ESTERILIZACION DE LIQUIDOS EN UNOS RECIPIENTES HERMETICAMENTE CERRADOS.

Procedimiento de esterilización o de pasteurización de un líquido a tratar contenido en unos recipientes herméticamente cerrados,

que comprende el transporte de los recipientes a una zona de tratamiento en la que los recipientes son sumergidos en un flujo de fluido de transporte exterior, el calentamiento en volumen del líquido a tratar a una velocidad superior a 28ºC por segundo, hasta una temperatura de tratamiento T que se sitúa entre 20ºC y 66ºC, la agitación del recipiente durante el calentamiento del líquido, y según el valor de la temperatura de tratamiento T, la exposición del líquido a un campo eléctrico de tratamiento por electroporación inmediatamente o poco después del calentamiento del líquido, seleccionándose la amplitud E del campo eléctrico en V/cm de manera que satisfaga la ecuación:

Esterilización de líquidos en unos recipientes herméticamente cerrados.

La presente invención se refiere a un procedimiento de esterilización de líquidos contenidos en unos recipientes herméticamente cerrados, y a un dispositivo para la realización del procedimiento.

Uno de los métodos de esterilización utilizado habitualmente en la industria es mediante autoclave, en el que se tratan unos recipientes por lotes (en inglés "batches") típicamente a una temperatura comprendida entre 90ºC y 130ºC durante varios minutos, a unas cadencias de varios miles de recipientes por hora. Sin embargo, la esterilización a estas temperaturas puede alterar sustancialmente las propiedades del producto tratado, (color, sabor, olor, cualidades biofísicas, bioquímicas y otras). En un procedimiento convencional de esterilización térmica, la elevación de temperatura se efectúa lentamente y permite que los microorganismos se adapten y resistan mejor el aumento de temperatura.

Unos procedimientos que prevén reducir el umbral de temperatura necesario para esterilizar un líquido acuoso, mediante la aplicación de campos eléctricos, se han descrito en las patentes US nº 4.695.472 y EP 1 328 167. El procedimiento descrito en la patente US nº 4.695.472 se refiere sin embargo sólo a la esterilización de flujo de líquido y no se puede utilizar para la esterilización de botellas o de otros recipientes llenos de líquido. La amplitud del campo eléctrico propuesto, aplicado a una botella de una decena de centímetros de diámetro, necesitaría unas tensiones muy elevadas, difíciles de generar y de aplicar de manera homogénea.

En el documento EP 1 328 167, se describe un procedimiento para la esterilización de botellas o de otros recipientes llenos de líquido. Se propone limitar la temperatura umbral T_S de esterilización sometiendo al producto simultáneamente a un calentamiento por campo eléctrico y a la acción de vibraciones ultrasónicas. Esta tecnología resulta sin embargo poco eficaz en la práctica, por un lado porque diferentes microorganismos tienen unas sensibilidades diferentes a las vibraciones ultrasónicas, en función de la frecuencia y de la amplitud, y por otro lado porque la aplicación homogénea de ultrasonidos en todo el volumen del recipiente es difícil de llevar a cabo.

Por otro lado, con los procedimientos de esterilización por electroporación conocidos, es difícil obtener una buena uniformidad de tratamiento de recipientes herméticos que contienen líquido, debido a la rapidez de calentamiento y a la forma de los recipientes, que provocan unas disparidades de temperaturas y de campo eléctrico en el volumen de líquido a esterilizar. Para compensar estas disparidades, con el fin de asegurar una destrucción fiable e irreversible de microorganismos en todo el volumen de líquido, se podría aumentar la temperatura media y/o la amplitud o el tiempo de aplicación del campo eléctrico. Sin embargo, la consecuencia sería una alteración incrementada de las propiedades del líquido.

Durante el calentamiento, la presión en el interior del recipiente aumenta y puede acompañarse de una deformación irreversible del recipiente, en particular cuando se trata de botellas o de otros recipientes en material plástico. Los procedimientos de esterilización mediante campo eléctrico tienen la ventaja de disminuir la temperatura y el tiempo de esterilización con relación a un procedimiento de pasteurización térmico convencional. Sin embargo, existe una ventaja en disminuir la temperatura y el tiempo de tratamiento todavía más para reducir los efectos debidos al incremento de la presión interior.

Unos dispositivos de compensación de presión en el campo de la esterilización de recipientes a alta temperatura se han descrito en las patentes GB 390 768, US nº 2.909.436, FR 1 436 405 y FR 2 035 678. En estos sistemas, la presión interna está compensada por la presión del líquido que rodea el recipiente, determinado por la altura de la columna de líquido en la que los recipientes están sumergidos. Este líquido sirve asimismo para calentar el contenido del recipiente, haciendo el procedimiento de esterilización relativamente lento, con unas consecuencias nefastas sobre la alteración de las propiedades del alimento en el recipiente. Dichos procedimientos no están tampoco previstos, ni adaptados, para la esterilización de botellas en PET o de otros recipientes en materiales plásticos cuya resistencia a la fluencia disminuye en gran medida a la temperatura de pasteurización térmica convencional.

Un objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento de esterilización o de pasteurización con buenos rendimientos, eficaz y fiable a unas cadencias industriales, apropiado para esterilizar o para pasteurizar unos líquidos contenidos en unos recipientes herméticos, incluidos unos recipientes de tamaños y de formas corrientes en el campo alimenticio en plástico o de otros materiales que no soportan unas temperaturas elevadas. Un objetivo es asimismo suministrar un dispositivo para la realización de dicho procedimiento.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento de esterilización o de pasteurización apropiado para esterilizar o pasteurizar, a unas cadencias industriales, unos líquidos contenidos en unos recipientes herméticos incluyendo unos recipientes de tamaños y de formas corrientes en el campo alimentario, que no altere, o que altere poco, las propiedades del líquido.

Es ventajoso proporcionar un procedimiento de esterilización de un líquido que no caliente el líquido, incluso localmente, por encima de 70ºC, sino preferentemente no por encima de 65ºC.

Los objetivos de la invención se alcanzan mediante un procedimiento de esterilización según la reivindicación 1, y mediante un dispositivo según la reivindicación 16.

El procedimiento de esterilización de recipientes herméticamente cerrados que contienen un líquido a esterilizar según la presente invención, comprende el transporte de los recipientes a una zona de tratamiento en la que los recipientes son sumergidos en un flujo de fluido exterior, situándose el calentamiento en volumen del líquido a esterilizar por ondas electromagnéticas a un índice superior a 28ºC por segundo hasta una temperatura de tratamiento T comprendida entre 20ºC y 65ºC, la agitación del recipiente durante el calentamiento del líquido, y según el valor de la temperatura de tratamiento T, la exposición del líquido a un campo eléctrico en impulsos inmediatamente o poco después del calentamiento del líquido, siendo la amplitud E del campo eléctrico en V/cm seleccionada de manera que se verifique la ecuación:

para los valores:

en las que T es la temperatura de tratamiento en grados Celsius.

De manera muy sorprendente, los inventores han descubierto que calentando el líquido muy rápidamente, a una velocidad superior a 28ºC por segundo, el campo eléctrico a aplicar para destruir los microorganismos se puede reducir en gran medida con relación a los procedimientos conocidos. Así, a unos valores de temperatura de tratamiento de 64 a 66ºC, la amplitud del campo eléctrico puede incluso ser nula. En otras palabras, si se calienta el líquido en volumen en cualquier parte a más de 28ºC por segundo, la pasteurización eficaz y fiable del líquido no necesita ninguna exposición al campo eléctrico para una temperatura de tratamiento más allá de 64ºC, y para unas temperaturas inferiores, la pasteurización se puede llevar a cabo con una exposición a un campo eléctrico de amplitud muy inferior a lo que se propone convencionalmente.

Debido a la importancia de la velocidad de calentamiento sobre la eficacia de pasteurización, el calentamiento uniforme en volumen es muy importante para asegurar que la totalidad del volumen del líquido sea sometida a un calentamiento rápido. Con este fin, el líquido se agita o se somete a turbulencia, y el calentamiento en volumen se lleva a cabo mediante ondas de alta frecuencia o microondas. El calentamiento mediante ondas de HF o microondas permite obtener un calentamiento mediante agitación de las moléculas de agua minimizando el calentamiento óhmico mediante corriente eléctrica, para evitar unos problemas de efecto de "pinch" que induce unas no-uniformidades de calentamiento. Las frecuencias de estas...

1. Procedimiento de esterilización o de pasteurización de un líquido a tratar contenido en unos recipientes herméticamente cerrados, que comprende el transporte de los recipientes a una zona de tratamiento en la que los recipientes son sumergidos en un flujo de fluido de transporte exterior, el calentamiento en volumen del líquido a tratar a una velocidad superior a 28ºC por segundo, hasta una temperatura de tratamiento T que se sitúa entre 20ºC y 66ºC, la agitación del recipiente durante el calentamiento del líquido, y según el valor de la temperatura de tratamiento T, la exposición del líquido a un campo eléctrico de tratamiento por electroporación inmediatamente o poco después del calentamiento del líquido, seleccionándose la amplitud E del campo eléctrico en V/cm de manera que satisfaga la ecuación:

para los valores:

en las que T es la temperatura de tratamiento en grados Celsius.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el campo eléctrico de tratamiento por electroporación es alternativo con una frecuencia de oscilación que se sitúa entre 100 kHz y 1.000 kHz, y está suministrado en impulsos.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la energía calorífica total aportada al líquido a tratar por dicho o dichos impulsos de campo eléctrico es inferior a 0,05 J/cm³.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque la duración de la aplicación de un impulso del campo eléctrico está comprendida entre 10 y 100 microsegundos y la frecuencia de repetición de los impulsos de campo eléctrico se sitúa entre 10 y 100 Hz.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la aplicación del campo eléctrico de tratamiento por electroporación se lleva a cabo después de la etapa de calentamiento del líquido seguida de una pausa durante la cual el campo eléctrico es nulo o despreciable.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la velocidad de calentamiento es superior a 30ºC por segundo.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fluido de transporte es agua o un líquido a base de agua.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el líquido de transporte está sometido a turbulencia en rotación alrededor de los recipientes.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las presiones estáticas desarrolladas en las zonas de tratamiento están creadas por unos sistemas de bombeo y de esclusas.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las presiones estáticas desarrolladas en la zona de tratamiento están creadas por unas columnas de líquido que constituyen el fluido exterior que domina la zona de tratamiento de los recipientes.

11. Dispositivo para la realización de un procedimiento de esterilización o de pasteurización de un líquido a tratar a base de agua o que contiene agua contenida en unos recipientes herméticamente cerrados, que comprende un sistema de transporte (2) del líquido a tratar (3), una estación de calentamiento en volumen (4) del líquido a tratar que comprende un generador de ondas que funciona a una frecuencia superior a 1 MHz y una estación de aplicación de un campo eléctrico en impulsos (5), comprendiendo el sistema de transporte un conducto de transporte (7, 7') en el que circula un flujo de fluido de transporte, y unos medios de agitación o de turbulización del fluido de transporte en la proximidad de la estación de calentamiento, estando el sistema de calentamiento configurado para calentar el líquido en los recipientes que atraviesan la estación de calentamiento a una temperatura de tratamiento T que se sitúa entre 20ºC y 66ºC a un índice superior a 28ºC por segundo, y estando la estación de aplicación de un campo eléctrico en impulsos (5) configurada para generar un campo eléctrico de tratamiento mediante electroporación inmediatamente o poco después del calentamiento del líquido, de amplitud E en V/cm de manera que se satisfaga la ecuación:

para los valores:

en las que T es la temperatura de tratamiento en grados Celsius.

12. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque la estación de generación de campos eléctricos por impulsos está configurada para generar un campo eléctrico alternativo con una frecuencia de oscilación que se sitúa entre 100 kHz y 1.000 kHz en impulsos con una duración comprendida entre 10 y 100 microsegundos.

13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque el sistema de generación de campo eléctrico por impulsos está configurado para aportar una energía calorífica total inferior a 0,05 J/cm³ al líquido a tratar.

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque el fluido de transporte es agua o un líquido a base de agua.

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque el sistema de transporte comprende una parte de circuito caliente y una parte de circuito frío, cada una provista de un sistema de bombeo y un circuito de retorno de fluido.

16. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque el sistema de transporte comprende uno o varios dispositivos de juntas (15) en el conducto de transporte, comprendiendo los dispositivos de juntas una pluralidad de paredes flexibles yuxtapuestas que presentan unas aberturas que coinciden con la forma de los recipientes.

17. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque la parte de circuito caliente y la parte de circuito frío están separadas por uno o varios de dichos dispositivos de juntas.

18. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque el sistema de generación de impulsos de campo eléctrico comprende unos electrodos dispuestos a ambos lados de una sección de paso del conducto y son apropiados para generar un campo eléctrico transversal a esta sección.

19. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque el sistema de generación de impulsos de campo eléctrico comprende un inductor con uno o varios arrollamientos primarios dispuestos de manera toroidal alrededor de una sección de paso del conducto y apropiados para generar un campo eléctrico esencialmente longitudinal a esta sección.

20. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 19, que comprende por lo menos un sensor de campo eléctrico en la zona de aplicación del campo eléctrico y unos sensores de temperatura a lo largo del conducto de transporte.

21. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20, que comprende una columna de líquido de transporte que domina la zona de tratamiento de los recipientes y que tiene una altura destinada a generar una presión esencialmente igual a la presión máxima desarrollada en el interior de los recipientes durante el calentamiento del líquido a tratar.

22. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20, que comprende unos dispositivos de juntas en el conducto a ambos lados de la estación de calentamiento, y un dispositivo de bombeo que crea una presión en una parte de conducto entre dichos dispositivos de junta esencialmente igual a la presión máxima desarrollada en el interior de los recipientes durante el calentamiento del líquido a tratar.