MX2007012014A - Esterilizacion de productos alimenticios capaces de fluir. - Google Patents
Esterilizacion de productos alimenticios capaces de fluir.Info
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Abstract
Métodos de producción de bebidas y productos alimenticios capaces de fluir usando inyección de vapor se proveen para destruir eficientemente microorganismos capaces de soportar temperaturas de pasteurización normales. Microorganismos tales como Alicyclobacillus acidoterrestris y sus esporas pueden eliminarse de lo jugos de frutas y similares mientras que se minimiza la degradación organoléptica debida al calentamiento. El aparato es capaz de pasteurizar, mezclar físicamente y controlar las especificaciones de producto de una bebida terminada en una materia continua.
Description
ESTERILIZACIÓN DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS CAPACES DE FLUIR
Campo de la Invención Esta divulgación se relaciona de manera general con el campo de producción de bebidas y alimentos, y en particular la destrucción de contaminantes (incluyendo bacterias, mohos, y aun esporas) de productos alimenticios capaces de fluir por inyección de vapor directa. Los métodos divulgados son particularmente bien adecuados para destruir esporas de jugos de fruta y similares mientras se mantienen alta calidad de producto y propiedades organolépticas superiores comparados con métodos de pasteurización tradicionales. Antecedentes Hay muchos métodos del estado de la técnica para destruir microorganismos en productos alimenticios y de bebidas. Calor ha sido usado para hacer artículos alimenticios seguros para consumo, por ejemplo a través de cocción, desde la historia registrada. Sin embargo, comenzando con el trabajo de Louis Pasteur en los 1800s para extender la vida en estantes del vino, el tratamiento térmico ha sido usado para metódicamente matar patógenos y otros organismos no deseables en consumibles previo a almacenamiento, permitiendo que los consumidores almacenen esos productos por periodos de tiempo mas largos sin descomposición.
Ahora, una amplia variedad de productos líquidos se pasteurizan rutinariamente, incluyendo leche y otros productos lácteos, jugos, cerveza y otras bebidas alcohólicas, y aun huevo líquido. Técnicas de pasteurización básicas eventualmente dieron lugar a pasteurización de corto tiempo a alta temperatura ("pasteurización HTST" ) y luego pasteurización de temperatura ultra-elevada ("pasteurización UHT" ) . Mas recientemente, pasteurización de temperatura ultra-elevada, combinada con técnicas modernas para esterilización de empaques, ha permitido la producción de una variedad de productos alimenticios estables en estantes que se pueden conservar indefinidamente sin refrigeración. Tales productos estables en estantes son especialmente populares en Europa. Ciertos productos, mas notablemente bebidas, también están ampliamente disponibles en empaques estables en estantes en los Estados Unidos . La pasteurización requiere que procesadores de alimentos equilibren las temperaturas de calentamiento y el tiempo de calentamiento de alimentos para destruir o reducir microorganismos dañinos. Sobre el tiempo, la experiencia ha enseñado que mediante usar mayores temperaturas y menores tiempos de retención, un procesador de alimentos puede calentar un producto alimenticio capaz de fluir lo suficiente para reducir el nivel de microorganismos viables que presentan preocupaciones de seguridad al público y almacenamiento mientras que aun conserva las propiedades organolépticas del producto (sabor, textura, color, etc.) . Sin embargo, equilibrar la temperatura de calentamiento y el tiempo de calentamiento no es un ejercicio simple, y en muchos productos, tiempo y recursos significativos deben emplearse en buscar un tratamiento de calentamiento adecuado. Menores temperaturas combinadas con tiempos de tratamiento mas largos pueden proporcionar una muerte microbiana equivalente cuando se comparan con mayores temperaturas en tiempos mas cortos, pero pueden producir resultados organolépticos muy diferentes en el producto final. Exposición a calor prolongada frecuentemente imparte un sabor "cocido" a productos, y puede ocasionar otra degradación de propiedades organolépticas (v.gr. , aroma, sabor, color, etc.) . Tal un sabor "cocido" disminuye el deseo hacia muchos alimentos estables en estantes ultra-pasteuri -zados . El procesamiento de alimentos con pasteurización se lleva a cabo en cuatro etapas básicas, las cuales se pueden resumir brevemente como calentamiento, retención, enfriamiento, y empaque. Durante el proceso de calentamiento, la temperatura del producto alimenticio se eleva a un punto deseado para permitir la destrucción de ciertos microorganismos no deseables. Ordinariamente, el calentamiento se logra de manera indirecta mediante conducir calor a través de una superficie que hace contacto con el producto alimenticio en lugar de mediante aplicar calor directamente al producto alimenticio. Un método por lotes se puede usar, donde una cuba de producto se rodea por un medio de calentamiento, tal como un líquido calentado, vapor de agua, o espiras de calentamiento llenas con agua caliente o vapor de agua. Producto se agita en la cuba para mantener calentamiento uniforme hasta que los contenidos alcanzan la temperatura deseada. Dado que el método por lotes requiere calentar un gran volumen de producto a través de un área superficial definida por las paredes de la cuba, presuri zación por lotes puede tomar cantidades de tiempo y espacio inaceptables. Por lo tanto, sistemas de procesamiento "continuos" usualmente son usados en su lugar. En sistemas continuos, volúmenes de producto mas pequeños se mueven continuamente mas allá de una superficie calentada, referida como un intercambiador de calor. Un intercambiador de calor transfiere calor a partir de un medio de calentamiento al producto para destruir o eliminar microorganismos. Dado que volúmenes de producto mas pequeños se mueven mas allá de la superficie calentada sobre un periodo de tiempo dado, el producto rápidamente logra temperaturas altas necesarias para muerte microbiana satisfactoria. Además, pasteurización continua permite procesamiento adicional de producto a comenzar casi inmediatamente después de que la pasteurización se inicia y continúe simultáneamente con el proceso de pasteurización, en lugar de requerir pasteurización de un gran lote de producto a ser completado previo a iniciar cualquier procesamiento adicional. Hay varias variedades de intercambiadores de calor. Un "intercambiador de calor de placas" usa placas conductoras de calor, corrugadas, muy delgadas, con un medio de calentamiento en un lado y un producto alimenticio líquido desplazándose a través del intercambiador en el otro lado. Una variedad de patrones de flujo pueden usarse para pasar producto sobre las placas. Dado que el producto mas cercano a las superficies del intercambiador de calor se calentará mucho mas rápido que producto mas lejos, hay una tendencia del producto a cocerse o quemarse en las superficies del intercambiador de calor, lo cual degrada las propiedades organolépticas del producto y puede afectar de manera detrimente el desempeño del intercambiador de calor. Para evitar ensuciamiento del intercambiador de calor, las placas en un intercambiador de calor de placas pueden tener superficies en forma de wafle diseñadas para impartir turbulencia en el producto mientras se está calentando para asegurar calentamiento uniforme. Otro tipo de intercambiador de calor, el "intercambiador de calor de superficie rasgada", tiene hojas que raspan las superficies calentadas para remover producto y evitar exposición al calor prolongada . La fase de retención de la pasteurización toma lugar después del calentamiento, y se refiere al proceso de mantener el producto a temperaturas elevadas por una cantidad de tiempo deseada. En pasteurización tradicional, una vez calentado, el producto fluye a través de un tubo de retención aislado que mantiene a producto en la temperatura de pasteurización requerida por el tiempo requerido. Temperaturas de calentamiento y tiempos de retención se eligen para ocasionar un nivel deseado de destrucción microbiana. Este nivel es referido frecuentemente en términos de la reducción logarítmica de un organismo, v.gr., una reducción de cien veces es referida como una "reducción 2 log" de un organismo objetivo. La mayoría del tratamiento con calor en el proceso de pasteurización se imparte durante la etapa de retención. Sin embargo, el tiempo de retención no es una materia simple a determinar, dado que en la pasteurización tradicional algo del producto necesariamente estaría mas cercano que otras porciones del producto a las superficies de intercambio de calor.
Además, las tasas de calentamiento y enfriamiento significativamente afectan el tratamiento con calor global, con curvas de calentamiento/enfriamiento mas lentas significativamente incrementando el tratamiento con calor global debido al mayor tiempo de retención. Además, dado que diferentes porciones del producto se desplazan a diferentes velocidades a través de los tubos de mantenimiento, y dado que la velocidad a la cual el producto pasa a través del tubo de retención puede afectar el tiempo de retención promedio, la tasa de flujo y el patrón de flujo de un líquido a través de un pasteurizador tiene un efecto significativo en el tratamiento con calor global. Por lo tanto, es frecuentemente necesario evaluar el tratamiento térmico con base en la porción de movimiento mas rápido del alimento en los tubos de retención (los cuales recibirán el menor tratamiento con calor, y por lo tanto experimentan el menor nivel de muerte microbiana) . De hecho, la velocidad a la cual un fluido se desplaza a través del tubo de retención complica adicionalmente el tratamiento con calor recibido por cualquier porción individual, dado que cuando los líquidos fluyen a través de un tubo a velocidades mas lentas experimentan flujo esencialmente laminar, o parabólico, pero a velocidades mayores experimentan flujo turbulento, produciendo corrientes de Foucault en varias direcciones no en la trayectoria de flujo normal. Estas corrientes de Foucault pueden ocasionar que ciertas porciones experimenten patrones de flujo circulares, inversos, o angulares, incrementando el tiempo de retención de esas porciones. Por lo tanto, los tiempos de retención promedio y de porción mas rápida no se incrementan linealmente con la velocidad de flujo. El tercer paso básico de la pasteurización es la fase de enfriamiento. Durante la fase de enfriamiento, el producto está aun sufriendo cambios debido a sus temperaturas elevadas. El enfriamiento del producto previene la degradación organoléptica innecesaria debida a calentamiento después de que un nivel deseado de destrucción microbiana se ha logrado. El enfriamiento puede simplemente consistir de permitir que calor se disipe a través de la sección de retención, o puede involucrar refrigeración actual o uso de refrigerantes de menor temperatura. Enfriamiento rápido pone fin al tratamiento con calor, reduciendo o cesando cualquier alteración a las propiedades organolépticas y muerte microbiana. Enfriamiento lento, por otro lado, permite que el producto continúe experimentando los efectos de temperatura elevada por un periodo de tiempo mas largo, permitiendo que la muerte microbiana continúe, pero también permitiendo que el calor esencialmente cueza al producto, resultando en niveles incremen-tado de desnaturalización molecular y posiblemente pérdida o modificación de las propiedades organolépticas. Durante o después de la etapa de enfriamiento, el producto se puede empacar. En los 1960s, proveedores de equipo de empaque habían desarrollado procedimientos de esterilización de equipo que podría usarse para empacar de manera aséptica alimentos líquidos pasteuri zados . El empaque aséptico requiere recipientes esterilizantes, llenando los recipientes bajo condiciones estériles, y sellando herméticamente los recipientes. Por finales de los 1970s, se estableció bien que los productos pasteuri zados podrían lograr vida en estantes mas larga si se empacaban usando técnicas de empaque aséptico, en las cuales producto se empaca en recipientes estériles bajo un ambiente estéril. Mas recientemente, procesos de "llenado en caliente" se han vuelto mas comunes, donde productos pasteurizados se llenan directamente hacia el empaque mientras que aun están en temperaturas de pasteurización para mantener un ambiente de bajos microbios o libre de microbios. Una alternativa a pasteurización con intercambiador de calor es inyección de vapor directa. En lugar de depender de calentamiento indirecto, la inyección de vapor aplica un chorro corto de vapor a alta temperatura directamente hacia el producto. Este método tiene el potencial de producir resultados organolépticos no aceptables, y normalmente ha sido considerado inadecuado para muchas aplicaciones, especialmente cuando se usa vapor de temperatura muy alta. Sin embargo, la inyección de vapor ha sido usada satisfactoriamente para esterilizar ciertos productos, tales como leche, como se muestra en la EP 0,617,897 otorgada a Arph. En Arph, leche pre-calentada se inyecta con vapor para elevar la temperatura a 140-15ÜDF seguido por enfriamiento por destello para enfriar el producto y remover el vapor de agua añadido por inyección de vapor. En la solicitud publicada US 2004/0170731, un método de pasteurización con vapor se describe donde vapor se calienta a una temperatura de no mas de 220ÜF y se añade a jugo crudo, se mantiene por un corto tiempo (usualmen-te menos de 1 minuto) , y se enfría por destello para remover el vapor de agua añadido por inyección de vapor. Procesos de inyección de vapor del estado de la técnica, sin embargo, han mostrado ser no confiables, y usualmen-te llevan a pérdida de sabor. La velocidad de vapor fluyendo a través de un sistema cerrado es mucho mayor que aquella del líquido, resultando en una mezcla inconsistente. Dado que vapor seguirá la trayectoria de menor resistencia a través del sistema, un gradiente de temperatura puede producirse entre el vapor y el producto líquido dentro del cual se inyecta. Procesos del estado de la técnica también usan métodos de enfriamiento por destello, donde agua se evapora rápidamente a partir de una solución para efectuar enfriamiento. Desafortunadamente, enfriamiento por destello lleva a pérdida de sabor. Se cree que esta pérdida de sabor es debida al hecho de que la mayoría de los compuestos de sabor son mas volátiles que el agua. Procesos de inyección de vapor del estado de la técnica son también frecuentemente no efectivos en costos, dado que entradas de alta energía se requieren para elevar el producto a tales altas temperaturas. Mas aun, estos procesos pueden no producir la muerte microbiana deseada para muchos productos . Una de las debilidades de las formas tradicionales de pasteurización, sin embargo, es la incapacidad de efectivamente matar ciertos microbios o sus esporas. Las esporas son organismos reproductivos, usualmente producidos por hongos o ciertas bacterias, los cuales están especialmente adaptados para supervivencia bajo las condiciones mas inhóspitas, incluyendo temperaturas muy altas. La pasteurización usualmente no se pretende para "esterilizar" productos alimenticios (es decir, eliminar esencialmente todos los microorganismos) debido a los tiempos de retención y temperaturas necesarios para eliminar casi todos los microorganismos, especialmente esporas, ocasionarían demasiada degradación en las propiedades organolépticas. La esterilización es normalmente considerada una reducción 5 log de microorganismos, resultando en niveles no detectables de bacterias, hongos, y levaduras. Sin embargo, en algunos casos la esterilización se prefiere sobre la pasteurización debido a que es difícil destruir microorganismos capaces de sobrevivir a la pasteurización puede ser problemático en producción de alimentos, y puede ser una preocupación de salud y/o significativamente alterar sabor, olor, y otras propiedades organolépticas. Por ejemplo, en los 1980s una nueva bacteria de descomposición formadora de esporas se aisló y se identificó a partir del jugo de manzana. Llamada Alicyclobacillus acidoterres-tris, la bacteria es un microorganismo motriz, formador de esporas, en forma de bastón, que crece a valores de pH variando de 2.5 a 6.0 a temperaturas de 25 a 6oDc (77 a 14ODF) . Sus esporas (las cuales pueden ser esporas centrales, sub-terminales , o terminales ovaladas) son extremadamente resistentes a altas temperaturas y ambientes ácidos, y por lo tanto son significativas como agentes de descomposición potenciales. Bacterias de los géneros Alicyclobacillus normalmente no presentan una preocupación a la seguridad de alimentos. Algunas especies, sin embargo, son conocidas por ocasionar descomposición y producir sabores desagradables en productos (v.gr., bebidas de jugo muy ácidas) , aun cunado se pasteurizan a tiempos y temperaturas de pasteurización normales. A. acidoterrestris se origina en la tierra, y se conoce como un contaminante de fruta y jugos de fruta. A. acidoterrestris se conoce que produce un aceite aromático orgánico amarillento, de aroma ofensivo, conocido como guaiacol , así como otros compuestos que alteran sabor y aroma.
Dado que el guaiacol imparte un aroma similar a medicinal a jugos de fruta, consumidores tienden a asumir que la presencia de guaiacol es una señal de descomposición y/o fermentación. La bacteria ocasiona un tipo plano, agrio, de descomposición, y ha sido implicada en descomposición de jugo de frutas en América del Norte y Europa. El género Alicyclobacillus se conoce que es resistente al calor , y tiene una temperatura de crecimiento óptimo entre 90 y 145ÜF a un pH de alrededor de 3.5 a 4.0, lo cual está bien dentro de condiciones de almacenamiento en almacén normales. Si se dejan sin tratar, organismos de Alicyclobacillus son capaces de contaminar una línea de proceso entera y producir cantidades masivas de producto no satisfactorio. Debido a la habilidad de la bacteria y sus esporas para sobrevivir procesos de pasteurización normales y prosperar en ambientes altamente ácidos, A. acidoterrestris ha sido el objeto de preocupación significativa en la industria de jugos de frutas. Recientemente, combinaciones de tratamiento de muy alta presión y alta temperatura han sido mostrados destruyendo efectivamente A . acidoterrestris. Sin embargo, tales tratamientos son inadecuados para propósitos comerciales y presentan una preocupación a la seguridad significativa debido a la presión extremadamente alta requerida. Por ejemplo, investigadores han mostrado destrucción significativa de A. acidoterrestris a tratamientos con calor de 7lDc (16ODF) por 10 minutos a 414 Pa (aproximadamente 4,000 atmósferas o 60,000 psi) . Una muerte similar se reportó usando condiciones operativas de 9oDc (194ÜF) por 1 minuto a 414 MPa . Ver "Inhibitory Effects of High Pressure and Heat on Alicyclobacillus acidoterrestris Spores in Apple Juice," Lee y colaboradores, Applied and Environmental Microbio-loq , vol . 68 pp . 4158-4161 (Agosto 2002) . Desafortunadamente, operar a tales presiones extremas es costoso, requiere equipo especializado, y puede ser bastante peligroso. Compendio de la Invención La presente divulgación se refiere a procesos de inyección de vapor directa efectivos para remover microorganismos altamente resistentes al calor a partir de productos alimenticios capaces de fluir y especialmente productos sensibles al calor, tales como jugos de fruta, jugos de vegetales, concentrados de fruta o vegetales, jugos de coctel, azúcar de caña y remolacha, y similares, mientras que se retienen características organolépticas mejoradas. La divulgación también se refiere a la destrucción de A. acidoterrestris y sus esporas en ambientes acuosos, especialmente productos de jugo de frutas y de vegetales. A través de esta especificación, la presente invención se describe en términos de jugos de fruta (una forma de realización preferida) . La invención, sin embargo, puede usarse, y se pretende para cubrir, el uso de tales procesos para tratamiento de cualquier producto alimenticio capaz de fluir. Para evitar tostado y degradación de sabor ocasionados por tiempos de calentamiento extendidos, inyección de vapor directa puede usarse para tratar jugos a alta temperatura, de preferencia alrededor de 25ODF, por tiempos cortos, de preferencia menos que alrededor de 30 segundos, y mas preferentemente por alrededor de 3.5 segundos, a presión relativamente baja (es decir, generalmente menor que alrededor de 35 psig o 2.4 atmósferas) . Siguiendo calentamiento rápido, enfriamiento rápido se efectúa por la inyección de líquidos de temperatura mas baja (v.gr. , agua limpia o estéril) . Generalmente, enfriamiento rápido deberá ser efectivo para reducir la temperatura a menos de alrededor de 190ÜF en menos de alrededor de 20 segundos y de preferencia a debajo de alrededor de 7ODF en menos de alrededor de 30 segundos. Inyección de vapor directa permite un tratamiento con calor mucho mas alto que técnicas de calentamiento tradicionales, tales como la pasteurización en intercambiador de calor de placas o pasteurización en intercambiador de calor de superficie rasgada, dado que el calentamiento y el enfriamiento extremadamente rápidos por inyección de vapor directa seguida por inyección de un fluido enfriador resulta en el jugo solamente siendo mantenido a la temperatura máxima por un periodo de tiempo muy corto. Intercambiadores de calor de placas/bastidor e intercambiadores de calor de superficie rasgada resultan en quemado debido al gran diferencial de temperatura entre las superficies de calentamiento y el producto, haciendo tratamiento a temperatura de alrededor de 25ODF difíciles usando equipo de pasteurización tradicional. Las temperaturas extremas logradas por inyección de vapor directa son útiles para eliminar microbios o esporas difíciles de destruir de producto alimenticio líquido capaz de fluir, y solamente aquellos componentes de producto conocidos por, o probables a, llevar microbios difíciles de destruir de preocupación necesitan tratarse por inyección de vapor directa. Inyección de vapor directa resulta en una transferencia de calor casi instantánea, e inyección de líquido frío posteriormente proporciona enfriamiento casi instantáneo. Mezcladores estáticos en línea pueden usarse para impulsar dramáticamente las tasas de transferencia de calor, tasas de enfriamiento, o ambas, considerablemente incrementando el desempeño sobre sistemas usando tuberías abiertas mediante esencialmente eliminar bolsas de calor o frío dentro del producto acuoso y así proporcionando distribución de temperatura esencialmente homogénea a través del jugo. Elementos de helicoidales dentro de los mezcladores estáticos proporcionan una acción de mezclado radial que rápidamente elimina cualquier gradiente de temperatura en el producto que fluye sin impedir flujo a través del sistema. Mezcladores estáticos pueden también forzar bolsas de vapor dentro del producto líquido para condensar y dar calor latente, ocasionando simultáneamente calentamiento y dilución del producto líquido. Enfriamiento casi instantáneo debido a inyección de agua directa (o inyección de algún otro fluido de enfriamiento) minimiza el abuso térmico que puede significativamente afectar sabor . Para minimizar el tiempo necesario para ajustar la tasa de flujo de vapor y el tiempo de retención para alcanzar un tratamiento térmico pre-determinado , estrategias de control involucrando ciclos de control de alimentación hacia adelante se pueden utilizar. En tal un sistema, en lugar de esperar para datos de retroalimentacion actuales en el producto calentado y luego hacer los ajustes necesarios en el punto de inyección de vapor, ajustes de calentamiento con vapor gruesos se hacen con base en proyecciones hechas a partir de datos relacionados con corrientes de producto entrantes. Corrientes de producto se monitorean corriente arriba a partir del punto de inyección de vapor, y los datos se mandan a un sistema de control de vapor para que anticipe los requerimientos de producto de tratamiento que se requieren cuando alcanza el nodo de inyección de vapor. Solamente ajusto fino se requiere entonces con base en los datos de retroalimentacion de flujo y temperatura actuales obtenidos corriente abajo del nodo de inyección. Esto minimiza el tiempo ordinariamente invertido en hacer cambios de gran escala en retroalimentacion solamente, y proporcionan un proceso de calentamiento mas consistente y controlable. El sistema de retroalimentacion hacia adelante también elimina una cantidad significativa de jugo desperdiciado mediante alcanzar temperaturas objetivo rápidamente y mantener un tratamiento con calor mas consistente (es decir, evitando fluctuación de temperatura fuera de los límites proscritos para preocupaciones de seguridad u organolépticas) . Después de esterilización con calor, y después de tomar en cuenta por el agua añadida por inyección con vapor e inyección con agua de enfriamiento, el jugo se puede combinar con otros componentes para crear un producto de jugo terminado. Este producto terminado puede ser pasteurizado adicionalmente para eliminar cualquier contaminación a partir de los otros componentes añadidos después de inyección con vapor. Alternativamente, mezclado de compuestos y pasteurización pueden lograrse en un paso si la temperatura y flujo del jugo y otros componentes se regulan tal que la adición de componentes del jugo calentado con vapor eleva la temperatura de esos componentes a condiciones de pasteurización por un periodo de tiempo suficiente. Los procesos de inyección de vapor directa descritos en la presente pueden usarse efectivamente para producir un número de productos alimenticios capaces de fluir, incluyendo productos de jugo consistiendo de 100% jugo natural, productos de jugo comprendiendo alrededor de 10% o mas de jugo, y otros productos de jugo. Los procesos de inyección de vapor directa de alta temperatura y corto tiempo de esta invención son significativamente menos costosos e intensos en energía que tratamientos de calor de placas y bastidor, y proporcionan un producto de calidad mas alta con características organolépticas significativamente superiores .
Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 muestra una comparación de curvas de calentamiento para calentamiento indirecto contra inyección de vapor directa. La figura 2 es un diagrama simplificado de un proceso de inyección de vapor en línea. La figura 3 es un diagrama de un sistema de inyección de vapor en línea. La figura 4 es un diagrama de un sistema de inyección de vapor en línea alternativo. La figura 5 demuestra la operación de una válvula de liberación de vapor similar a vástago. La figura 6 es un diagrama de bloques de un sistema de control de alimentación hacia adelante. La figura 7 es una gráfica de temperatura de un producto alimenticio capaz de fluir de base acuosa calentado por inyección de vapor directa sin un sistema de control de alimentación hacia adelante. La figura 8 es representativa de una gráfica de temperatura de un producto alimenticio capaz de fluir calentado por inyección de vapor directa utilizando un sistema de control de alimentación hacia adelante. Descripción Detallada Un producto alimenticio capaz de fluir, tal como un jugo de frutas o vegetales, concentrado de jugo, puré de frutas o vegetales, o azúcar a partir de caña y remolacha, se procesa por inyección de vapor directa para maximizar muerte microbiana y producir un producto estéril. En una forma de realización, jugo se transfiere a partir de un tanque de retención a un aparato de calentamiento e inyección de vapor directa se usa para elevar casi instantáneamente (generalmente menos de alrededor de 30 segundos a de preferencia menos de alrededor de 5 segundos) la temperatura del jugo a una temperatura pre-seleccionada , tal como alrededor de 25ODF, por un intervalo de tiempo corto, de preferencia menos que alrededor de 30 segundos. Presión en la "zona estéril", donde inyección de vapor y calentamiento toman lugar, de preferencia se mantiene en alrededor de 25 a alrededor de 35 psig para mantener temperatura, evitar separación por destello, y mantener niveles satisfactorios de reducción microbiana. Inyección de vapor directa seguida por inyección directa de fluido de enfriamiento permite un tratamiento con calor mucho mas rápido y mas controlado que las técnicas de calentamiento tradicionales, tales como pasteurización en intercambiador de calor de placas o pasteurización en intercambiador de calor de superficie rasgada, dado que el calentamiento y enfriamiento extremadamente rápidos resultan en el jugo solamente siendo mantenido en la temperatura máxima por un periodo de tiempo muy corto (generalmente menos que 30 segundos, de preferencia menos que alrededor de 15 segundos, y mas preferentemente alrededor de 3 a alrededor de 5 segundos) .
Inyección de vapor directa también evita el quemado frecuentemente experimentado por intercambiadores de calor de placas/bastidor e intercambiadores de calor de superficie rasgada. Inyección de vapor directa es especialmente útil para eliminar o destruir ciertas bacterias y esporas difíciles de destruir, tales como Alicyclobacillus acidoterrestris . Tratamiento con vapor directo necesita solamente aplicarse a aquellos ingredientes del producto conocidos para, o probables a, llevar los microorganismos difíciles de destruir, con ello evitando elevar innecesariamente la temperatura del producto terminado entero a una temperatura de pasteurización efectiva. Mezcladores estáticos en línea de preferencia se colocan directamente después del punto de inyección de vapor para ayudar en incorporar rápidamente el vapor dentro del producto. Elementos helicoidales dentro de los mezcladores estáticos proporcionan una acción de mezclado radial que separa al líquido en corrientes y luego fuerza esas corrientes de nuevo juntas, rápidamente eliminando cualquier gradiente de temperatura dentro del producto desplazándose a través del mezclador estático sin interrumpir o detener el flujo de producto. Mezcladores estáticos en línea en la sección de retención dramáticamente impulsan las tasas de transferencia de calor mediante forzar bolsas de vapor dentro del producto acuoso para condensar y dar calor latente, considerablemente incrementando el desempeño sobre sistemas usando tuberías abiertas bajo flujo ya sea laminar o turbulento.
Una válvula de regulación de presión corriente abajo del mezclador estático en línea mantiene la presión de línea entre 25 y 35 psig durante la inyección de vapor y mezclado para evitar separación por destello del producto, y asegurar que todo el vapor se condensa hacia el concentrado de jugo. El jugo es siguiente enrutado a una sección de enfriamiento, donde líquido de enfriamiento se inyecta directamente dentro del jugo caliente. El líquido de enfriamiento puede ser agua fría limpia, y de preferencia estéril, tratada por irradiación ultravioleta, osmosis inversa, o medios de esterilización equivalentes. Enfriamiento casi instantáneo (generalmente a menos que alrededor de 190ÜF en menos de alrededor de 30 segundos, de preferencia menos que alrededor de 5 segundos) debido a la inyección de agua directa minimiza abuso térmico no deseado posible después de exposición a alta temperatura continua que puede significativamente afectar sabor. Mezcladores estáticos en línea se colocan directamente después del punto de inyección de agua fría, de nuevo para ayudar a estabilizar rápidamente la temperatura. Elementos helicoidales dentro de los mezcladores estáticos proporcionan una acción de mezclado radial que rápidamente desembolsa bolsas de agua fría a través del producto, enfriando el jugo caliente, proporcionando un producto homogéneo, y eliminando cualquier gradiente de temperatura dentro del producto desplazándose a través del mezclador estático. Si la temperatura de pasteurización está por debajo de una temperatura de pasteurización predeterminada, una válvula de desvío localizada corriente abajo a partir del segundo mezclador estático desviará el flujo del producto hacia el drenaje, con ello, impidiendo que producto pasteurizado inadecuadamente se mueva hacia adelante en el proceso. Si la temperatura de pasteurización predeterminada se alcanza, el jugo entonces se transfiere a un tanque de lote para retención y/o procesamiento adicional. Presurización adicional se puede llevar a cabo previo al empacado. El jugo se puede empacar usando cualquier método adecuado para líquidos, incluyendo proceso asépticos o de llenado caliente que proporcionan un producto de jugo estéril, estable en estantes. El jugo también se puede empacar usando un proceso de llenado en frío. Un esquema de control de alimentación hacia adelante se puede usar para maximizar la eficiencia de calentamiento y enfriamiento. Un ciclo de alimentación hacia adelante minimiza el tiempo necesario para ajustar la tasa de flujo de vapor y tiempo de retención. En lugar de esperar por datos de retroalimentación con base en producto calentado y luego hacer los ajustes necesarios, ajustes de calentamiento gruesos se hacen por adelantado con base en proyecciones de balance de energía hechas a partir de un algoritmo relacionado con corrientes de producto entrantes. Solamente ajuste fino se requiere entonces con base en la retroalimentación del producto calentado por vapor. Esto minimiza tiempo y recursos ordinariamente gastados por controlar calentamiento con base solamente en datos de retroalimentacion a partir del producto calentado. El sistema de control descrito anteriormente mayormente incrementa la conflabilidad de inyección de vapor comercial a temperaturas de alrededor de 250ÜF O mas. El calentamiento casi instantáneo efectuado por inyección de vapor directa y el enfriamiento casi instantáneo efectuado por inyección directa de fluido de enfriamiento sustancialmente reduce el abuso de calor que de otra manera resultaría de pasteurización. Como se muestra en la figura 1, calentamiento y enfriamiento mas lentos dramáticamente incrementan el tratamiento con calor global, aunque tratamiento con calor adicional no será efectivo para reducir adicionalmente la población de un microorganismo objetivo, tal como Alicyclobacillus acidoterrestris . La figura la muestra la curva de pasteurización normal, consistiendo de calentar, mantener una temperatura de pasteurización T, y enfriar. El tiempo de calentamiento se muestra a lo largo del eje x, y la temperatura se muestra a lo largo del eje y. Para un primer periodo de tiempo, "ti", el producto se calienta a una temperatura preseleccionada deseada, T, la cual es suficiente para destruir un organismo objetivo particular. El producto se mantiene en esta temperatura preseleccionada por un periodo de tiempo, "t2" y luego se enfría por un tercer periodo de tiempo, "t3" . En la figura la, calentamiento indirecto se usa para llevar la temperatura de producto hasta un nivel preseleccionado . El tratamiento con calor total representa el área bajo la curva de calentamiento. Como se puede observar, tratamiento con calor significativo del producto se experimenta durante el calentamiento (801) y enfriamiento (803) . Sin embargo, dado que la temperatura predeterminada T de los microorganismos objetivo para un tiempo de retención predeterminado (curva de tiempo de muerte térmica), solamente tratamiento con calor (802), el cual toma lugar durante t2, de hecho resulta en una destrucción significativa del organismo objetivo. Tratamientos con calor (801) y (803) no contribuyen significativamente a la eliminación de microorganismos, pero pueden posiblemente tener un efecto perjudicial en las propiedades organolépticas. Mediante usar inyección de vapor directa seguida por inyección directa de líquido de enfriamiento, como en la figura Ib, el tiempo de calentamiento (ti) y el tiempo de enfriamiento (t3) son mayormente reducidos, limitando exposición de calor durante el calentamiento (801) y enfriamiento (803) . Esto esencialmente limita el tratamiento con calor al tiempo de calentamiento y la temperatura necesarios para matar al microorganismo objetivo, con ello minimizando el riesgo de afectar de manera perjudicial las propiedades organolépticas. Además, la inyección de vapor directa dramáticamente disminuye el tiempo de producción global mediante acelerar el proceso de calentamiento y enfriamiento global (ti + t2 + t3) mediante esencialmente eliminar los periodos de calentamiento y enfriamiento, permitiendo tasas incrementadas de producción de jugo.
La figura 2 muestra un diagrama simplificado de un proceso de fabricación de jugo usando inyección de vapor directa. El jugo se libera del tanque de retención (1) y fluye a lo largo de una trayectoria hacia adelante (20) . El aparato de inyección de vapor (67) hace interfaz con la trayectoria de flujo de jugo
(20) en un nodo de inyección de vapor. La liberación de vapor de alta temperatura establece una zona estéril (6) extendiéndose a partir del aparato de inyección de vapor (67) a una válvula de control de presión corriente abajo (43) . El vapor liberado está de preferencia a una temperatura de alrededor de 245-255ÜF para destruir organismos tales como Alicyclobacillus acidoterrestris . En procesamiento de jugos, una reducción de 5 log de Alicyclobacillus acidoterrestris usualmente se considera suficiente para evitar descomposición o efectos organolépticos adversos. Conforme el jugo pasa a lo largo de la trayectoria de flujo (20) , se inyecta con vapor a alta temperatura calculado para elevar el jugo a una temperatura de pasteurización o esterilización predeterminada dentro de segundos. El jugo calentado por vapor entonces fluye a un primer mezclador estático (2) , el cual sirve como un tubo de retención y también dispersa el vapor inyectado a través de la corriente de jugo. Después de salir del mezclador
(2), un líquido de enfriamiento (8) se inyecta dentro de la corriente de jugo. El líquido de enfriamiento (8) deberá ser de temperatura y tasa de flujo suficientes para enfriar la corriente de jugo a una temperatura deseada. El líquido de enfriamiento (8) puede ser de una temperatura suficientemente baja para regresar el jugo a una temperatura esencialmente ambiental o, alternativamente, la temperatura y la tasa de flujo del líquido de enfriamiento (8) pueden establecerse tal que las corrientes de líquido de enfriamiento y jugo combinadas tengan temperaturas de pasteurización normales (por ejemplo, alrededor de 19ODF) O mas, tal que disipar calor del jugo calentado por vapor pasteurice la corriente entrante del líquido de enfriamiento (8) . El líquido de enfriamiento (8) puede ser agua u otros componentes no de jugo que se desean en el producto final. Después de que el líquido de enfriamiento (8) ha sido añadido directamente a la corriente de jugo, un segundo mezclador estático (3) dispersa el líquido de enfriamiento uniformemente a través de la corriente de jugo, ayudando al proceso de enfriamiento mediante distribuir de manera uniforme el líquido de enfriamiento de menor temperatura a través del jugo de mayor temperatura. El producto de jugo enfriado puede entonces dirigirse a un tanque de lote (4) para almacenamiento temporal. Alternativamente, la corriente de producto de jugo puede proceder directamente a un sistema de empaque (5) . El producto de jugo a partir del tanque de lote (4) puede combinarse con otros líquidos o aditivos (9) , y también puede ser adicional-mente pasteurizado . El producto de jugo puede entonces proceder a un sistema de empaque (5) , el cual es de preferencia una máquina de empaque aséptica o de llenado caliente. Un diagrama mas detallado de un sistema de jugo de frutas de inyección de vapor directa posible se presenta en la figura 3. El concentrado de jugo se mantiene en un tanque de retención (1) previo a procesamiento. Una válvula de tres vías (18) se localiza corriente abajo de un tanque de retención de concentrado de jugo (1) . La válvula de tres vías puede ser instruida a dirigir jugo saliendo del tanque de retención (1) ya sea a una posición de "reciclo" la cual dirige jugo concentrado de regreso a una trayectoria de reciclo (19) que lleva directamente de regreso al tanque de retención, o a una posición "adelante", la cual dirige el flujo de concentrado de jugo en una trayectoria hacia adelante (20) hacia un aparato de inyección de vapor (67) . Durante el arranque y procesamiento inicial, el concentrado de jugo se establece para reciclar el concentrado de jugo de regreso al tanque de retención a lo largo de la trayectoria de reciclo (19) . Una tasa de flujo objetivo se elige para el concentrado de jugo, y hasta que nivel objetivo se alcanza, la válvula de tres vías (18) permanece en la posición de reciclo. Un medidor de flujo (31) proporciona instrucciones a una bomba (70) a través de un ciclo de control (65) , ocasionando que la bomba acelere o baje velocidad para alcanzar y mantener la tasa de flujo objetivo. La tasa de flujo y la temperatura de la corriente de concentrado de jugo saliendo del tanque de retención (la "corriente de alimentación") se monitorea cuidadosamente mediante el medidor de flujo de alimentación (31) y termómetro de corriente de alimentación (32) . La tasa de flujo de alimentación y la temperatura de alimentación se usan para calcular la tasa de flujo de vapor requerida para elevar el concentrado de jugo de su temperatura de alimentación (la temperatura a la cual sale y se desplaza fuera del tanque de retención) a la temperatura de vapor de pasteurización o esterilización deseada. La temperatura de vapor de pasteurización o esterilización deseada se elige con base en la temperatura y el flujo necesarios para elevar la corriente de concentrado de jugo a una temperatura deseada para lograr un nivel de destrucción predeterminado de microorganismos objetivo. Por ejemplo, la corriente de jugo puede elevarse a una temperatura de alrededor de 245 a alrededor de 255ÜF por un tiempo predeterminado para lograr una reducción de 5 log de Alicyclobacillus acidoterrestris . Un algoritmo de alimentación hacia adelante proyecta un nivel deseado de abertura de válvula para liberar un flujo de vapor capaz de elevar la corriente de alimentación a la temperatura de pasteurización/esterilización deseada, y un ciclo de alimentación hacia adelante (61) transmite esta información al aparato de inyección de vapor (67) . Cuando la tasa de flujo de alimentación y la temperatura de alimentación objetivos del jugo se logran, la válvula de tres vías (18) cambia de la trayectoria de reciclo (19) a la trayectoria hacia adelante (20), mandando concentrado de jugo hacia el aparato de inyección de vapor (67) . En el tiempo en el que el flujo de jugo alcanza la válvula de inyector de vapor, la válvula ha recibido información relevante relacionada con la tasa de flujo y la temperatura de la corriente de alimentación, y ha ajustado su salida a un nivel suficiente para elevar la temperatura del jugo aproximadamente a la temperatura de pasteurización o esterilización objetivo. Inyección de vapor de alta temperatura esteriliza la tubería cerca del aparato de inyección de vapor (67), estableciendo una zona estéril (6) a través de la cual pasa la corriente de alimentación. El vapor se enfría corriente abajo a partir de la zona estéril mediante inyección de agua de proceso fría a partir de un tanque de agua fría (8) . De preferencia, agua de proceso se añade al vapor en una relación de flujo de alrededor de 1 a 1 para evitar golpeo de tubería. El agua de proceso es limpia y puede ser desionizada o tratada con luz ultravioleta, osmosis inversa, o similares, y es de preferencia esterilizada previo a su inyección dentro de la trayectoria de flujo del vapor/j ugo . Ajustes finos al proceso de calentamiento se pueden hacer por un ciclo de retroalimentación tradicional (62) , el cual usa al termómetro (34) para monitorear condiciones de corriente de alimentación corriente abajo de la válvula de inyector de vapor, y con base en estos datos varía el flujo de vapor hacia el inyector de vapor para asegurar que la corriente de alimentación se eleve a la temperatura de pasteurización/esterilización objetivo. El aparato de inyección de vapor (67) descarga vapor de alta presión a partir de un depósito de vapor (47) directamente dentro de la corriente de concentrado de jugo. Un ciclo de control separado (63) puede también ajustar la tasa de líquido de enfriamiento entrante mediante abrir o cerrar una válvula (46) para compensar incrementos o decrementos en la cantidad de vapor de agua añadido por inyección de vapor. El monitor de temperatura (34) también puede activar una válvula de desvío (68) corriente abajo del monitor de temperatura (34) y monitor de flujo (33) mientras que hace ajustes de retroalimentacion. Si el jugo no ha alcanzado la temperatura deseada después de inyección de vapor, el ciclo de control (64) ocasiona que jugo se desvíe a lo largo de la trayectoria de desecho (27) a un drenaje (10) o medios de desecho equivalentes . Control mas suave para el ciclo de retroalimentacion se logra mediante mantener el flujo de jugo entrante tan constante como sea posible. Otro ciclo de retroalimentacion (65) mide la tasa de flujo del jugo usando el medidor de flujo (31) y ajusta la velocidad de la bomba (70) para mantener una tasa de flujo de ju9° relativamente constante dentro del inyector de vapor. Un primer mezclador estático en línea (2) se localiza corriente abajo del aparato de inyección de vapor (67) en la zona estéril (6) . El mezclador estático reemplaza el tubo de retención tradicional, y revuelve la mezcla de concentrado de jugo y vapor hacia una corriente de producto homogénea mediante dispersar y condensar el vapor a través de la corriente de jugo. Esto evita fluctuaciones de temperatura en la corriente de producto y mantiene salida de producto consistente. La temperatura elevada ocasionada por inyección de vapor se mantiene por un tiempo predeterminado conforme la corriente de producto pasa a través del mezclador estático. La corriente de producto puede mantenerse a la temperatura objetivo por un periodo de tiempo suficiente para lograr un nivel predeterminado de destrucción de un microorganismo objetivo. Por ejemplo, el flujo de jugo puede establecerse tal que la corriente de jugo tome aproximadamente 3.5 segundos en pasar a través del primer mezclador estático mientras mantiene una temperatura elevada de alrededor de 245 a alrededor de 255ÜF, esencialmente garantizando una reducción 5 log de Alicyclobacillus acidoterrestris . Presión se monitorea por un monitor de presión (35) localizado corriente abajo del primer mezclador estático. Una válvula de regulación de presión (43) corriente abajo del monitor (35) mantiene la presión de línea en un nivel elevado pre-seleccionado , de preferencia alrededor de 30 psig, para evitar separación por destello de producto debida a la adición de vapor de alta temperatura dado que el producto está por encima de su punto de ebullición. La válvula de regulación de presión (43) puede ajustarse por el monitor de presión (35) a través de un ciclo de control de presión (66) . Mantener presión elevada también asegura que el vapor inyectado dentro de la corriente de alimentación se condense y se vuelva una parte del líquido de alimentación . Para enfriar la corriente de producto pasteuriza-do/esterilizado, un fluido de enfriamiento, tal como agua fría, se inyecta dentro del sistema en un nodo de inyección de fluido de enfriamiento (44) unido a una fuente de fluido de enfriamiento (8) corriente abajo del primer mezclador estático. El fluido de enfriamiento de preferencia está limpio tal que no contamine la corriente de producto, y es mas preferentemente estéril tal que pasteurización adicional sea innecesaria. Se prefiere añadir el fluido de enfriamiento a la corriente de producto en una relación de tasa de flujo de alrededor de 1 a 1 para enfriar la corriente de producto calentado a una temperatura preseleccionada y para impedir golpeo de tuberías y separación por destello de producto en el tanque de lote (4) corriente abajo conteniendo al producto terminado. Un segundo mezclador estático en línea (3) dispersa de manera uniforme al fluido de enfriamiento a través de la corriente de producto para mantener un flujo uniforme y temperatura consistente. El fluido de enfriamiento se puede añadir en cualquier punto después de calentar, pero de preferencia se añade corriente abajo de la válvula de control de presión (43) para evitar separación por destello de producto, y también para evitar la necesidad por equipo capaz de inyectar fluido de enfriamiento dentro de una zona de alta presión. Después de enfriar, la corriente de producto, la cual se ha diluido con vapor condensado y agua fría, se vacía hacia un tanque de lote (4) . Con base en las tasas de flujo medidas de la corriente de alimentación, vapor inyectado, y corrientes de agua fría, un ciclo de control puede determinar si dilución adicional es necesaria para llegar a un Brix deseado (u otro parámetro de concentración) . El producto creado por este proceso puede ser un jugo terminado, o puede procesarse adicionalmente por combinación con otros ingredientes, tales como sirope de maíz de alta fructuosa, agua, sabores artificiales o naturales, colores artificiales o naturales, o vitaminas o minerales para formar una variedad de productos de jugo. De preferencia, si otros ingredientes se añaden, la mezcla entera se pasteuriza usando un intercambiador de calor tradicional (9) para eliminar microbios no deseados que pueden haber ingresado al producto a través de los otros ingredientes añadidos. Alternativamente, como se muestra por el ejemplo en la figura 4, múltiples corrientes de producto se pueden mantener a temperaturas elevadas y combinarse en un paso tal que la adición al jugo calentado con vapor eleva la temperatura de todos los otros componentes a las temperaturas de pasteurización o esterilización y evita la necesidad de pasteurización adicional. La figura 4 ilustra el mezclado físico continuo de tres corrientes de líquido a partir de tres tanques de retención diferentes: concentrado de jugo (1) ; endulzante a granel, tal como sirope de maíz de alta fructuosa o sacarosa (11) ; y agua u otro fluido de enfriamiento (12) . El agua o fluido de enfriamiento puede ajustarse para controlar la temperatura de la mezcla física final de estas corrientes dependiendo de si la mezcla física final estará caliente, fría o llenada asépticamente. Un suministro de compuesto concentrado de jugo se mantiene en un tanque de retención de concentrado de jugo (1) . Un monitor de temperatura (56) y el medidor de flujo (51) se posicionan entre el tanque de retención de concentrado de jugo
(1) y la válvula de desvío (18) . Agua se contiene en el tanque de retención de agua (12) ; la temperatura se ajusta al nivel deseado usando métodos tradicionales (no mostrados) . El tanque de agua se une a un monitor de temperatura (54) , un medidor de flujo (52) , y una válvula de control (24) , y se conecta a la trayectoria de flujo de jugo mediante la trayectoria (26) en un nodo (14) corriente abajo del punto de inyección de vapor. Sirope de maíz de alta fructuosa o sirope de sacarosa se almacena en un tercer tanque de retención separado (11) , el cual se conecta a una bomba
(78) , un monitor de temperatura (55) , un medidor de flujo (53) , una válvula de desvío (21) , y una trayectoria de flujo de sirope
(23) . El proceso para hacer jugo comienza mediante mezclar un compuesto concentrado de jugo en el tanque de retención de concentrado de jugo (1) y llenar por separado el tanque de retención de sirope de maíz de alta fructuosa (11) y tanque de agua ( 12 ) .
Temperatura de agua se controla por un ciclo de control de temperatura (no mostrado) . Una temperatura objetivo se establece para el agua tal que combinar jugo calentado con vapor y agua elevará la temperatura del agua a una temperatura efectiva para pasteurizar el agua y eliminar contaminantes no deseados. Si el agua saliendo del tanque de agua (12) cae por debajo de la temperatura objetivo, el termómetro (54) envía una señal a la válvula de control de agua (28) para enviar la corriente de agua a lo largo de la trayectoria de reciclo (25) , la cual regresa el agua al tanque de agua para re-calentamiento. Una señal también se envía para alterar la temperatura del agua saliendo del tanque de retención de agua caliente (12). Cuando el procesamiento comienza, la válvula de control de agua (24) estará en un modo de reciclo, desviando agua de regreso al tanque de retención (12) mediante la trayectoria de reciclo (25) para re-calentar hasta que una tasa de flujo y una temperatura objetivos se establecen, y hasta que la producción de jugo esté lista. Después de que la temperatura objetivo del agua se ha alcanzado, y el sistema indica que la producción de jugo está lista para comenzar, la válvula de control (24) se cambia a modo hacia adelante, dirigiendo la corriente de agua a lo largo de la trayectoria hacia adelante (26) . De manera similar, una corriente de sirope de maíz de alta fructuosa o de sacarosa comienza en el modo de reciclo en preparación para procesamiento de jugo, comenzando por el tanque de retención de sirope (11) y se desvía por la válvula de control de sirope (21) a la trayectoria de reciclo (22) hasta que una tasa de flujo objetivo se establece. Monitor de flujo de sirope
(53) y termómetro (55) se localizan corriente arriba de la válvula de desvío de sirope (21) . Cuando el sistema está listo para pasteurización o esterilización de jugo y el medidor de flujo (53) indica que la corriente de sirope de maíz ha alcanzado su tasa de flujo objetivo, la válvula de desvío (21) cambia a modo hacia adelante y dirige la corriente de sirope caliente a lo largo de la trayectoria hacia adelante (23) . La corriente de jugo comienza en el modo de reciclo de jugo frío a temperatura de refrigerada a ambiente para establecer una tasa de flujo objetivo. El concentrado de jugo se libera del tanque de retención de concentrado de jugo (1) y se desvía de regreso al tanque de retención (1) por la válvula de control de jugo (18) mediante la trayectoria de reciclo (19) . Durante el modo de reciclo de jugo frío, la zona de inyección de vapor, localizado entre el aparato de inyección de vapor (67) y la válvula de control de presión (48) , se pre-esteriliza a alrededor de 255ÜF. Vapor a partir de este proceso de limpieza eventualmen-te se condensa a agua estéril en los tubos de retención (82) y
(83), los cuales comprenden mezcladores estáticos en línea. Durante pre-esterilización, este condensado se descarga como desecho por una válvula de desvío corriente abajo (86) , la cual desvía desecho a lo largo de la trayectoria (17) a un drenaje (10) u otros medios de desecho. Una vez que la zona de inyección de vapor ha sido esterilizada y la corriente de reciclo de jugo ha alcanzado una tasa de flujo deseada (según se mide por el medidor de flujo
(51)) , la válvula de desvio de jugo (18) cambia de un modo de reciclo a un modo hacia adelante, liberando una corriente de concentrado de jugo a lo largo de la trayectoria hacia adelante
(20) hacia el aparato de inyección de vapor (67) . Con base en información respecto de la tasa de flujo y temperatura iniciales de la corriente de concentrado de jugo obtenida a partir del medidor de flujo (51) y termómetro (56) , un algoritmo de alimentación hacia adelante calcula la cantidad de vapor requerida para elevar la corriente de jugo a una temperatura de esterilización o pasteurización preestablecida, y transmite esta información mediante un ciclo de control de alimentación hacia adelante (61) para alterar la tasa de liberación de vapor. Vapor a partir de un depósito de vapor (47) se libera hacia un aparato de inyección de vapor (67) , y casi instantáneamente penetra el concentrado de jugo, mezclándose eficientemente con el concentrado ocasionando calentamiento rápido a las temperaturas de pasteurización o esterilización precisas. Un termómetro (59) monitorea la temperatura del vapor. Si el termómetro indica que la corriente de jugo no ha alcanzado la temperatura de esterilización, un ciclo de retroalimentación (62) ajusta la tasa de liberación de vapor por el aparato de inyección de vapor (67) de manera acorde, tal que el producto subsecuente pueda lograr la temperatura objetivo y flujo objetivo. La corriente de jugo calentada con vapor entonces ingresa a un mezclador estático en línea (82) , el cual sirve como un tubo de retención para completar el proceso de pasteurización o esterilización, y también mezcla completamente el jugo y el vapor mientras mantiene una trayectoria de flujo hacia adelante. El mezclador estático de preferencia contiene por lo menos cuatro elementos de mezclado. Mezcladores apropiados para este propósito incluyen los Mezcladores Chemineer KMX Series y Komax M Series. Un tubo de retención convencional puede usarse alternativamente, o cualquier otro tipo de dispositivo de mezclado, pero un mezclador en línea se prefiere tal que el flujo de jugo sea turbulento y el mezclado pueda tomar lugar continuamente, así reduciendo significativamente la longitud del tubo de retención cuando se compara con un tubo de retención convencional típico con flujo laminar. El mezclador estático en línea (82) proporciona una corriente dejugo con una temperatura elevada consistente que fluye corriente abajo hacia un medidor de flujo (57) y termómetro (58) post - inyección de vapor. El medidor de flujo post - inyección (57) puede incrementar o disminuir el flujo de agua mediante enviar una señal a la válvula de control de agua (24) a través de un ciclo de control (90) . Un ciclo de control de presión de retroalimentación disparado por un monitor de presión (49) mantiene la presión de la zona estéril entre 25 y 35 psig, mediante regular la presión de línea mediante la válvula de control reguladora de presión (48) . Esto asegura que el vapor se condensa dentro del producto, otorgando su calor latente. Para mantener la calidad de producto, se recomienda que el concentrado de jugo que no alcanza la temperatura objetivo de acuerdo con el termómetro (58) puede desviarse como desecho a lo largo de una trayectoria de desecho de desperdicios (17) . Conforme el jugo fluye del tanque de retención (1) al aparato de inyección de vapor (67), la válvula de control de sirope (21) y la válvula de control de agua caliente (24) son enviadas señales indicando que el flujo de jugo ha comenzado, y, si los medidores de flujo (52) y (53) y los termómetros (54) y (55) indican que las tasas de flujo y temperaturas objetivo respectivas de los fluidos han sido logradas, sirope y agua caliente se enrutan a lo largo de trayectorias hacia adelante
(23) y (26), respectivamente. La corriente de sirope y las corrientes de agua se mezclan con la trayectoria d eflujo del jugo pasteurizado/esterilizado en los nodos (13) y (14), respectivamente. Conforme el jugo sale del primer mezclador estático (82) , converge con la trayectoria de flujo de sirope
(23) y la trayectoria de flujo de agua (26) . El orden en el cual los fluidos hacen intersección no es significativo, y de hecho la trayectoria de flujo de agua caliente (26) y la trayectoria de flujo de sirope (23) pueden hacer intersección antes de alcanzar la trayectoria de flujo de jugo.
Contacto con el agua de menor temperatura y sirope, los cuales no se inyectan con vapor, rápidamente enfría el concentrado de jugo caliente. Después de que las tres corrientes de alimentación se combinan en una trayectoria de flujo, las corrientes combinadas ingresan a un segundo mezclador estático (83) que mezcla físicamente las tres corrientes juntas en una corriente de una temperatura consistente, enfriando al jugo calentado con vapor a través de mezclar con los componentes de menor temperatura. El segundo mezclador estático (83) puede ser del mismo tipo como el mezclador estático (82) , o de un tipo diferente. Las tres corrientes de líquido se mezclan físicamente de manera continua en el mezclador estático (83) para producir un producto de jugo terminado. De preferencia, las temperaturas predeterminadas de cada una de las tres corrientes se seleccionan tal que la mezcla homogénea creada por la combinación de las tres corrientes tiene una temperatura en o encima de una temperatura de pasteurización deseada tal que pasteurización adicional no es necesaria . Concentración y calidad del producto de jugo terminado puede monitorearse por uso en un monitor Brix en línea (15) y medidor de pH (88) . Un ciclo de control Brix controla y ajusta el Brix del producto de jugo terminado mediante manipular la válvula de control de agua (24) a través de un circuito de control de retroalimentación (89) . Agua se añade si es necesario para lograr un Brix objetivo, y jugo que no cae dentro de las tolerancias de Brix preestablecidas se desvía a un drenaje (10) por una válvula de desvío (86) y una trayectoria de desvío (17) . Producto que no cae dentro de tolerancias de Brix y temperatura preestablecidas se desviará a la trayectoria de flujo de producto terminado (16) que lleva a un tanque igualador de relleno de producto (84) para empaque o procesamiento adicional . Ajustes en la posición de la válvula de inyector de vapor controlan el calentamiento del jugo mediante variar la cantidad de vapor escapando de la válvula. Flujo y temperatura de vapor se calculan para elevar la corriente de jugo a una temperatura de pasteurización/esterilización predeterminada calculada con base en la temperatura y tasa de flujo de jugo ingresando a un nodo de inyección de vapor. La estructura de la propia válvula puede ser de una variedad de figuras, tamaños, y configuraciones. La válvula de inyector de vapor puede ser una válvula similar a vástago configurada para actuar como un pistón ahusado, moviéndose hacia y fuera de un orificio de liberación de vapor para proporcionar un flujo de vapor que puede ser rápidamente y fácilmente alterado en respuesta al ciclo de control de alimentación hacia adelante y retroalimentación . El aparato de inyección de vapor puede también contener múltiples orificios cada uno equipado con un pistón de válvula. Una posible válvula similar a pistón se muestra en la figura 5. El pistón (401) puede moverse linealmente dentro y fuera de un orificio de liberación de vapor (402) para variar de manera predecible la cantidad de vapor liberada a partir del orificio de liberación de vapor. De preferencia, la superficie del pistón que hace interfaz con el orificio de liberación de vapor tiene una figura ahusada, tal como la figura frusto-cónica mostrada en la figura 5. Una superficie de interfaz frusto-cónica o de otra manera ahusada en el pistón permite la liberación de vapor a ser mas fácilmente controlada conforme el pistón se dibuja linealmente fuera del orificio. Como se muestra en la figura 5a, conforme el pistón frusto-cónico se mueve fuera del orificio, una abertura anular (404) entre el orificio y el pistón permitirá la liberación de vapor. Conforme el tapón se mueve fuera del orificio, la abertura anular (404) incrementa en tamaño, como se muestra en la figura 5b. Sin esta figura ahusada, el pistón meramente activaría y desactivaría la liberación de vapor, y no proporcionaría los ciclos de alimentación hacia adelante y retroalimentacion con tanto control sobre la liberación de vapor. La línea de producción de preferencia incluye un sistema de control de alimentación hacia adelante para predecir las condiciones de calentamiento requeridas, las cuales de preferencia se acoplan a un ciclo de control de retroalimentacion para adicionalmente retinar el sistema de calentamiento con base en temperatura de producto actual . Un sistema de control de alimentación hacia adelante permite para control excepcional de una temperatura de corriente de producto, no solamente ahorrando tiempo y energía, sino permitiendo para producción de volumen mayor. Mediante mantener una temperatura de producto mas consistente, el sistema de control de alimentación hacia adelante elimina una cantidad significativa de desvío y/o reciclo de producto necesarios, permitiendo que producto útil sea fabricado a través de la mayoría de una corrida de producto dada. Ciclos de retroal imentación tradicionales producen un volumen significativo de producto no útil, requiriendo una cantidad considerable de reciclo de producto. Reciclar continuamente producto puede también resultar en mayores tiempos de exposición a calor, resultando en un producto sobre-cocido con propiedades organolépticas inferiores. Un diagrama de flujo de un tipo de sistema de alimentación hacia adelante se muestra en la figura 6. La forma de realización ilustrada contiene tanto un ciclo de alimentación hacia adelante (550) para hacer ajustes gruesos al flujo de vapor, así como un ciclo de retroalimentación (570) para hacer posteriormente ajustes finos con base en el desempeño del ciclo de alimentación hacia adelante. La trayectoria de flujo de jugo
(500) pasa primero a través de un primer monitor de temperatura
(501) y un primer monitor de tasa de flujo (502) localizados corriente arriba del punto de inyección de vapor (503) . El primer monitor de temperatura (501) y primer monitor de tasa de flujo
(502) comprenden parte del ciclo de alimentación hacia adelante. Datos a partir del primer monitor de temperatura (501) y del primer monitor de tasa de flujo (502) se envían a un sub-sistema de control grueso (506) . El sub-sistema de control grueso (506) analiza datos con relación a tasa de flujo y temperatura de jugo, y con base en la temperatura y tasa de flujo de jugo calcula una tasa de liberación de vapor deseada que elevará el jugo a una temperatura de pasteurización/esterilización objetivo. El subsistema de control grueso (506) entonces envía una señal de control a un sistema de control de válvula (508) que abre o cierra una o mas válvulas (509) en una cantidad suficiente para lograr la tasa de flujo de vapor calculada. Vapor se inyecta a partir de las válvulas (509) directamente hacia la corriente de jugo en el punto (503) para calentar el jugo. Jugo caliente fluye mas allá de un segundo monitor de temperatura (504) , el cual comprende parte del sistema de retroalimentación de ajuste fino. Datos recolectados a partir del segundo monitor de temperatura (504) se transmiten a un sub-sistema de control fino (507) a través de una espira de retroalimentación (570) . El sub-sistema de control fino (507) transmite una señal de control a lo largo del circuito de control (513) al sistema de control de válvula de liberación de vapor (508) . Si la temperatura medida por el monitor de temperatura (504) indica que el jugo calentado con vapor está fuera del rango aceptable, o cerca del borde del rango aceptable, la señal de control ocasionará que el sistema de control de válvula de liberación de vapor (508) abra o cierre la válvula (509) en una cantidad efectiva para elevar o bajar el jugo inyectado con vapor en el punto (503) para lograr la temperatura objetivo preestablecida. Dado que la posición de la válvula (509) se calculó previamente para lograr calentamiento del jugo a una temperatura objetivo preestablecida, solamente ajustes menores a partir del sub-sistema de control fino (507) deberían ser necesarios . Los beneficios del sistema de control de alimentación hacia adelante se ilustran por las figuras 7 y 8. La figura 7 muestra una curva de calentamiento representativa a partir de un sistema usando control de retroalimentación convencional. Los límites superior e inferior del rango de pasteurización aceptable se muestran por (609) y (610) , respectivamente. La curva de calentamiento (600) indica la temperatura de la corriente de jugo pasteurizado con vapor (eje y) en cualquier punto dado en el tiempo durante una corrida de producción (eje x) . Durante la fase de inicio, el jugo se calienta rápidamente tal que alcance el rango objetivo. En el punto (601), el ciclo de control de retroalimentación reconoce que la temperatura de jugo ha alcanzado una temperatura aceptable máxima, y una señal de control se envía para reducir el flujo de vapor hacia la trayectoria de flujo de jugo. Simultáneamente, una señal de control se envía a una válvula de desvío para desviar la corriente de jugo a un drenaje u otra unidad de desecho, o posiblemente una trayectoria de reciclo de jugo. Hasta que la señal de control pueda reducir el flujo de vapor, la temperatura de jugo continúa elevándose. En el punto (602), los ajustes a la válvula de control de liberación de vapor han tomado efecto, y comienzan a reducir la temperatura del jugo. Eventualmente , en el punto (603) , la temperatura de jugo de nuevo alcanza el rango objetivo aceptable, y una señal se envía a la válvula de desvío para dejar de desviar producto al drenaje. Dado que es improbable que los ajustes a la válvula de control de vapor fueran exactamente aquellos necesarios para alcanzar la temperatura objetivo, la temperatura del jugo continuará disminuyendo hasta que alcanza el límite inferior del rango objetivo aceptable. En el punto
(604) , la espira de control de retroalimentación de nuevo reconoce que el jugo ha alcanzado el límite del rango apropiado, y envía una señal de control a la válvula de liberación de vapor efectiva para incrementar el flujo de vapor. Una segunda señal de control ocasiona que producto se desvíe al drenaje. En el punto
(605) , este flujo de vapor incrementado comienza a elevar la temperatura del jugo, y en el punto (606) , el jugo de nuevo ha alcanzado un rango aceptable, y el desvío del jugo al drenaje se cesa. Este proceso de ajusfar el flujo de vapor continúa a través del procesamiento, y eventualmente en el punto (607) el sistema alcanza un rango óptimo. Entre los puntos (607) y (608) , producto se produce de acuerdo con la especificación, hasta que el sistema se para y el vapor restante eleva la temperatura del equipo encima de la temperatura máxima (609) conforme el flujo de jugo se desvía de regreso al modo de reciclo. Poco después, la producción de jugo se para tal que el sistema pueda limpiarse.
La figura 8 ilustra las ganancias en eficiencia mediante usar un sistema de alimentación hacia adelante. La curva de calentamiento (700) indica la temperatura de la corriente de jugo pasteurizada con vapor (eje y) en cualquier punto dado en el tiempo durante una corrida de producción (eje x) . El ciclo de control de alimentación hacia adelante calcula la cantidad de vapor requerida para elevar el jugo al rango de temperaturas objetivo entre el límite superior (704) y el límite inferior (705) . Esto resulta en una curva de calentamiento mas controlada que aquella del sistema de solamente retroalimentación . Cuando la temperatura de jugo alcanza un límite del rango objetivo aceptable, como en el punto (701), solamente ajustes finos se requieren para llevar la temperatura de jugo de regreso hacia el rango aceptable. Este calentamiento mas controlado asegura que mucho mas de la corrida de producción produzca producto aceptable, y además desperdicia menos energía mediante evitar sobrecalentamiento intermitente del producto. En este caso, la corrida entera entre los puntos (702) y (703) produce producto aceptable, mientras que en un sistema de solamente retroalimentación, como se muestra en la figura 7, volúmenes significativos de jugo deben desviarse al drenaje debido a condiciones de pasteurización inaceptables . El sistema de alimentación hacia adelante también puede comprender un número de sub-sistemas de control adicionales. El aspecto crítico de tal un sistema, sin embargo, es que mide la tasa de flujo y la temperatura de una corriente de jugo para proporcionar ajustes gruesos a una fuente de calor corriente abajo, en este caso un inyector de vapor. Un aparato de inyección de vapor directa de alta temperatura también puede configurarse para emplear un número de ciclos de control adicionales, no solamente para mantener una temperatura dada, sino también para mantener un flujo dado de las corrientes de alimentación de jugo y otros componentes, para mantener un Brix constante, para mantener una presión fija en el punto de inyección de vapor, y para tomar en cuenta la dilución de la corriente de jugo ocasionada por una tasa de flujo de vapor dada (la cual se condensará en agua conforme se enfría) . Un sistema de válvulas de desvío con ciclos de control de retroali-mentación también son incorporadas de preferencia a través de las trayectorias de flujo para descartar o reciclar cualquier fluido que no cumple con rangos de objetivos de temperatura preestablecidos y rangos de tasa de flujo preestablecidos en varios puntos a través del sistema. El siguiente ejemplo se entiende para ilustrar aspectos de la invención divulgada, y en ninguna manera se pretende para limitar la divulgación. Ejemplo. Un producto de jugo terminado se preparó mediante continuamente mezclar físicamente tres corrientes de líquido: concentrado de jugo caliente (tratado con inyección de vapor directa) , sirope de maíz de alta fructuosa, y agua caliente. Una corriente de compuesto concentrado de jugo mantenido en alrededor de 20 a 7ODF se pasó a través de un tubo a aproximadamente 0.3 galones por minuto y se esterilizó por inyección de vapor directa a 255?F por 3.5 segundos a 100 psig. La corriente resultante de compuesto de jugo esterilizada se mezcló físicamente de manera continua con una corriente de sirope de maíz de alta fructuosa (HFCS) con una tasa de flujo de aproximadamente 2.5 galones por minuto y una temperatura de alrededor de 9ODF y una corriente de agua caliente con una tasa de flujo de aproximadamente 17 galones por minuto a una temperatura de 195ÜF. El producto terminado se pasteurizó a de alrededor de 185 a alrededor de 195ÜF por alrededor de 2 segundos. La alta temperatura de todos los componentes logró la combinación de las tres corrientes y pasteurización del producto terminado todos en un paso. Si la corriente de concentrado de jugo no alcanzó por lo menos 25ODF (dentro de 5ÜF de la temperatura de esterilización) , válvulas de desviación fueron para liberar la corriente de concentrado de jugo en un drenaje para desecho. Similarmente , si la pasteurización objetivo del producto terminado no se logró, el producto fue a desviarse al drenaje para desecho. El concentrado de jugo se mantuvo en un tanque de retención de 50 galones. El sirope de maíz de alta fructuosa se mantuvo en un tanque de 100 galones conectado al aparato de calentamiento de jugo corriente abajo del punto de inyección de vapor. Una bomba de desplazamiento positivo, medidor Micro Motion para monitorear la tasa de flujo, y una válvula de desvío, y un sistema de control capaz de ajustar la tasa de flujo se enlazaron al tanque de HFCS . Agua caliente se contuvo en un tanque de 150 galones, y se calentó usando un intercambiador de calor de placas y bastidor. Similar al tanque de HFCS, el tanque de agua caliente incluyó una bomba centrífuga, un medidor Micro Motion (el cual se usó, como tanto un medidor de flujo y termómetro) , una válvula de control, una válvula de desvío, y un sistema de control, y se conectó al aparato de calentamiento de jugo corriente abajo del punto de inyección de vapor. Un ciclo de control de Brix controló el Brix del producto de jugo terminado. Un medidor de Brix se colocó corriente arriba de la válvula de desvío de producto terminado, y desvió producto de jugo terminado al drenaje si no cumplió la tolerancia Brix específica. Un controlador de Brix cambió el punto base de la tasa de flujo de agua caliente para mantener el Brix deseado. El proceso de fabricación de jugo comenzó mediante mezclar un compuesto concentrado de jugo y por separado llenando los tanques de concentrado de jugo, HFCS, y agua caliente. La temperatura de agua caliente se controló por un ciclo de control de temperatura en el tanque de agua caliente. Una corriente de agua caliente comenzó en modo de reciclo para establecer una tasa de flujo y temperatura objetivos (alrededor de 17 gpm a alrededor de 195ÜF) . De manera similar, la corriente de HFCS comenzó en modo de reciclo a establecer su tasa de flujo y temperatura objetivos (alrededor de 2.5 gpm a alrededor de 9ODF) . La corriente de jugo comenzó en modo de reciclo de jugo en frío (alrededor de 20-7ODF) para establecer una tasa de flujo y temperatura objetivo. La zona de inyección de vapor se pre-esterilizó a alrededor de 255ÜF previo a la liberación de la corriente de jugo. Vapor se condensó en los tubos de retención y se descargó como agua de desecho por una válvula de desvío localizada corriente abajo de la zona de inyección de vapor. Una corriente de agua fría se abrió corriente abajo de la zona de inyección de vapor para enfriar el vapor antes de desviarse al drenaj e . Una vez que la zona de inyección de vapor ha sido esterilizada y ha alcanzado alrededor de 255 ÜF. válvulas conectadas al tanque de retención de jugo se cambiaron de modo de reciclo frío a modo hacia adelante, liberando una corriente de concentrado de jugo hacia la zona de inyección de vapor. Vapor penetró casi instantáneamente al concentrado de jugo y se dispersó, mezclándose eficientemente con el concentrado y asegurando calentamiento homogéneo y rápido a temperaturas de pasteurización precisas. Una vez que el compuesto de jugo alcanzó una temperatura de aproximadamente 245ÜF debido a la adición de vapor a alta temperatura, la válvula de desvío de zona post-inyección se cerró y el concentrado de jugo caliente fluye corriente abajo hacia un mezclador estático en línea. Si la temperatura de la corriente de jugo cayó por debajo de la tolerancia inferior fija (aproximadamente 245ÜF) , la válvula de desvío se re-abre y desvía jugo al drenaje hasta que el problema se corrige. Válvulas conectadas a los tanques de retención de HFCS y de agua caliente se cambiaron de modo de reciclo al modo hacia adelante, y corrientes de HFCS y agua caliente se combinaron con la corriente de jugo caliente esterilizado previo a entrada dentro del mezclador estático. El mezclador estático contuvo 4 elementos de mezclado helicoidales, y se configuró en línea con el flujo de producto para minimizar impedancia de flujo de producto. Las tres corrientes de líquido se mezclaron físicamente de manera continua en el mezclador estático para producir un producto de jugo terminado. Contacto con los componentes de menor temperatura rápidamente enfrió el concentrado de jugo caliente, y el producto de jugo terminado se guió a un monitor de temperatura y un monitor Brix en línea. Si el producto no cumplió con las especificaciones de temperatura y Brix preestablecidas, el producto se desvió hasta que los problemas se corrigieron. Jugo de naranja preparado de acuerdo con el método anterior se mostró no solamente cumpliendo los estándares organolépticos de jugo de naranja pasteurizado tradicionalmente, pero de hecho mostró ser preferido sobre jugo de naranja tradicionalmente pasteurizado. En un estudio a ciegas de 150 participantes, 58% (87 individuos) indicaron una preferencia por jugo de naranja preparado por inyección de vapor, mientras que solamente aproximadamente 29% (43 individuos) prefirió jugo de naran a pasteurizado tradicionalmente , y aproximadamente 13% (20 individuos) fueron indiferentes. Análisis estadístico de estos datos muestra una preferencia significativa por el producto inyectado con vapor directo. Aunque la invención presente ha sido particularmente descrita con referencia específica a formas de realización particulares, se apreciará que varias alteraciones, modificaciones, y adaptaciones pueden hacerse con base en la divulgación presente, y pretenden estar dentro del espíritu y alcance de la presente invención según se define por las reivindicaciones siguientes .
Claims (14)
- REIVINDICAC IONES 1. Un método para esterilizar un producto alimenticio capaz de fluir que puede contener un microbio objetivo, el método comprendiendo : calentar el producto alimenticio capaz de fluir a una temperatura elevada preestablecida de por lo menos 245ÜF por inyección de vapor directa para formar un producto alimenticio capaz de fluir calentado por vapor; mantener el producto alimenticio capaz de fluir calentado por calor en alrededor de la temperatura elevada preestablecida por no mas de 30 segundos bajo una presión de alrededor de 25 a alrededor de 35 psig; enfriar el producto alimenticio capaz de fluir calentado por vapor por inyección directa de un líquido de enfriamiento a una temperatura por debajo de alrededor de 195ÜF dentro de alrededor de 5 segundos o menos para formar un producto alimenticio terminado.
- 2. El método de la reivindicación 1, donde el paso de mantener el producto alimenticio capaz de fluir calentado en alrededor de la temperatura elevada preestablecida toma lugar en un mezclador estático en línea.
- 3. El método de la reivindicación 2, donde el producto alimenticio terminado pasa a través de un mezclador estático en línea después del paso de inyección directa del líquido de enfriamiento.
- 4. El método de la reivindicación 1, donde el microbio objetivo es Alicyclobacillus acidoterrestris , y el producto alimenticio capaz de fluir de base acuosa es un jugo de frutas, concentrado de frutas, puré de frutas, o jugo de vegetales.
- 5. El método de la reivindicación 3, donde el microbio objetivo es Alicyclobacillus acidoterrestris , y el producto alimenticio capaz de fluir de base acuosa es un jugo de frutas, concentrado de frutas, puré de frutas, o jugo de vegetales.
- 6. Un método para controlar un proceso de pasteurización de inyección de vapor directa que comprende: medir una primera tasa de flujo y una primera temperatura de una corriente de alimentación líquida; usar la primera tasa de flujo y la primera temperatura medidas de la corriente de alimentación líquida para calcular una segunda tasa de flujo de vapor efectiva para elevar la corriente de alimentación líquida a una temperatura dentro de un primer rango de temperaturas objetivo preestablecido cuando el vapor se inyecta dentro de la corriente de alimentación; transmitir una señal de control representativa de la segunda tasa de flujo de vapor calculada efectiva para elevar la corriente de alimentación líquida a la segunda temperatura dentro del rango de temperaturas objetivo preestablecido a un sistema de control de inyección de vapor; usar el sistema de control de inyección de vapor para variar una salida de vapor de una fuente de vapor tal que la salida de la fuente de vapor iguale a la segunda tasa de flujo de vapor calculada efectiva para elevar la corriente de alimentación líquida a una segunda temperatura dentro del primer rango de temperaturas objetivo preestablecido; dirigir la corriente de alimentación líquida hacia la fuente de vapor tal que la corriente de alimentación líquida venga hacia contacto físico directo con la salida de vapor de la fuente de vapor, con lo cual la corriente de alimentación líquida forma una corriente líquida calentada con una temperatura dentro del primer rango de temperaturas objetivo preestablecido.
- 7. El método de la reivindicación 6, comprendiendo además : medir una temperatura de la corriente líquida calentada ; usar la temperatura de la corriente líquida calentada para calcular un ajuste de tratamiento de vapor efectivo para alterar la temperatura de la corriente líquida calentada a una temperatura dentro del segundo rango de temperaturas objetivo preestablecidas si la temperatura de la corriente líquida calentada no está dentro del rango de temperaturas objetivo preestablecido ; transmitir una señal de control de retroalimentación al sistema de control de inyección de vapor representativa del ajuste de tratamiento de vapor calculado; ajustar la salida de vapor de la fuente de vapor con base en el ajuste de tratamiento de vapor calculado.
- 8. El método de la reivindicación 7, donde el segundo rango de temperaturas objetivo preestablecidas es el mismo como el primer rango de temperaturas objetivo preestablecidas.
- 9. El método de la reivindicación 8, donde el segundo rango de temperaturas objetivo preestablecidas está dentro del primer rango de temperaturas objetivo preestablecidas.
- 10. Un método para pasteurizar un producto de bebidas que comprende : inyectar un primer líquido con vapor en una cantidad efectiva para elevar la temperatura de un líquido a una primera temperatura predeterminada de por lo menos alrededor de 25ODF para formar un primer líquido calentado; mantener un segundo líquido a una segunda temperatura predeterminada por debajo de la temperatura del primer líquido calentado ; mantener un tercer líquido a una tercera temperatura predeterminada por debajo de la temperatura del primer líquido calentado ; combinar el primer líquido calentado, segundo líquido, y tercer líquido para formar un producto de bebida calentado, donde el primer líquido calentado, segundo líquido calentado, y tercer líquido se combinan en tal una manera que el producto de bebida calentado resultante tendrá una temperatura de por lo menos 19ODF; y enfriar el producto de bebida calentado para formar un producto de bebida terminado.
- 11. El método de la reivindicación 10, comprendiendo además : mezclar físicamente el primer líquido calentado en un mezclador estático en línea previo a combinar al primer líquido calentado, segundo líquido, y tercer líquido; y mezclar físicamente el producto de bebida calentado en un mezclador estático en línea.
- 12. El método de la reivindicación 11, comprendiendo además empacar el producto de bebida terminado.
- 13. El método de la reivindicación 11, donde el paso de empacar el producto de bebida terminado comprende un proceso de empaque de llenado caliente, proceso de llenado frío, o proceso de empaque aséptico.
- 14. Un dispositivo de inyección de vapor, que comprende : un orificio de liberación de vapor; un pistón capaz de ser insertado linealmente dentro del orificio de liberación de vapor; una superficie de contacto ahusada en el pistón que hace contacto con el orificio de liberación de vapor para cerrar el orificio; donde la remoción del pistón del orificio a lo largo de una trayectoria lineal formando un eje longitudinal del pistón crea una abertura anular entre el orificio de liberación de vapor y el pistón.
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