodottosi per decomposizione chimica del precursore, e contribuisce all'azione sterilizzante a seguito dell'abbassamento locale del pH che accompagna la sua solubilizzazione.
Questo particolare effetto sinergico è di notevole importanza applicativa, dato che consente di ottenere acque o bevande con elevate garanzie igienico-sanitarie con dosaggi di Cloro estremamente ridotti, a livelli tali da non alterare le proprietà organolettiche delle acque o bevande che lo contengono e da non indurre i tipici effetti negativi che caratterizzano l'impiego del Cloro o suoi derivati.
EFFETTO CONSERVANTE
Come elemento di novità ed innovazione rispetto alle soluzioni attualmente in uso, l'invenzione si caratterizza anche per la possibilità di impiegare un'atmosfera inerte costituita da Anidride Carbonica anidra per inibire processi di degradazione idrolitica di composti che costituiscono i precursori di specie ossidanti attive quali il Cloro.
Questo tipo di soluzione garantisce una spiccata attività biocida (battericida o germicida o alghicida o fungicida) con concentrazioni di Cloro (o altre sostanze attive) ridotte rispetto alla pratica abituale per l’incrementata attività locale dovuta alla presenza dell’Anidride Carbonica.
RISOLUZIONE DEI PROBLEMI
L'utilizzo delle miscele gassose descritte, a partire da un unico contenitore, consente di risolvere uno dei principali annosi problemi correlati all'impiego nel campo della disinfezione del Cloro o dei suoi derivati, legato agli effetti negativi dell'eccesso di tale componente che deve essere mantenuto nelle acque trattate per garantirne l'igienicità.
Ridurre la concentrazione di Cloro nelle acque di piscina significa migliorare molto la vivibilità e la fruibilità degli ambienti delle piscine, mentre ridurre la concentrazione di Cloro nelle acque destinate al consumo umano migliora grandemente le loro caratteristiche organolettiche.
Nella soluzione proposta infatti è possibile dosare i componenti attivi secondo le esigenze, all’ occorrenza anche in maniera continua, mantenendo un livello pressoché costante di agente attivo nel mezzo ricevente. Tale soluzione supera le limitazioni delle tecniche tradizionali che, prevedendo un dosaggio pulsato, impongono sovradosaggi per garantire il mantenimento nel tempo di concentrazioni residue comunque efficaci.
COMPOSIZIONE DELLE MISCELE
I componenti chimici ed i relativi dosaggi che devono essere impiegati per la produzione delle miscele relative ad alcuni dei casi sopra presentati sono indicati nei seguenti esempi, che hanno carattere illustrativo e non esclusivo.
Esempio 1
Metodo per la preparazione di cartucce pressurizzate monodose in grado di sterilizzare l'acqua in coritemporanea all'azione carbonatante svolta daH'Anidride Carbonica.
Una cartuccia standard di acciaio inossidabile utilizzata per la preparazione di "soda water" in un apposito miscelatore ha un volume libero intorno a 10-12 cm^ e viene caricata tipicamente con Anidride Carbonica a grado di purezza "tecnico" fino a saturazione con una pressione di circa 6,5-7,0 MPa.
In tali condizioni la cartuccia contiene 7-10 g di Anidride Carbonica liquefatta, sufficiente per produrre 1 litro di "soda water".
II metodo proposto consiste nell'introdurre nella cartuccia una soluzione di Ipoclorito di Sodio al 7% in peso di Cloro attivo e caricare successivamente l’Anidride Carbonica.
Per gli scopi dell’applicazione in questione è sufficiente che all’interno della cartuccia siano presenti circa 7-15 mg di soluzione concentrata per garantire aH’interno del miscelatore contenente 1 litro di acqua un’efficienza battericida superiore al 99,9%, con tempi di contatto di circa 30 minuti a temperatura ambiente.
Esempio 2
Il metodo proposto consiste nell’ aggiungere alla cartuccia vuota descritta all’esempio 1 un agente essiccante sotto forma di polvere (tipicamente 200 mg di gel di silice anidrificato in stufa) e caricare successivamente la miscela dell'Anidride Carbonica e del Cloro preventivamente preparata nel rapporto desiderato in un tank a pressione, dotato di sistema di pre-anidrificazione dei gas alimentati.
Per gli scopi dell'applicazione in questione è sufficiente che all'interno della bomboletta siano presenti 0,5-1 mg di Cloro per garantire all'intemo del miscelatore contenente 1 litro di acqua un'efficienza battericida superiore al 99,9% con tempi di contatto di circa 30 minuti a temperatura ambiente senza compromettere le caratteristiche organolettiche dell'acqua stessa.
Esempio 3
Metodo per la preparazione di bombole utilizzabili per la sterilizzazione dell'acqua in impianti di erogazione pubblica, ovvero per la sterilizzazione delle acque di piscina. Per questi impieghi possono essere preparate bombole aventi un contenuto di Anidride Carbonica tipicamente pari a 30 kg con un contenuto di Cloro fino a 120-150 grammi.
Attraverso una bombola di questo genere è possibile mantenere sotto controllo la carica microbica di una piscina contenente circa 3.000 me di acqua, mediamente frequentata, per circa una settimana (dosaggio medio settimanale 0,05 mg Cloro per litro d'acqua), con un’efficienza battericida superiore al 99,9% a temperatura ambiente.
Esempio 4
Metodo per la preparazione estemporanea di soluzioni disinfettanti per la sanitizzazione di oggetti e superfici in genere.
Il metodo proposto consiste nell 'introdurre nella cartuccia descritta all’esempio 1 una soluzione di Ipoclorito di Sodio al 7% in peso di Cloro attivo e caricare successivamente l’Anidride Carbonica.
Per gli scopi dell'applicazione in questione è sufficiente che all'interno della bomboletta siano presenti 1-2 mg di Cloro attivo per garantire all'interno del miscelatore contenente 1 litro di acqua per ottenere un disinfettante da impiegarsi per l’igienizzazione di superfici capace di esplicare semplicemente per contatto un'efficienza battericida superiore al 98% con tempi di contatto di circa 30 minuti a temperatura ambiente.
Esempio 5
La cartuccia dell’esempio 1 può essere utilizzata in combinazione con una siringa a pressione.
La cartuccia viene caricata con 5 mi di ALDEIDE FORMICA acquosa al 40 % m/V e pressurizzata con Anidride Carbonica fino alla pressione di 3-7 MPa, tipicamente 5 MPa.
La cartuccia consente di iniettare, molto rapidamente ed efficacemente, la soluzione biocida impiegata comunemente nel campo della preservazione di cadaveri e di parti anatomiche.
3) - DOSAGGIO DI SALI IN GENERE E SALI DI CALCIO E MAGNESIO IN PARTICOLARE
TECNICA NOTA
Secondo la tecnica tradizionale, quando si ha la necessità di mantenere in condizioni di concentrazione controllata una pluralità di sali o sostanze chimiche in soluzioni tipicamente acquose vengono aggiunte miscele saline sotto forma di polvere, tavolette o similari.
Tali metodi sono inutilizzabili quando si deve realizzare un dosaggio contemporaneo di sostanze che hanno solubilità o velocità di solubilizzazione diverse o quando alcune di queste sono addirittura assai poco solubili, come molti dei sali di Calcio e Magnesio.
Casi applicativi di questo tipo si hanno:
nella produzione di acque minerali di sintesi, dove spesso le leggi non ammettono residui di sali organici;
nella produzione di farmaci per il trattamento e la profilassi di malattie come l'ipocalcemia, l'osteoporosi, etc.;
nel condizionamento di acque da rendere idonee al consumo per determinati usi tecnologici o applicativi (ad esempio per particolari tipi di acquari), dove la concentrazione del calcio è necessaria alle forme di vita in esso presenti.
In tutti questi casi le soluzioni offerte dalla tecnica nota non raggiungono i livelli di perfezione della presente invenzione e sono completamente inutilizzabili per ottenere acque mineralizzate in particolare con Calcio e Magnesio.
Così, per i casi in cui si ha la necessità di avere concentrazioni di ioni Calcio, Magnesio e Bicarbonato a livelli confrontabili con quelli usuali per acque destinate al consumo umano, o anche superiori come nel caso degli acquari dove si verifica la necessità di avere concentrazioni costanti nel tempo per Calcio e Magnesio, i problemi relativi al dosaggio di questi ioni sono legati alla naturale difficoltà con cui molti dei loro sali possono essere dissociati in acqua.
A tale scopo sono state attuate diverse soluzioni, a volte caratterizzate da una certa complessità ed onerosità realizzativa.
In alcuni casi sono stati impiegati sali parzialmente solubili di Calcio e Magnesio, come i relativi Ossidi o Idrossidi, con i quali in presenza di Anidride Carbonica si producono generalmente soluzioni sature la cui parte omogenea può essere utilizzata direttamente previa separazione dal corpo di fondo.
In questi casi la reazione che avviene è la seguente:
Tale reazione provoca la parziale solubilizzazione del Calcio.
Il residuo insolubile, che comunque rimane dal trattamento, può a sua volta essere trasformato in Bicarbonato, sale solubile, mediante un ulteriore trattamento con acqua carbonatata.
LIMITAZIONI DELLA TECNICA NOTA
Indipendentemente dal tipo di matrice utilizzata come fonte di Calcio o Magnesio, tali applicazioni soffrono di una serie di limitazioni.
Ad esempio, Γ impiego anche commerciale di processi di mineralizzazione di acque dolci per passaggio su letti o cartucce di carbonati di Calcio e/o Magnesio, pur nella semplicità realizzativa e di gestione, non garantisce risultati costanti in termini di concentrazione dei sali disciolti, soprattutto nei processi che non abbiano una gestione rigorosamente continua. L'impiego di Ossidi o Idrossidi, necessitando dei ripetuti trattamenti chimici sopra descritti, pur garantendo la possibilità di una più affidabile gestione del processo in maniera sia continua, che discontinua, non raggiunge livelli di certezza e costanza nelle concentrazioni dei sali disciolti e .presenta una complessità impiantistica e gestionale decisamente superiore e costituisce quindi una soluzione tecnica particolarmente onerosa.
Utilizzando sali di Calcio e Magnesio solubili (ad esempio i rispettivi Cloruri) da soli, o in miscela tra loro, si possono ottenere le relative soluzioni, che però si manifestano decisamente acide (per l'idrolisi del sale) e soprattutto presentano concentrazioni elevate di ione Cloruro, spesso indesiderato per numerose applicazioni.
In presenza di sali solubili, quali Bicarbonato di Sodio o Potassio, anche utilizzando sali di Calcio e/o Magnesio individualmente molto solubili in acqua, si deve tenere conto dei complessi equilibri in soluzione che, entro ampi intervalli di composizione delle specie presenti, determinano la precipitazione dei Carbonati di Calcio e Magnesio.
OGGETTO DELL'INVENZIONE
Il procedimento oggetto della presente invenzione industriale consente invece di sfruttare l'azione dell’Anidride Carbonica sotto pressione per spostare l'equilibrio carbonato-bicarbonato e realizzare una trasformazione dei sali presenti nelle miscele, fin dalla preparazione delle miscele stesse, in maniera tale che questi sali si trovino in una forma più rapidamente solubile al momento del dosaggio.
Questo tipo di processo si basa sulla azione solubilizzante svolta daH'Anidride Carbonica sui sali di Calcio e Magnesio; ad esempio con il carbonato si instaura il noto equilibrio:
che porta alla solubilizzazione del Calcio, dal momento che i carbonati sono insolubili mentre i bicarbonati corrispondenti (che non esistono allo stato solido nelle normali condizioni ambientali) sono solubili in acqua.
D'altra parte, la solubilità del carbonato di Calcio in funzione del pH può essere schematizzata come segue:
si solubilizza CaC03 precipita CaC03
cosicché l'azione dell'Anidride Carbonica, con conseguente abbassamento del pH della soluzione, ne provoca la solubilizzazione.
Le miscele saline contenenti composti di Calcio e Magnesio vengono preparate e conservate in forma di miscele solubili o facilmente solubilizzabili in presenza di Anidride Carbonica, in modo che possano essere dosate in maniera controllata, sia in modo continuo, che discontinuo.
A seconda delle varie applicazioni, i sali o le miscele saline possono essere preparati come soluzione o sospensione acquosa, mentre l'Anidride Carbonica può essere presente allo stato di vapore, liquido o fluido supercritico.
L’utilizzo dell’Anidride Carbonica nelle condizioni descritte comporta necessariamente il confezionamento delle miscele saline in contenitori a pressione.
L'uso dei suddetti contenitori a pressione e delle miscele in essi contenute consente di superare tutti i problemi applicativi tipici delle tecnologie correnti.
L'impiego dell' Anidride Carbonica pressurizzata, infatti:
sposta l'equilibrio del sistema verso la formazione di Bicarbonati estremamente solubili;
agisce da propellente favorendo la filoriuscita dei sali in forma di polvere finemente suddivisa, o di soluzione liquida omogenea più o meno viscosa o di miscela solido/liquido (anche in consistenza pastosa); funziona da agente di mescolamento del mezzo acquoso che riceve le sostanze erogate dal contenitore a pressione favorendo la loro dispersione e solubilizzazione;
Il metodo proposto permette quindi di realizzare miscele saline facilmente dosabili da un contenitore a pressione in modo da ottenere in forma solubile sali di Calcio e Magnesio singolarmente o in combinazione fra loro e/o con altri sali in presenza di ioni Bicarbonato.
METODO DI PREPARAZIONE
Le miscele vengono preparate in un reattore agitato, in cui si alimentano inizialmente i sali, eventualmente in presenza di una certa quantità di acqua. Il reattore viene quindi pressurizzato con Anidride Carbonica a valori crescenti di pressione, fino a che non sono avvenuti i processi di conversione/stabilizzazione dei componenti introdotti.
Questo processo richiede generalmente un tempo di "maturazione" di alcune ore.
Dal reattore le miscele ottenute sono trasferite in uno o più contenitori a pressione, di dimensioni e forma idonea, che operano a pressione inferiore a quella del reattore primario.
Il carico di detti contenitori avviene sfruttando la pressione di Anidride Carbonica all'interno del reattore primario.
Il carico di detti contenitori può anche essere effettuato, sempre sfruttando la pressione di Anidride Carbonica all'intemo del reattore, eventualmente previa creazione del vuoto airintemo del contenitore ricevente.
Eventualmente la pressione di Anidride Carbonica del contenitore pressurizzato può essere aumentata dopo la carica mediante ulteriore alimentazione di Anidride Carbonica.
I seguenti esempi illustrano ulteriormente l'invenzione.
Esempio 1
Una miscela di Ossido di Calcio ed acqua demineralizzata è stata pressurizzata con Anidride Carbonica fino alla pressione di 3-7 MPa (tipicamente 5 MPa) e mantenuta per almeno 12 ore in tali condizioni.
II dosaggio di tale miscela in 1 litro di acqua demineralizzata, in ragione di complessivi 250 mg di secco, produce una soluzione limpida ed omogenea con un contenuto di Calcio in soluzione pari a 179 mg/litro.
Esempio 2
Una miscela di Ossido di Magnesio ed acqua demineralizzata è stata pressurizzata con Anidride Carbonica fino alla pressione di 3-7 MPa (tipicamente 5 MPa) e mantenuta per almeno 12 ore in tali condizioni.
Il dosaggio di tale miscela in 1 litro di acqua demineralizzata, in ragione di complessivi 150 mg di secco, produce una soluzione limpida ed omogenea con contenuto di Magnesio in soluzione pari a 90 mg/litro.
Esempio 3
Una miscela di sali avente la seguente composizione ponderale percentuale:
è stata posta in acqua demineralizzata e quindi pressurizzata con Anidride Carbonica fino alla pressione di 3-7 MPa (tipicamente 5 MPa) e mantenuta per almeno 12 ore in tali condizioni.
Il dosaggio di· tale miscela in 1 litro di acqua demineralizzata, in ragione di complessivi 730 mg di secco, produce una soluzione limpida ed omogenea con la seguente composizione in mg/litro:
g
Esempio 4
Una miscela di sali avente la seguente composizione ponderale percentuale:
è stata posta in acqua demineralizzata e quindi pressurizzata con Anidride Carbonica fino alla pressione di 3-7 MPa (tipicamente 5 MPa) e mantenuta per almeno 12 ore in tali condizioni.
Il dosaggio di tale miscela in 1 litro di acqua demineralizzata, in ragione di complessivi 235 mg di secco, produce una soluzione limpida ed omogenea con la seguente composizione in mg/litro:
SOLUZIONI DI PROBLEMI DI DOSAGGIO DI SALI
In conclusione, attraverso questo metodo si può effettuare il dosaggio di sali, compresi quelli di Calcio e Magnesio, ovvero di miscele Calcio/Magnesio senza la necessità di alcun accorgimento particolare se non quello di scegliere e dosare i sali, in base al risultato che si vuole ottenere.
Tale metodo permette di superare le problematiche connesse con le metodologie attualmente disponibili in quanto, di fatto, il problema del dosaggio del Calcio o del Magnesio si traduce esclusivamente nelle problematiche tecniche legate all'impiego di un contenitore a pressione da cui, in modo continuo o discontinuo, vengono erogate le miscele a titolo noto.
Infatti se nei sistemi di dosaggio convenzionale i sali inorganici di Calcio e Magnesio si sciolgono normalmente con grande difficoltà o lentezza, creando tutta una serie di problematiche che rendono di fatto impossibile garantire la costanza delle concentrazioni degli ioni dosati, con questo metodo i sali dosati si solubilizzano molto rapidamente (quasi istantàneamente nella maggior parte delle applicazioni) e questo consente di progettare e gestire in maniera molto semplice ed affidabile il controllo del processo di dosaggio e la sua automazione, realizzabile ad esempio attraverso una sonda in grado di misurare il Calcio o Magnesio disciolto o, in alternativa, la conducibilità elettrica della soluzione.
La metodologia descritta naturalmente trova campi di applicazione in settori anche molto diversificati fra loro; a titolo esemplificativo si possono segnalare:
preparazione di acque minerali "di sintesi" per aggiunta integrale di sali ad acque piovane od ottenute da processi di osmosi, o distillazione, o condensazione o per dissoluzione di neve o ghiaccio naturale, da destinare all'alimentazione umana o animale;
correzione di acque sorgive o di pozzo o di acquedotto per riportarle entro standard di qualità predeterminati;
preparazione di acque ad uso irriguo con particolari rapporti tra i componenti salini per finalità di tipo agronomico e/o di studio; formulazione di acque che devono avere caratteristiche uguali ad acque di mare, ad acque termali, ad acque geotermiche, ecc.; preparazione di acque per acquari;
aggiunta di sali selezionati al fine di ottenere determinati risultati in termini di gusto per un'acqua, una bevanda, una bibita, un infuso.
Come conseguenza della applicazione congiunta dei principi enunciati nel presente brevetto di invenzione industriale è possibile realizzare airintemo dello stesso contenitore a pressione sia la funzione di “mineralizzazione” (aggiunta di sali), che quella “sterilizzante” (dosaggio di sostanze biocide), che il dosaggio dei componenti necessari per produrre una bevanda o bibita (aroma, esaltatore di gusto, dolcificante, ecc.).
Semplicemente associando tutti i componenti necessari in una miscela pressurizzata di Anidride Carbonica è quindi possibile preparare, con le più ampie garanzie igienico-sanitarie, una grande varietà di bevande o bibite anche a partire da acque aventi salinità insufficiente e prive di iniziali requisiti igienici.
TIPI DI CONTENITORI PER LE APPLICAZIONI PRATICHE DELLE INVENZIONI
Con il metodo oggetto del presente brevetto di invenzione industriale si preparano anche in condizioni di sterilità miscele sotto pressione di Anidride Carbonica che possono essere contenute in recipienti sotto pressione di diversa forma e volume, a seconda delle necessità di impiego.
Da detti contenitori, il dosaggio può avvenire:
direttamente nel mezzo ricevente finale;
in altro contenitore, che svolge funzione di miscelatore/dosatore, eventualmente già contenente alcuni componenti della formulazione. In tutti i casi, si possono distinguere fondamentalmente due tipi di “scale” applicative:
Sistemi “monodose” - fiale di metallo o altro materiale in grado di resistere alla pressione interna, dotate di un setto a tenuta che viene perforato al momento del collegamento con un sistema di erogazione o con un recipiente ricettore.
La perforazione del setto produce lo svuotamento completo della fiala o bomboletta.
La preparazione dei sistemi . avviene generalmente a partire da una miscela “madre” preparata in un reattore agitato in cui sono caricati in pesi e volumi predeterminati i componenti allo stato di gas, vapore, solido, liquido o pasta. Nel caso di componenti in fase di gas o vapore, l’Anidride Carbonica pressurizzata deve essere alimentata al reattore in contemporanea, mentre con componenti di diverso stato fisico questa viene alimentata successivamente.
Sfruttando la pressione interna del reattore, dotato di accorgimenti per garantire l’omogenea erogazione del contenuto, si possono riempire le singole fiale prima dell’applicazione del setto di tenuta.
In alternativa al caricamento mediante pressione si può dosare la miscela dei composti all’interno di ogni singola fialetta, procedendo quindi alla pressurizzazione con Anidride Carbonica.
Sistemi “polidose” - fiale o bombole di metallo o altro materiale in grado di resistere alla pressione interna, dotate di un setto a tenuta o di altro congegno che consente il collegamento con un idoneo sistema di dosaggio, eventualmente asservito ad un controllo automatico appositamente predisposto.
Lo svuotamento del contenitore avviene per gradi, in maniera continua, o discontinua, a seconda del tipo di erogazione richiesta.
Questo tipo di soluzione richiede accorgimenti per garantire che la miscela erogata abbia caratteristiche costanti nel tempo come qualità e composizione.
Se i contenitori sono dotati di setto a tenuta, le modalità di confezionamento sono identiche a quelle dei sistemi “monodose”. Se i contenitori sono dotati di congegno di collegamento (ad esempio di un rubinetto) si può operare secondo due sequenze distinte:
a. carica dei componenti della miscela nel contenitore privo del rubinetto — montaggio del rubinetto — pressurizzazione con Anidride Carbonica (eventualmente previa creazione del vuoto aH’intemo del contenitore); b. creazione del vuoto all’interno del contenitore dopo montaggio del rubinetto - aspirazione della miscela dei componenti formata a parte insieme all’ Anidride Carbonica (questo criterio è indispensabile nel caso di miscele gassose o di vapori) - eventuale ulteriore pressurizzazione con Anidride Carbonica.
Claims (20)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la preparazione di miscele di sostanze e/o composti in genere, consistente nel miscelare, all inte o di un contenitore a pressione, le sostanze e/o composti suddetti insieme ad Anidride Carbonica allo stato di vapore, miscela liquido/vapore, fluido supercritico.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, per la conservazione in ambiente inerte di sostanze e/o composti in genere, altrimenti degradabili.
- 3. Metodo secondo la rivendicazioni 1 o 2, per il dosaggio di sostanze, miscele di sostanze · e/o composti in genere in maniera sia manuale, che automatica, sia temporizzata, che legata al controllo di parametri di processo, sia con sistema monodose, che polidose.
- 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, per la conservazione in condizioni di sterilità di sostanze e/o composti in genere, altrimenti soggetti ad alterazioni microbiologiche.
- 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, per la dissoluzione in tempi rapidi di sostanze e/o composti in genere, altrimenti scarsamente solubili.
- 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui le sostanze e/o composti, conservati in condizioni di sterilità, sono alimenti di tipo pastoso e/o cremoso, quali maionese, ketchup e simili.
- 7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, relativo a miscele contenenti esaltatoli di gusto, essenze naturali, dolcificanti naturali e/o artificiali, stabilizzanti, antiossidanti e simili, sotto forma di prodotti in polvere, dove i componenti meno facilmente solubili subiscono eventualmente trattamenti preventivi, quali liofilizzazione, micronizzazione, e simili, in modo da aumentare la facilità di dispersione e/o solubilizzazione in mezzo liquido.
- 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui le sostanze descritte, sotto forma di sciroppo, vengono formulate con dolcificanti artificiali, in modo che le bevande, al momento del loro dosaggio in acqua non producano formazione di schiume persistenti.
- 9. . Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, relativo alla preparazione, conservazione e dosaggio di disinfettanti e biocidi in genere, sfruttando l’associazione dell’ Anidride Carbonica ad esempio con Cloro oppure composti capaci di sviluppare Cloro attivo, quali Ipoclorito di Sodio o di Calcio, allo stato di vapore, o di miscela liquido/vapore o di fluido supercritico, in cui detti disinfettanti e biocidi sono preformulati in modo da avere predeterminati titoli di Cloro con conseguente definita capacità biocida, e dove l’Anidride Carbonica viene utilizzata come garante della formazione e/o stabilizzazione di specie attive.
- 10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, relativo alla preparazione di miscele di sali in genere e sali di Calcio e di Magnesio in particolare.
- 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui, per la realizzazione di miscele acquose di sali di Calcio e/o Magnesio, singolarmente o in combinazione fra loro e/o con altri sali, in forma più rapidamente solubile, viene sfruttata l'azione dell' Anidride Carbonica.
- 12. Metodo secondo la rivendicazione 11 per realizzare miscele in forma solubile di sali di Calcio e/o Magnesio, singolarmente o in combinazione tra loro e/o con altri sali, in cui viene sfruttata razione dell’Anidride Carbonica per trasformare carbonati insolubili in bicarbonati solubili.
- 13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui la rapida solubilizzazione dei sali permette l’automazione del processo di dosaggio per garantire una concentrazione costante dei sali nei sistemi in cui gli stessi sono erogati.
- 14. Metodo di preparazione secondo almeno una delle rivendicazioni come precedenti, in cui le caratteristiche di viscosità delle miscele erogate sono modulate in funzione delle condizioni finali dell’ applicazione del prodotto.
- 15. Contenitore sotto pressione contenente miscele di sostanze e/o composti in genere, insieme -ad anidride carbonica allo stato di vapore, miscela liquido/vapore, fluido supercritico, atto alla conservazione e/o dosaggio delle sostanze e/o composti suddetti, in maniera manuale, automatica o temporizzata.
- 16. Contenitore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di essere monodose o pluridose.
- 17. Contenitore secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui dette sostanze e/o composti sono alimenti di tipo pastoso o cremoso, quali maionese, ketchup e simili.
- 18. Contenitore secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui dette sostanze e/o composti sono prodotti in polvere o liquidi.
- 19. Contenitore secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui dette sostanze e/o composti comprendono un agente sterilizzante, in particolare cloro o un composto in grado di sviluppare cloro attivo, per la sanificazione di acque e bevande.
- 20. Contenitori secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui dette sostanze e/o composti comprendono miscele di sali in genere e in particolare di sali di Calcio e di Magnesio, dosabili in forme solubili, singolarmente o in combinazione tra loro.
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