MX2014011258A - Proceso para calentar de manera rapida y homogenea un producto liquido y aparato para tal proceso. - Google Patents

Proceso para calentar de manera rapida y homogenea un producto liquido y aparato para tal proceso.

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Abstract

La invención se refiere a un aparato para calentar de manera rápida y homogénea un producto líquido a una temperatura de calentamiento por medio de calentamiento resistivo, el aparato comprende al menos dos cámaras de calentamiento montadas verticalmente, longitudinales, que están acomodadas en serie. La invención además se refiere a un proceso para calentar de manera rápida y homogénea un producto líquido a una temperatura de calentamiento por medio de calentamiento resistivo en tal aparato, que comprende.: (a) suministrar continuamente el producto líquido a la primera cámara de calentamiento en serie y hacer fluir el producto líquido continuamente a través de al menos dos cámaras de calentamiento; (b) generar continuamente una corriente eléctrica a través del producto líquido que fluye a través de las cámaras de calentamiento al aplicar continuamente un potencial eléctrico a través de cada cámara de calentamiento, en donde la dirección de la corriente se alterna continuamente con una frecuencia de al menos 500 Hz, para obtener producto líquido calentado; y (c) descargar continuamente el producto líquido calentado de dicha al menos una cámara de calentamiento en serie, en donde el producto líquido tiene conductividad eléctrica de al menos 0.03 S/m.

Description

PROCESO PARA CALENTAR DE MANERA RAPIDA Y HOMOGENEA UN PRODUCTO LÍQUIDO Y APARATO PARA TAL PROCESO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso para calentar de manera rápida y homogénea un producto liquido a una temperatura de calentamiento por medio de calentamiento resistivo y a un aparato adecuado para tal proceso.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La pasteurización y esterilización de productos alimenticios líquidos tales como la leche o jugos de frutas se lleva a cabo por lo general por medio de procesos de calentamiento convectivos, tales como una cocción de retorta por lotes o procesos de alta temperatura y corto tiempo (HTST, High Temperature Short Time).
Se ha propuesto calentar productos alimenticios por medio de un tratamiento de campo eléctrico.
En el documento US 6,214,297, por ejemplo, se divulga un tratamiento de campo eléctrico pulsado (PEF, Pulsed Electric Field) de productos alimenticios, en donde el producto alimenticio en una cámara de tratamiento que forma parte de un circuito eléctrico, se somete a pulsos bipolares de alto voltaje. El objetivo del tratamiento es inducir esfuerzo y mortalidad en las células biológicas. El circuito eléctrico que se utiliza en el proceso del documento US 6,214,297 comprende un componente de almacenamiento de energía, por lo general un capacitor, para almacenar energía eléctrica que se descarga de vez en cuando como un pulso eléctrico al producto alimenticio.
En el documento WO2011/139144 se divulga un método y sistema para tratar un producto alimenticio sólido, en donde el producto alimenticio se somete a un campo eléctrico pulsado para la ruptura de las células del producto alimenticio (la llamada e-cooking) . Como en el proceso del documento US 6,214,297, se utiliza un campo eléctrico pulsado. En el proceso del documento WO2011/139144, se utiliza una intensidad de campo relativamente baja. Entre los pulsos, hay un tiempo de pausa, por lo general de 0.1 segundos.
En el documento H.L.M. Lelieveld, Encyclopedia of Biotechnology in Agriculture and Food (Enciclopedia de Bioteenología en Agricultura y Alimentos) (2011) pp.575-578, se menciona el procesamiento de campo eléctrico pulsado de jugo de naranja para lograr el mismo efecto que en la pasteurización térmica.
En el documento W02009/111640 se divulga un sistema y método para calentar eléctricamente un líquido, en donde el líquido se somete a corriente alterna o a corriente directa pulsada en una alta frecuencia. En el método del documento W02009/111640 se genera una corriente eléctrica a través del líquido que se va a tratar la cual es suficiente para producir calentamiento resistivo del líquido y romper al menos algunos enlaces moleculares que definen el líquido. El método del documento W02009/111640 se utiliza para calentar y al mismo tiempo tratar el agua de p.ej., tinas de hidromasaje y albercas. Ocurre tanto calentamiento resistivo como hidrólisis. El agua por lo tanto se calienta y trata simultáneamente por el oxígeno libre obtenido en la hidrólisis del agua o por el cloro libre obtenido en la hidrólisis de sal agregada al agua.
En el documento US 5,863,580 se divulga un método para el calentamiento resistivo de huevo líquido, en donde el producto se pasteuriza sin electrólisis sustancial. En el método del documento US 5,863,580, el material ser tratado tiene una resistencia eléctrica alta, esto es, al menos 100, pero preferiblemente más de 1000 ohms, y el método por lo tanto se opera en niveles bajos de corriente. También, se utiliza corriente eléctrica de una frecuencia baja, esto es, 400 Hz o menos, preferiblemente por debajo de los 100 Hz.
Una desventaja de utilizar frecuencias bajas es que esto llevará a la degeneración del electrodo y por lo tanto a intoxicación indeseada del producto liquido que se va a calentar. En el método del documento US 5,863,580, se toman medidas especiales para disminuir la densidad de corriente en el fluido cerca de los electrodos.
Aunque el concepto del calentamiento eléctrico de los productos líquidos ha sido mencionado en el arte actual, todavía no se reduce a la práctica un proceso de calentamiento eléctrico de productos líquidos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Los presentes inventores han encontrado un aparato adecuado para llevar a cabo un proceso novedoso para calentamiento resistivo muy rápido y homogéneo de un producto líquido en la práctica. El aparato comprende al menos dos cámaras de calentamiento en serie. El proceso novedoso que se puede llevar a cabo en el aparato de acuerdo con la invención no utiliza un campo eléctrico pulsado, pero más bien un campo eléctrico constante con reversión continua de la dirección del campo eléctrico en alta frecuencia. El proceso puede ser aplicado de manera adecuada para calentar productos líquidos, en particular para la pasteurización de productos alimenticios líquidos. El proceso se lleva a cabo de tal forma que no ocurre sustancialmente ninguna degeneración de los electrodos y sustancialmente ninguna electrólisis, evitando de esta manera la contaminación indeseada. Además, el producto líquido calentado resultante tiene una calidad del producto en términos de apariencia, sabor, gusto y contenido de nutrientes que es sorprendentemente cercana a la calidad del producto antes del calentamiento.
En consecuencia, la invención se refiere a un aparato para calentar de manera rápida y homogénea un producto líquido a una temperatura de calentamiento por medio de calentamiento resistivo, el aparato comprende al menos dos cámaras de calentamiento montadas verticalmente, longitudinales que están acomodadas en serie en un acomodo vertical, cada cámara tiene un extremo inferior y un extremo superior y una entrada de líquido en un extremo y una salida de líquido en el otro extremo, en donde cada cámara define una trayectoria de flujo longitudinal para el líquido entre su entrada y su salida y el acomodo de dichas al menos dos cámaras de calentamiento en serie define una trayectoria de flujo de líquido vertical a través de dichas al menos dos cámaras de calentamiento, en donde cada cámara de calentamiento está provista con un primer electrodo en su extremo inferior y un segundo electrodo en su extremo superior y el primer y segundo electrodos de cada cámara están separados por un aislador eléctrico, y el segundo electrodo de una cámara precedente es el primer electrodo de la siguiente cámara en serie y juntos forman un electrodo de conexión, en donde los electrodos están acomodados de tal forma que el liquido que fluye a través de la trayectoria de flujo de liquido vertical a través de dichas al menos dos cámaras de calentamiento durante la operación normal del aparato, está en contacto con el primer y segundo electrodos de cada cámara de calentamiento, en donde el primer electrodo de la cámara de calentamiento más baja del acomodo vertical y el segundo electrodo de la cámara de calentamiento más superior del acomodo vertical están eléctricamente a tierra, en donde cada electrodo de conexión está eléctricamente conectado a una fuente de energía de corriente directa (DC, Direct Current) para aplicar una carga eléctrica a cada electrodo de conexión, en donde la conexión a la fuente de energía de DC es en tal configuración que la polaridad de la carga eléctrica de cada electrodo de conexión se puede invertir continuamente a una frecuencia de al menos 500 Hz y la carga eléctrica de los electrodos de conexión adyacentes es opuesta.
El aparato es adecuado para llevar a cabo un proceso novedoso de calentamiento eléctrico de un producto líquido sin las desventajas de los procesos de calentamiento eléctrico del arte actual.
En consecuencia, la invención además se refiere a un proceso para calentar de manera rápida y homogénea un producto liquido a una temperatura de calentamiento por medio de calentamiento resistivo en un aparato como se definió anteriormente, que comprende: (a) suministrar continuamente el producto liquido a la entrada de la primera cámara de calentamiento en serie y hacer fluir el producto liquido continuamente a través de la trayectoria de flujo de liquido vertical a través de dichas al menos dos cámaras de calentamiento de tal forma que el producto liquido esté en contacto con el primer y con el segundo electrodos de cada cámara de calentamiento; (b) generar continuamente una corriente eléctrica a través del producto liquido que fluye a través de las cámaras de calentamiento al aplicar continuamente un potencial eléctrico a través del primer y segundo electrodos de cada cámara de calentamiento, en donde la dirección de la corriente se alterna continuamente con una frecuencia de al menos 500 Hz, para obtener producto liquido calentado; y (c) descargar continuamente el producto liquido calentado de dicha al menos una cámara de calentamiento en serie a través de su salida, en donde el producto líquido tiene conductividad eléctrica de al menos 0.03 S/m.
El proceso de acuerdo con la invención es particularmente adecuado para la pasteurización de productos alimenticios líquidos tales como jugos de frutas, productos diarios, sopas, salsas, y puré de tomate. Se ha encontrado al aplicar el proceso de acuerdo con la invención, que se obtiene un producto alimenticio líquido con un tiempo de conservación extendido y calidad mejorada en términos de sabor, gusto, color y contenido de nutrientes en comparación con un producto pasteurizado por medio de métodos conocidos de pasteurización incluyendo los procesos de HTST.
Una ventaja importante del proceso de acuerdo con la invención es que el calentamiento es muy rápido y muy homogéneo. Debido a que el calentamiento es así de homogéneo, es necesaria una temperatura de calentamiento más baja con el fin de lograr el mismo efecto en términos de reducción de microorganismos. Además, no es necesario ningún tiempo de espera para nivelar las diferencias de temperatura, como es el caso en los procesos de calentamiento convectivos conocidos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades de la invención serán ahora descritas, a manera de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos esquemáticos de acompañamiento en los que los símbolos de referencia correspondientes indican partes correspondientes, y en los que: La Figura 1 muestra un diagrama de potencial eléctrico que se aplica a través de una cámara de calentamiento como una función del tiempo.
La Figura 2 muestra una sección longitudinal de un acomodo vertical de tres cámaras de calentamiento montadas verticalmente en serie como se aplica en una modalidad preferida del aparato y proceso de acuerdo con la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El aparato de acuerdo con la invención comprende al menos dos cámaras de calentamiento montadas verticalmente, longitudinales, que están acomodadas en serie en un acomodo vertical. Cada cámara tiene un extremo inferior y un extremo superior y una entrada de líquido en un extremo y una salida de líquido en el otro, esto es, el extremo opuesto. Cada cámara de calentamiento define una trayectoria de flujo longitudinal para el líquido entre su entrada y su salida. El acomodo de dichas al menos dos cámaras de calentamiento en serie define una trayectoria de flujo de liquido vertical a través de dichas al menos dos cámaras de calentamiento. La entrada de cada cámara de calentamiento puede estar en su extremo inferior o en su extremo superior, preferiblemente en su extremo inferior.
Cada cámara de calentamiento está provista con un primer electrodo en su extremo inferior y un segundo electrodo en su extremo superior. El primer y segundo electrodos de cada cámara están separados por un aislador eléctrico. El segundo electrodo de una cámara precedente es el primer electrodo de la siguiente cámara en serie. Por lo tanto, entre dos cámaras de calentamiento adyacentes hay un electrodo de conexión que es al mismo tiempo el segundo electrodo de la cámara precedente y el primer electrodo de la siguiente cámara en serie. En caso de tres cámaras de calentamiento en serie, el acomodo tiene dos electrodos de conexión, esto es, entre la primera y la segunda y entre la segunda y la tercera cámaras de calentamiento.
Los electrodos están acomodados de tal forma que si, durante la operación normal del aparato, se suministra liquido al acomodo vertical y fluye a través de la historia de flujo de liquido vertical a través de dichas al menos dos cámaras de calentamiento, tal liquido está en contacto con el primer y con el segundo electrodos de cada cámara de calentamiento.
El primer electrodo de la cámara de calentamiento más baja del acomodo vertical y el segundo electrodo de la cámara de calentamiento superior del acomodo vertical, están conectados a tierra. Cada electrodo de conexión, esto es, cada electrodo entre dos cámaras adyacentes, está conectado eléctricamente a una fuente de energía de corriente directa (DC) para aplicar una carga eléctrica a cada electrodo de Conexión. La conexión de la fuente de energía de DC está en tal configuración que la polaridad de la carga eléctrica de cada electrodo de conexión se puede invertir continuamente a una frecuencia de al menos 500 Hz, preferiblemente al menos 1 kHz, más preferiblemente al menos 2 kHz, aún más preferiblemente al menos 10 kHz. En el caso de más de un electrodo de conexión, la configuración es tal que la carga eléctrica de electrodos de conexión adyacentes es opuesta, esto es, si un electrodo tiene una carga negativa, el(los) adyacente(s) tiene(n) una carga positiva.
Preferiblemente, la fuente de energía de DC se conecta al(los) electrodo(s) de interconexión en una configuración de puente H o una configuración de medio puente. En caso de un aparato con dos cámaras de calentamiento, la fuente de energía de DC se conecta preferiblemente al electrodo de conexión en una configuración de medio puente. En el caso de al menos tres cámaras de calentamiento, la fuente de energía de DC se conecta preferiblemente a los electrodos de interconexión en una configuración de puente H.
Más preferiblemente, el aparato tiene al menos tres, aún más preferiblemente tres cámaras de calentamiento montadas verticalmente, longitudinales, y cada electrodo entre dos cámaras de calentamiento adyacentes está conectado a la fuente de energía de DC en configuración de puente H. Una configuración de puente H es una forma muy eficiente en cuanto a la energía para alternar la polaridad. Una configuración de puente H se proporciona preferiblemente por medio de un puente H completo conectado a una sola fuente de energía de DC. Alternativamente, la configuración de puente H se puede proporcionar por medio de dos medios puentes, cada uno conectado a una fuente de energía de DC separada.
La referencia en este documento a una cámara de calentamiento longitudinal es una cámara de calentamiento que tiene una longitud que es mayor que su diámetro. La referencia en este documento a la longitud de la cámara de calentamiento es la distancia entre el primer y el segundo electrodos de la cámara de calentamiento. La referencia en este documento al diámetro de la cámara de calentamiento es a su diámetro más grande. Preferiblemente, cada cámara de calentamiento tiene una relación de longitud a diámetro de al menos 1.3, más preferiblemente de al menos 1.5, aún más preferiblemente en el rango de 2.0 a 5.0.
Las cámaras de calentamiento pueden tener cualquier forma adecuada. Preferiblemente, las cámaras de calentamiento son cámaras de calentamiento cilindricas. Preferiblemente, cada cámara de calentamiento tiene la misma forma y/o tamaño. En particular, la distancia entre el primer y el segundo electrodos de cada cámara de calentamiento y el área de sección transversal de la trayectoria de flujo definida por cada cámara de calentamiento es sustancialmente la misma. La referencia en este documento a sustancialmente la misma es a las distancias o áreas de sección transversal que se desvian en menos del 10%, preferiblemente menos del 5%, más preferiblemente menos del 2% entre los mismos. Las dimensiones de las cámaras de calentamiento son preferiblemente tales que, durante la operación normal del aparato, el producto liquido fluye en flujo de tapón a través de las cámaras de calentamiento. La cámara de calentamiento puede tener cualquier diámetro adecuado. Preferiblemente, el diámetro está en el rango de 5 a 500 mm, más preferiblemente de 10 a 200 mm, aún más preferiblemente de 20 a 100 mm. La longitud está preferiblemente en el rango de 10 a 1000 mm, más preferiblemente de 20 a 500 mm.
Preferiblemente, la relación de la distancia entre el primer y el segundo electrodos de cada cámara de calentamiento y el área de sección transversal de la trayectoria de flujo definida por cada cámara de calentamiento está en el rango de 5 a 500 rtf1, más preferiblemente de 25 a 100 m-1.
Preferiblemente, el aparato además comprende un enfriador para enfriar el producto liquido que se descarga, durante la operación normal, desde la salida de la última cámara de calentamiento en serie. Preferiblemente, tal enfriador es un enfriador de intercambio de calor indirecto. Tal enfriador comprende de manera adecuada uno o más tubos de intercambio de calor que comprenden una entrada y una salida, en donde la entrada de dichos uno o más tubos está en comunicación de fluido con la salida de la última cámara de calentamiento. El enfriador puede comprender un solo tubo o una pluralidad de tubos paralelos. Los enfriadores de intercambio de calor tubulares son bien conocidos en la materia. El aparato puede comprender cualquier enfriador de intercambiador de calor tubular adecuado conocido en la materia.
Preferiblemente, el aparato además comprende un precalentador para precalentar un producto liquido antes de suministrar al producto a la entrada de la primera cámara de calentamiento por medio de intercambio de calor indirecto. El precalentador comprende de manera adecuada uno o más tubos de calentamiento, dichos uno o más tubos comprenden una entrada y una salida, en donde la salida de dichos uno o más tubos está en comunicación de fluido con la entrada de la primera cámara de calentamiento. El precalentador puede comprender un solo tubo o una pluralidad de tubos paralelos. Los calentadores de intercambiador de calor tubular son bien conocidos en la materia. El aparato puede comprender cualquier calentador de intercambiador de calor tubular conocido en la materia.
En el proceso de cuero con la invención, un producto liquido con una conductividad eléctrica de al menos 0.03 S/m se calienta de manera rápida y homogénea a una temperatura de calentamiento por medio de calentamiento resistivo en un aparato como se definió anteriormente. El proceso comprende: (a) suministrar continuamente el producto liquido a la entrada de la primera cámara de calentamiento en serie y hacer fluir el producto liquido continuamente a través de la trayectoria de flujo de liquido vertical a través de dichas al menos dos cámaras de calentamiento de tal forma que el producto liquido esté en contacto con el primer y con el segundo electrodos de cada cámara de calentamiento; (b) generar continuamente una corriente eléctrica a través del producto liquido que fluye a través de las cámaras de calentamiento al aplicar continuamente un potencial eléctrico a través de los electrodos de cada cámara de calentamiento, en donde la dirección de la corriente se alterna continuamente con una frecuencia de al menos 500 Hz, para obtener producto liquido calentado; y (c) descargar continuamente el producto líquido calentado de dicha al menos una cámara de calentamiento en serie a través de su salida.
El producto líquido puede fluir en dirección hacia arriba o hacia abajo a través de las cámaras de calentamiento. Preferiblemente, con el fin de evitar o minimizar la ocurrencia de burbujas de gas, el producto líquido se hace fluir hacia arriba.
En el proceso de acuerdo con la invención, se aplica un potencial eléctrico continuo a través de los electrodos de cada cámara de calentamiento y el producto liquido tiene una conductividad eléctrica de al menos 0.03 S/m. Por lo tanto, se genera una corriente eléctrica continua a través del producto líquido que fluye en cada cámara de calentamiento entre el primer y segundo electrodos.
Con el fin de minimizar la degeneración de los electrodos, la dirección de la corriente se alterna continuamente con una frecuencia en el rango de al menos 500 Hz, preferiblemente al menos 1 kHz, más preferiblemente al menos 2 kHz, aún más preferiblemente al menos 10 kHz. Tal alternado de la corriente se hace al invertir continuamente la carga eléctrica aplicada a cada electrodo de conexión y con eso invertir el potencial eléctrico a través de los electrodos de cada cámara de calentamiento. Invertir el potencial, y con eso la corriente, se puede hacer por cualquier medio adecuado conocido en la materia. Preferiblemente, el potencial se invierte por medio de un puente H de configuración de medio puente del circuito eléctrico que se forma por la fuente de energía de DC, los electrodos a los cuales se conecta la fuente y el producto líquido conductivo en contacto con los electrodos. Preferiblemente, la frecuencia de alternar la dirección de la corriente es de a lo mucho 200 kHz, más preferiblemente a lo mucho 100 kHz.
En el proceso de acuerdo con la invención, se genera una corriente eléctrica continua al aplicar un potencial eléctrico continuo a través de los electrodos de cada cámara de calentamiento. Esto se debe contrastar con la aplicación de corriente pulsada en donde hay un tiempo de pausa entre los pulsos de corriente aplicados. Una ventaja de aplicar una corriente eléctrica continua en lugar de una corriente pulsada es que no se necesita ningún capacitor u otro elemento de almacenamiento de energía.
En el proceso de cuero con la invención, la dirección del potencial eléctrico, y con eso de la corriente, se alterna continuamente, preferiblemente sin cambiar la intensidad del campo eléctrico. Por lo tanto, la polaridad se invierte preferiblemente sin cambiar la intensidad del potencial eléctrico aplicado. La forma de un diagrama que muestra el potencial eléctrico aplicado a través del primer y segundo electrodos de cada cámara de calentamiento como una función del tiempo es por lo tanto preferiblemente una onda de bloque como se muestra en la Figura 1 (forma de bloque). Esto se debe contrastar con la forma de seno de la corriente alterna que se suministra por lo general por medio de sistemas de energía de la red eléctrica. La polaridad se invierte preferiblemente dentro de 10 milisegundos, más preferiblemente dentro de un milisegundo.
El proceso de acuerdo con la invención se lleva a cabo preferiblemente de tal forma que el producto líquido se calienta en las cámaras de calentamiento por medio de calentamiento resistivo (calentamiento óhmico) sin que ocurra sustancialmente ninguna electrólisis de las moléculas que definen el producto líquido. La referencia en este documento a que sin que ocurra sustancialmente ninguna electrólisis de moléculas que definen el producto liquido es a menos del 0.1%, preferiblemente menos del 0.05%, más preferiblemente menos del 0.01% de enlaces moleculares de las moléculas que definen el producto liquido que se está rompiendo por medio de la electrólisis.
En el proceso de acuerdo con la invención, un producto liquido se calienta por medio de calentamiento resistivo. Con el fin de permitir que ocurra el calentamiento resistivo sin electrólisis sustancial de las moléculas del producto líquido, el producto líquido tiene una conductividad eléctrica de al menos 0.03 S/m, preferiblemente al menos 0.05 S/m, más preferiblemente al menos 0.1 S/m.
Se apreciará que para una corriente deseada a través del líquido (deseada con el fin de efectuar el calentamiento resistivo sin que ocurra electrólisis sustancial), el potencial eléctrico por aplicar a través de los electrodos dependerá, entre otros, de la conductividad del producto líquido que se va a calentar y la longitud y área de sección transversal de las cámaras de calentamiento. Se puede utilizar cualquier potencial eléctrico adecuado. Preferiblemente, el potencial eléctrico estará en el rango de 500 a 10,000 voltios, más preferiblemente de 1,000 a 5,000 voltios.
Si el potencial eléctrico está dado, las dimensiones de la cámara de calentamiento se escogerán de tal forma que, dada la conductividad el producto que se va a calentar, ocurrirá el calentamiento resistivo.
Preferiblemente, la relación entre la longitud y el área de sección transversal de la cámara de calentamiento está en el rango de 5 a 500 m-1, más preferiblemente de 25 a 100 rrf1.
Preferiblemente, el potencial eléctrico aplicado a través de los electrodos de cada cámara de calentamiento y las dimensiones de la cámara de calentamiento se escogen de tal forma que la intensidad del campo eléctrico a través de cada cámara de calentamiento esté en el rango de 0.1 a 20 kV/cm, más preferiblemente de 0.5 a 10 kV/cm, aún más preferiblemente de 1 a 5 kV/cm.
Sorprendentemente, se ha encontrado que el proceso decoró con la invención es capaz de calentar de manera muy rápida y muy homogénea un producto liquido que fluye continuamente. El calentamiento es tan rápido que incluso en tiempos de baja residencia y caudales del liquido relativamente altos, se logra la temperatura de calentamiento deseada. Preferiblemente, el tiempo de residencia del producto liquido en (el total de) las cámaras de calentamiento es de a lo mucho 1 segundo, más preferiblemente de a lo mucho 0.5 segundos, aún más preferiblemente a lo mucho 0.3 segundos, todavía más preferiblemente a lo mucho 0.1 segundos, todavía más preferiblemente a lo mucho 0.01 segundos. Preferiblemente, el caudal del producto líquido es de al menos 10 litros por hora, más preferiblemente al menos 50 litros por hora, aún más preferiblemente al menos 100 litros por hora. Los caudales son preferiblemente de hasta 50,000 litros por hora.
Se ha encontrado que al montar verticalmente las cámaras de calentamiento, el calentamiento es sustancialmente más homogéneo que con cámaras de calentamiento montadas horizontalmente.
La homogeneidad del calentamiento por lo general se expresa como la desviación en temperatura con respecto a la temperatura promedio en la salida de la zona de calentamiento. En un proceso de pasteurización competitiva convencional con una temperatura de calentamiento promedio de unos 75°C, la temperatura local de un producto calentado en cualquier ubicación en la salida de un tubo de calentamiento puede desviarse tanto como 20°C de la temperatura promedio (los llamados puntos fríos o calientes). Tales desviaciones son debido a las diferencias en la velocidad del flujo del líquido a través de los tubos de calentamiento y a la lentitud inherente del calentamiento convectivos. En vista de la ocurrencia de puntos fríos en los procesos convencionales, es necesaria una temperatura de salida promedio mayor (temperatura establecida) que lo que seria necesario sin los puntos fríos. También, en los procesos de calentamiento convectivos, por lo general se aplica una zona de espera aguas abajo de una zona de calentamiento, para nivelar las diferencias de temperatura y asegurar que se logre la temperatura requerida de pasteurización o esterilización en todo el producto por un tiempo lo suficientemente largo, antes de enfriar el producto.
En el proceso de acuerdo con la invención, la desviación de de la temperatura promedio en cualquier punto en el producto líquido en la salida de la última cámara de calentamiento en serie es por lo general de menos de 3°C, por lo general incluso menos de 1°C. Por lo tanto, se puede utilizar una temperatura establecida más baja y no es necesaria ninguna espera del producto en un tubo o zona de espera aguas abajo de las cámaras de calentamiento. Preferiblemente, el producto líquido se enfría inmediatamente después de ser descargado desde la última cámara de calentamiento.
El enfriamiento del producto descargado desde la última cámara de calentamiento se puede llevar a cabo por cualquier medio adecuado conocido en la materia, por ejemplo por medio de enfriamiento indirecto tal como intercambio de calor competitivo, o por medio de enfriamiento directo tal como expansión del producto. Preferiblemente, se utiliza el enfriamiento indirecto. El producto se puede enfriar a cualquier temperatura deseada para procesamiento adicional o empaquetado. Preferiblemente, el producto liquido se enfria a una temperatura por debajo de los 50°C, más preferiblemente por debajo de los 25°C.
Una ventaja importante del proceso de acuerdo con la invención es que el producto se puede calentar a una temperatura de pasteurización o esterilización menor para lograr el mismo efecto en términos de matar los microorganismos, en comparación con los procesos de calentamiento convectivos convencionales. Debido a que el calentamiento es homogéneo, se requieren integrar márgenes de seguridad nulos o menores para la temperatura de calentamiento. Al calentar hasta una temperatura menor, se mejora la calidad del producto, ya que ocurrirá menor degradación química de los compuestos que afectarán el sabor, gusto, color y contenido de nutrientes.
Debido a que el calentamiento en el proceso de acuerdo con la invención es muy rápido y muy homogéneo, se puede lograr un producto con una buena calidad del producto en combinación con un tiempo de conservación que aumenta en comparación con un producto no tratado. Por lo tanto, el proceso decoró con la invención es particularmente adecuado para calentar productos alimenticios líquidos. La referencia en este documento a un producto líquido es un producto que tiene una viscosidad tal que el producto se puede bombear a través de la cámara de calentamiento. Tal producto líquido puede comprender partículas sólidas en una fase líquida continua. Preferiblemente, el producto líquido es un producto que tiene una viscosidad de a lo mucho 0.3 Pa.s a 20°C, más preferiblemente a lo mucho 0.005 Pa.s a 20°C. Ejemplos de productos alimenticios líquidos adecuados incluyen, pero no están limitados, jugos de frutas, productos líquidos diarios, sopas, salsas, y puré de tomate.
El proceso puede ser un proceso para termalización, pasteurización, o esterilización de un producto alimenticio líquido. Preferiblemente, el proceso es un proceso para la pasteurización de un producto alimenticio líquido. El producto alimenticio líquido puede ser calentado a cualquier temperatura de calentamiento adecuada, preferiblemente a una temperatura de pasteurización en el rango de 60 a 90°C, más preferiblemente en el rango de 70 a 85°C.
El proceso decoró con la invención de ser llevado a cabo en cualquier presión adecuada. Preferiblemente, el producto líquido que fluye a través de las cámaras de calentamiento está a una presión de a lo mucho 100 bar (absoluta), más preferiblemente a lo mucho 50 bar (absoluta), aún más preferiblemente a una presión en el rango de 1 a 10 bar (absoluta).
Se prefiere precalentar el producto líquido antes de suministrar el producto líquido a la entrada de la primera cámara de calentamiento. Preferiblemente, el producto líquido se precalienta a una temperatura en el rango de 30 a 50°C. De manera adecuada, el producto líquido se precalienta por medio de calentamiento convectivo, por ejemplo en un intercambiador de calor tubular que tiene una salida que está en comunicación de fluido con la entrada de la primera cámara de calentamiento. Precalentar por medio de intercambio de calor convectivo reduce los costos del proceso, ya que el calentamiento convectivo es menos costoso que el calentamiento eléctrico. Para precalentar hasta temperaturas de unos 50°C, no hay necesidad de utilizar calentamiento muy rápido y homogéneo, ya que la degradación química no ocurre o difícilmente ocurre por debajo de los 50°C.
Se apreciará que el proceso de acuerdo con la invención se puede operar solamente con la trayectoria de flujo vertical a través de al menos dos cámaras de calentamiento llenas con líquido. Con el fin de evitar la contaminación de cualquier tubo aguas abajo de las cámaras de calentamiento, se prefiere iniciar el proceso de acuerdo con la invención al llenar las cámaras de calentamiento y cualquier trayectoria de flujo de líquido aguas arriba y aguas abajo de las cámaras de calentamiento con un líquido estéril que tiene sustancialmente la misma conductividad y preferiblemente también sustancialmente el mismo pH que el producto líquido que se va a calentar. Por lo tanto, el proceso preferiblemente además comprende una fase de puesta en marcha antes de llevar a cabo los pasos del proceso (a) a (c), la fase de puesta en marcha comprende llenar las cámaras de calentamiento y cualquier trayectoria de flujo de líquido aguas arriba y aguas abajo de las cámaras de calentamiento con un líquido estéril que tiene sustancialmente la misma conductividad que el producto líquido. La referencia en este documento a sustancialmente la misma conductividad es una conductividad que se desvía a lo mucho 0.01 S/m o a lo mucho 10%, el que resulte mayor, de la conductividad del producto líquido que se va a calentar. Más preferiblemente, el líquido estéril tiene sustancialmente la misma conductividad y sustancialmente el mismo valor de pH que el valor de pH del producto líquido. La referencia en este documento a sustancialmente el mismo valor de pH es a un valor de pH que se desvía a lo mucho 1.0, preferiblemente a lo mucho 0.5, más preferiblemente a lo mucho 0.2 del valor de pH del producto líquido que se va a calentar. La referencia en este documento a un liquido estéril es un liquido que tiene menos microorganismos patogénicos por volumen que el producto liquido después de haber sido tratado por el proceso de acuerdo con la invención. El liquido estéril puede ser por ejemplo el producto liquido tratado con calor o una solución de sal tratada con calor, preferiblemente una solución de sal tratada con calor. Preferiblemente, el liquido se trata con calor por medio de intercambio de calor convencional. Una vez que la cámara de calentamiento y cualquier trayectoria de flujo del liquido adicional se llenan con liquido estéril, se inicia el proceso al generar una corriente eléctrica como se describió anteriormente a través del liquido estéril. El liquido estéril se reemplaza entonces por el producto liquido al suministrar continuamente el producto líquido a la entrada de la primera cámara de calentamiento en serie.
Descripción Detallada de los Dibujos En la Figura 1 se muestra un diagrama del potencial eléctrico que se aplica a través del primer y segundo electrodos en una sola cámara de calentamiento como una función del tiempo. La figura muestra que el diagrama tiene la forma de una onda de bloque.
En la Figura 2 se muestra esquemáticamente una sección longitudinal de un acomodo de tres cámaras de calentamiento en serie como se aplica en una modalidad preferida del aparato y proceso de acuerdo con la invención. En la Figura 2 se muestra un acomodo 1 que comprende tres cámaras de calentamiento 10, 20, y 30 en serie. Durante la operación normal del acomodo 1, el acomodo 1 se monta verticalmente. La primera cámara de calentamiento 10 en serie tiene una entrada 11 para el liquido en su extremo inferior y una salida 12 para el liquido en su extremo superior. La cámara de calentamiento 10 tiene un primer electrodo 13 en su extremo inferior y un segundo electrodo 14 en su extremo superior. La segunda y tercera cámaras de calentamiento 20 y 30 en consecuencia cada una tiene una entrada 21 y 31, respectivamente, y una salida 22 y 23, respectivamente para el líquido y un primer electrodo 23 y 33, respectivamente, y un segundo electrodo 24 y 34, respectivamente. El primer y segundo electrodos de cada cámara 10, 20, y 30 se separan por medio de un aislador eléctrico 15, 25, 35, respectivamente. El segundo electrodo 14 de la primera cámara 10 es el mismo electrodo que el primer electrodo 23 de la segunda cámara de calentamiento 20 y forma el electrodo de conexión 36 entre las cámaras adyacentes 10 y 20. En consecuencia, el segundo electrodo 24 de la segunda cámara 20 es el mismo electrodo que el primer electrodo 33 de la tercera cámara de calentamiento 30 y forma el electrodo de conexión 37 entre las cámaras adyacentes 20 y 30. El primer electrodo 13 de la cámara más baja 10 y el segundo electrodo 34 de la cámara más superior 30 están conectados eléctricamente a tierra. Los electrodos de conexión 36 y 37 están conectados eléctricamente en una configuración de puente H 38 a una fuente de energía de DC.
El producto líquido se hace fluir a través de la trayectoria de flujo de líquido vertical 39 que se define por el acomodo 1 de las tres cámaras de calentamiento 10, 20 y 30 en la dirección de la flecha a.
La invención se ilustrará adicionalmente por medio de los siguientes ejemplos no limitativos.
Ejemplo 1 Se bombeo jugo de naranja recién exprimido que tiene una conductividad de 0.37 S/m a 20°C y que tiene una temperatura de 7°C a través de una sección de precalentamiento convectivo para lograr una temperatura de precalentamiento de entre 35 y 38°C. El jugo precalentado se suministró a una cámara de calentamiento cilindrica montada verticalmente con una longitud de 20 mm y un diámetro de 10 mm en un caudal de 120 L/h. Se aplicó un campo eléctrico a través de la cámara de calentamiento para generar una corriente eléctrica a través del jugo de naranja que fluye a través de la cámara y la dirección de la corriente se invirtió con una frecuencia de 1 kHz. El tiempo de residencia del jugo de naranja en la cámara de calentamiento fue de 0.1 segundos en una contrapresión de 2 bar (absoluta).
Se llevaron a cabo diferentes experimentos como se describió anteriormente, cada uno con una intensidad diferente del campo eléctrico aplicado. El voltaje y corriente máximos aplicados en una temperatura de salida de 85°C generó 1200V/5A. La intensidad del campo bajo estas condiciones fue aproximadamente de 600 V/cm. En ajustes de menor voltaje, la corriente se redujo y la temperatura de salida disminuyó. De esta forma, se controló la temperatura de salida y se recogieron muestras bajo condiciones estacionarias para una serie de temperaturas de salida en el rango de 60-85°C. Después del enfriamiento, el jugo de naranja se embotelló a temperaturas por debajo de los 15°C y se almacenó a una temperatura de 7°C. Los parámetros del tiempo de conservación microbiana, actividad de enzimas y calidad del jugo de naranja fueron medidos en tiempos indicados por un periodo de cuatro meses y se compararon con los mismos parámetros para jugo sin tratar y para jugo tratado convencionalmente (calentamiento convectivo por 300 segundos a 80°C).
Con el fin de determinar el tiempo de conservación microbiana, se midieron la cantidad de levaduras y mohos, y las bacterias del ácido láctico en los dias, 1, 2, 6, 9, 12, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70, 77, 84 y 150 para, de acuerdo con ISO 21527-1 y ISO 15214, respectivamente.
Se midió la actividad de pectina metil esterasa (PME, Pectin Methyl Esterase) después de almacenamiento de dos dias como se describe en el documento de L. Vervoort et al., Innova tive Food Science and Emerging Technologies, (Ciencia Alimenticia y Teenologías Emergentes Innovadoras), 12 (2011), pp. 466-477.
Se determinó el color de las diferentes muestras después de dos días de almacenamiento al medir los valores de Hunter L*, a*, b*como se describe en el documento de R.A.H Timmermans et al, Innova tive Food Science and Emerging Technologies, (Ciencia Alimenticia y Tecnologías Emergentes Innovadoras), 12 (2011), pp.235-243. Los valores de L, a y b fueron utilizados para calcular el valor DE como sigue: DE = ((a - a0)2 + (b - b0)2 + (L - L0)2)1/2 en donde el subíndice "0" indica el color del jugo de naranja no tratado en un tiempo de almacenamiento de 0 días.
Para la evaluación sensorial, las muestras fueron calificadas por un panel de intensidad de aroma cítrico y de frescura en los días 2, 6, 9, 1214, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70, 75, 77, 84, y 150.
En la Tabla 1 se muestran los resultados de la evaluación sensorial. En la Tabla 2 se muestran los resultados de las mediciones de actividad de PME y de las mediciones de color.
Tabla 1. Evaluación sensorial de muestras de jugo de naranja no tratadas y tratadas Tabla 2. Actividad de PME y color después de dos días de almacenamiento Ejemplo 2 Se bombeo jugo de naranja recién exprimido que tiene una conductividad de 0.35 S/m a 15°C y que tiene una temperatura de entrada de 7°C a través de una sección de precalentamiento convectivo. El jugo precalentado se suministró a tres cámaras de calentamiento cilindricas montadas verticalmente en serie, cada una con un diámetro de 26 m y una longitud de 50 m , en un caudal de 1500 L/h. Se aplicó un campo eléctrico a través de la cámara de calentamiento para generar una corriente eléctrica a través del jugo de naranja que fluye a través de la cámara y la dirección de la corriente se invirtió con una frecuencia de 1 kHz. La temperatura de salida fue de 85°C. El jugo de naranja descargado desde la cámara de calentamiento se enfrió directamente en línea, y se embotelló a una temperatura por debajo de los 8°C y se almacenó a una temperatura de 4°C. Los parámetros del tiempo de conservación microbiana, actividad de enzimas y calidad del jugo de naranja tratado fueron medidos en tiempos indicados durante un periodo de 6 meses y se compararon con los mismos parámetros de calidad para jugo sin tratar y para jugo tratado con calor convencionalmente (92°C, 15 segundos) del mismo lote de jugo de naranja recién exprimido.
Con el fin de determinar el tiempo de conservación microbiana, se midieron la cantidad de levaduras y mohos, y las bacterias de ácido láctico en los dias 3, 10, 28, 56, 90, 125, 153, 180 de acuerdo con ISO 21527-1 e ISO 15214, respectivamente. En los mismos dias, se midió la actividad de pectina metil esterasa (PME) como se describe por el documento de L. Vervoort et al, Innovatuve Food Science and Emerging Technologies, (Ciencia Alimenticia y Teenologías Emergentes Innovadoras), 12 (2011), pp 466-477, y una evaluación sensorial por medio de un panel, calificación acerca de la intensidad del aroma cítrico y de la frescura en una escala que oscila de muy bueno (++) muy malo (--). Los resultados se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3. Evaluación de jugo de naranja no tratado, calentado convencionalmente y calentado eléctricamente

Claims (21)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Un aparato para calentar de manera rápida y homogénea un producto liquido a una temperatura de calentamiento por medio de calentamiento resistivo, el aparato comprende al menos dos cámaras de calentamiento montadas verticalmente, longitudinales, que se acomodan en serie en un acomodo vertical, cada cámara tiene un extremo inferior y un extremo superior y una entrada para líquido en un extremo y una salida para líquido en el otro extremo, caracterizado porque: cada cámara de calentamiento define una trayectoria de flujo longitudinal para líquido entre su entrada y su salida y el acomodo de dichas al menos dos cámaras de calentamiento en serie define una trayectoria de flujo de líquido vertical a través de dichas al menos dos cámaras de calentamiento, cada cámara de calentamiento está provista con un primer electrodo en su extremo inferior y un segundo electrodo en su extremo superior y el primer y segundo electrodos de cada cámara están separados por medio de un aislador eléctrico, y el segundo electrodo de una cámara precedente es el primer electrodo de la siguiente cámara en serie y juntos forman un electrodo de conexión, los electrodos están acomodados de tal forma gue el líquido que fluye a través de la trayectoria de flujo de liquido vertical a través de dichas al menos dos cámaras de calentamiento durante la operación normal del aparato, está en contacto con el primer y con el segundo electrodos de cada cámara de calentamiento, el primer electrodo de la cámara de calentamiento más baja del acomodo vertical y el segundo electrodo de la cámara de calentamiento más superior del acomodo vertical están conectados eléctricamente a la tierra, cada electrodo de conexión está conectado eléctricamente a una fuente de energía de corriente directa (DC) para aplicar una carga eléctrica a cada electrodo de conexión, la conexión de la fuente de energía de DC está en tal configuración que la polaridad de la carga eléctrica de cada electrodo de conexión se puede invertir continuamente a una frecuencia de al menos 500 Hz y la carga eléctrica de electrodos de conexión adyacentes es opuesta.
2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene dos cámaras de calentamiento en serie y en donde el electrodo entre las cámaras de calentamiento se conecta a la fuente de energía de DC en configuración de medio puente.
3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene al menos tres cámaras de calentamiento montadas verticalmente, longitudinales y en donde cada electrodo entre dos cámaras de calentamiento adyacentes se conecta a la fuente de energía de DC en configuración de puente H.
4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque tiene al menos tres cámaras de calentamiento en serie.
5. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la distancia entre el primer y el segundo electrodos de cada cámara de calentamiento y el área de sección transversal de la trayectoria de flujo definida por cada cámara de calentamiento son sustancialmente las mismas.
6. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación de la distancia entre el primer y el segundo electrodos de cada cámara de calentamiento y el área de sección transversal de la trayectoria de flujo definida por cada cámara de calentamiento está en el rango de 5 a 500 m_1.
7. Un proceso para calentar de manera rápida y homogénea un producto líquido a una temperatura de calentamiento por medio de calentamiento resistivo en un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende: (a) suministrar continuamente el producto líquido a la entrada de la primera cámara de calentamiento en serie y hacer fluir el producto liquido continuamente a través de la trayectoria de flujo de líquido vertical a través de dichas al menos dos cámaras de calentamiento de tal forma que el producto líquido esté en contacto con el primer y con el segundo electrodos de cada cámara de calentamiento; (b) generar continuamente una corriente eléctrica a través del producto líquido que fluye a través de las cámaras de calentamiento al aplicar continuamente un potencial eléctrico a través del primer y segundo electrodos de cada cámara de calentamiento, en donde la dirección de la corriente se alterna continuamente con una frecuencia de al menos 500 Hz, para obtener producto líquido calentado; y (c) descargar continuamente el producto líquido calentado de dicha al menos una cámara de calentamiento en serie a través de su salida, en donde el producto líquido tiene conductividad eléctrica de al menos 0.03 S/m.
8. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque no ocurre sustancialmente ninguna electrólisis de las moléculas que definen el producto líquido.
9. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el producto líquido tiene una conductividad eléctrica de al menos 0.1 S/m.
10. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque el potencial eléctrico a través del primer y segundo electrodos de cada cámara de calentamiento está en el rango de 500 a 10,000 voltios.
11. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el producto líquido se hace fluir a través de las cámaras de calentamiento en un caudal de al menos 10 litros por hora.
12. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque el producto líquido es un producto alimenticio líquido.
13. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el producto alimenticio es jugo de frutas.
14. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el producto alimenticio es un producto diario liquido, una sopa o una salsa.
15. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, caracterizado porque el proceso es un proceso para pasteurización del producto liquido y la temperatura de calentamiento está en el rango de 60 a 90°C.
16. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 15, caracterizado porque el producto liquido se calienta a la temperatura de calentamiento dentro de 1 segundo, preferiblemente dentro de 0.1 segundos, más preferiblemente dentro de 0.01 segundos.
17. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 16, caracterizado porque la desviación de la temperatura de calentamiento promedio del producto liquido en la salida de dicha al menos una cámara de calentamiento es a lo mucho de 3°C.
18. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 17, caracterizado porque el líquido se precalienta a una temperatura en el rango de 30 a 50°C antes de ser suministrado a la primera cámara de calentamiento.
19. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 18, caracterizado porque el producto líquido calentado se enfría inmediatamente después de ser descargado de dicha al menos una cámara de calentamiento.
20. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, además comprende una fase de puesta en marcha antes de llevar a cabo los pasos de proceso (a) a (c), la fase de puesta en marcha comprende llenar las cámaras de calentamiento y cualquier trayectoria de flujo de liquido aguas arriba y aguas abajo de las cámaras de calentamiento con un liquido estéril que tiene sustancialmente la misma conductividad que el producto liquido.
21. Un proceso de cuero con la reivindicación 20, caracterizado porque el liquido estéril tiene sustancialmente el mismo valor de pH que el valor de pH del producto liquido.
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