Procedimiento y sistema de membranas para esterilizar y conservar líquidos usando dióxido de carbono.

Un procedimiento para conservar o esterilizar un líquido mediante exposición del líquido a dióxido decarbono denso presurizado que comprende las etapas de:

dirigir un flujo de dicho líquido a lo largo de una trayectoria de flujo líquido que se extiende a lo largo de unaprimera superficie de una membrana porosa y dirigir un flujo de dicho dióxido de carbono denso presurizado alo largo de una trayectoria de flujo de dióxido de carbono distinta que se extiende a lo largo de una superficieopuesta de dicha membrana porosa, incluyendo poner en contacto dichos líquido y dióxido de carbono densopresurizado en los poros de dicha membrana, y

recircular dicho flujo de dióxido de carbono denso presurizado a través de dicha trayectoria de flujo de dióxidode carbono, incluyendo mantener el flujo de dióxido de carbono denso presurizado en estado densopresurizado durante la recirculación del mismo.

Procedimiento y sistema de membranas para esterilizar y conservar líquidos usando dióxido de carbono.

Campo técnico [0001] Esta invención se refiere a la esterilización y conservación de líquidos, tales como alimentos líquidos, por ejemplo, y, más concretamente, a procedimientos y a un aparato para inactivar microbios y/o enzimas en líquidos mediante exposición de los líquidos a dióxido de carbono denso.

Antecedentes de la invención [0002] La conservación de muchos líquidos, tales como zumos u otros alimentos o medicinas líquidos, requiere matar los microbios, tales como bacterias, virus y esporas, del líquido. También puede ser necesario inactivar enzimas que pueden catalizar reacciones no deseadas en el líquido. La pasteurización es el procedimiento comúnmente más usado con este fin. La pasteurización requiere el calentamiento del líquido hasta una temperatura que puede degradar la calidad del líquido. El calentamiento de alimentos líquidos, por ejemplo, puede afectar negativamente al sabor y calidad nutritiva del alimento.

Hasta el momento se sabe que los líquidos se pueden esterilizar y conservar poniendo en contacto los líquidos con CO2 (dióxido de carbono) denso presurizado. El procedimiento no requiere el calentamiento de los líquidos hasta temperaturas perjudiciales. Los procedimientos y equipos anteriores con este fin no han logrado adecuarse de forma ideal para funcionamiento comercial.

Algunos de los procedimientos anteriores son estáticos porque el CO2 denso y el líquido simplemente se dejan permanecer juntos en un recipiente a presión durante un periodo de tiempo. La velocidad de producción del líquido tratado es indeseablemente baja. Otros procedimientos anteriores son dinámicos porque se provoca una dispersión forzada de un flujo de CO2 denso en un flujo del líquido en una columna que contiene un relleno convencional, tal como anillos rashig o una frita. Los procedimientos dispersivos de este tipo aumentan la velocidad de producción de líquido tratado al crear un área de contacto interfacial entre el CO2 denso y el líquido mayor que la que está presente en los procedimientos estáticos. Sería ventajosa un área de entrecara aún mayor entre el líquido y el CO2 denso, en un determinado volumen de flujo.

Los procedimientos dispersivos del tipo anteriormente analizado también presentan otros problemas. Por ejemplo, se puede producir la emulsificación del líquido y el CO2 denso, siendo necesarias más etapas para romper la emulsión. El procesado de líquidos de determinadas densidades puede no ser práctico, puesto que es necesaria una diferencia de densidad entre el líquido y el CO2 denso para separar los dos. Se puede producir la contaminación de componentes dentro del recipiente de procesado si el líquido contiene materia particulada suspendida.

El documento US5.490.884 describe un procedimiento de extracción de un soluto de un fluido o gas denso a presión a través de una membrana porosa.

El documento US5.393.547 describe un procedimiento para inactivar un enzima no deseable en un producto alimentario que comprende exponer el alimento a dióxido de carbono presurizado para producir una disolución de ácido carbónico en el mismo que tiene un pH suficientemente bajo para inactivar irreversiblemente el enzima.

El documento JP04135470 describe un aparato para esterilizar materiales fluidos con dióxido de carbono degerminado en un recipiente de tratamiento a elevada presión.

El documento de Kamihira y col. (Agricultural and Biological Chemistr y 1987, 51, 407-412) describe los efectos de la esterilización de dióxido de carbono gaseoso y líquido en levadura de panadería, E. coli, S. aureus y conidios de A. niger.

El documento de Arreola y col. (Journal of Food Sciences 1991, 56, 1030-1033) describe el tratamiento de zumo de naranja con dióxido de carbono supercrítico para inactivar pectinesterasa y mejorar atributos de calidad tales como el color.

El documento US5.704.276 describe un sistema para desactivar enzimas, esterilizar o desodorizar un material líquido tal como una materia alimentaria líquida o medicina líquida con un fluido supercrítico de dióxido de carbono, en el cual se suministra un material líquido a la parte inferior de un tanque de procesado y se inyectan micro-partículas de dióxido de carbono supercrítico en el material líquido en la parte inferior del tanque de procesado. El material líquido y el fluido supercrítico se separan en diferentes fases en la parte superior del tanque de procesado y se sacan del tanque de procesado de forma independiente.

La presente invención se dirige a solventar uno o más de los problemas analizados anteriormente.

Resumen de la invención [0013] Según un aspecto, la invención proporciona un procedimiento para conservar o esterilizar un líquido mediante exposición del líquido a dióxido de carbono denso presurizado. Las etapas del procedimiento incluyen dirigir un flujo del líquido a lo largo de una trayectoria de flujo de líquido que se extiende a lo largo de una primera superficie de una membrana porosa y dirigir un flujo del dióxido de carbono denso a lo largo de una trayectoria de flujo de dióxido de carbono que se extiende a lo largo de una superficie opuesta de la membrana incluyendo poner en contacto el líquido y el dióxido de carbono presurizado en los poros de la membrana. Etapas adicionales incluyen recircular el flujo de dióxido de carbono denso a través de la trayectoria de flujo de dióxido de carbono mientras se mantiene el flujo de dióxido de carbono denso en el estado presurizado durante la recirculación.

Según otro aspecto de la invención, en el cual el líquido tiene un constituyente que es soluble en dióxido de carbono denso y que se convierte en un soluto en el dióxido de carbono denso durante el paso del dióxido de carbono a lo largo de la membrana, el procedimiento incluye las etapas adicionales de saturar del dióxido de carbono denso con el soluto y mantener la saturación del dióxido de carbono denso con el soluto durante la recirculación del dióxido de carbono denso.

Según otro aspecto, la invención proporciona un aparato para conservar o esterilizar líquidos mediante exposición de los líquidos a dióxido de carbono denso presurizado. Los componentes del aparato incluyen un contactor de membranas que tiene una trayectoria de flujo de líquido y una trayectoria de flujo de dióxido de carbono en el mismo. Las trayectorias de flujo se separan mediante una membrana porosa que tiene poros que permiten el contacto de un líquido que fluye en la trayectoria de flujo de líquido con el dióxido de carbono que fluye en la trayectoria de flujo de dióxido de carbono. Una bomba de presurización de líquido tiene una salida que se comunica con el contactor de membranas para dirigir el líquido a la trayectoria de flujo de líquido. Una bomba de recirculación de dióxido de carbono denso tiene una entrada que se comunica con el contactor de membranas para recibir dióxido de carbono denso presurizado que sale de la trayectoria de flujo de dióxido de carbono y tiene una salida a través de la cual el dióxido de carbono denso presurizado es devuelto a la trayectoria de flujo de dióxido de carbono.

Según otro aspecto adicional de la invención, el contactor de membranas tiene una carcasa y una pluralidad de membranas porosas de fibra hueca que se extienden en una dirección en general paralela dentro de la carcasa. Una de la trayectoria de flujo de líquido y la trayectoria de flujo de dióxido de carbono se extiende a través de las regiones de los lúmenes de las membranas porosas de fibra hueca y la otra de las trayectorias de flujo se extiende a lo largo de las superficies exteriores de las membranas porosas de fibra hueca.

La invención posibilita un contacto de flujos no dispersivo de un líquido y CO2 denso en el cual el área de contacto de los dos flujos en un determinado volumen es mucho mayor que en los procedimientos estáticos o dispersivos anteriores. De esta forma, la velocidad de producción de líquido esterilizado aumenta. No se produce formación de emulsión puesto que no es necesaria la dispersión del flujo de CO2 en el flujo de líquido. No es necesario que haya una diferencia de densidad entre el líquido y el CO2 denso para separar los dos. La invención no requiere componentes en los que se puede producir contaminación por particulados suspendidos en el líquido. El procedimiento se puede realizar de forma continua e isobárica, ahorrando así energía y costes de equipos.

La invención, junto con aspectos y ventajas adicionales de la misma, se puede entender mejor en referencia a la siguiente descripción de la realización preferida y en referencia... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para conservar o esterilizar un líquido mediante exposición del líquido a dióxido de carbono denso presurizado que comprende las etapas de:

dirigir un flujo de dicho líquido a lo largo de una trayectoria de flujo líquido que se extiende a lo largo de una primera superficie de una membrana porosa y dirigir un flujo de dicho dióxido de carbono denso presurizado a lo largo de una trayectoria de flujo de dióxido de carbono distinta que se extiende a lo largo de una superficie opuesta de dicha membrana porosa, incluyendo poner en contacto dichos líquido y dióxido de carbono denso presurizado en los poros de dicha membrana, y recircular dicho flujo de dióxido de carbono denso presurizado a través de dicha trayectoria de flujo de dióxido de carbono, incluyendo mantener el flujo de dióxido de carbono denso presurizado en estado denso presurizado durante la recirculación del mismo.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, que incluye la etapa adicional de mantener sustancialmente la misma presión elevada en dicha trayectoria de flujo de líquido y en dicha trayectoria de flujo de dióxido de carbono.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual el líquido tiene un constituyente que es soluble en dióxido de carbono denso y que se convierte en un soluto en dicho dióxido de carbono denso durante el paso de dicho dióxido de carbono denso a lo largo de dicha trayectoria de flujo de dióxido de carbono, incluyendo la etapa adicional de saturar de dicho dióxido de carbono denso con dicho soluto y mantener dicha saturación de dicho dióxido de carbono denso con dicho soluto durante dicha recirculación de dicho dióxido de carbono denso.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, que incluye las etapas adicionales de recibir de forma continua líquido de dicha trayectoria de flujo de líquido en un primer tanque receptor y mantener dicho primer tanque receptor a una presión que es sustancialmente la misma que la presión dentro de dicha trayectoria de flujo dióxido de carbono.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, que incluye las etapas adicionales de despresurizar dicho líquido mientras se suministra el líquido de dicho primer tanque receptor a un segundo tanque receptor, recuperar dióxido de carbono a baja presión de dicho segundo tanque receptor, recomprimir el dióxido de carbono a baja presión recuperado y devolver el dióxido de carbono recomprimido a dicha trayectoria de flujo de dióxido de carbono.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual dichas trayectoria de flujo de líquido y trayectoria de flujo de dióxido de carbono están definidas por una pluralidad de membranas porosas de fibra hueca, que incluye dirigir uno de dicho flujo de líquido y dicho flujo de dióxido de carbono denso a través de dichas membranas porosas de fibra hueca y dirigir el otro de dicho flujo de líquido y dicho flujo de dióxido de carbono denso a lo largo de superficies externas de dichas membranas porosas de fibra hueca.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, que incluye hacer fluir de forma continua dicho líquido a lo largo de dicha trayectoria de flujo de líquido y hacer fluir de forma continua dicho dióxido de carbono denso presurizado a lo largo de dicha trayectoria de flujo de dióxido de carbono.

8. El procedimiento de la reivindicación 1, que incluye poner en contacto dicho líquido y dicho dióxido de carbono denso durante un periodo suficiente para esterilizar dicho líquido.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, que incluye poner en contacto dicho líquido y dicho dióxido de carbono denso durante un periodo suficiente para inactivar un enzima en dicho líquido.

10. Aparato para conservar o esterilizar líquidos mediante exposición de los líquidos a dióxido de carbono denso presurizado que comprende:

un contactor de membranas que tiene una trayectoria de flujo de líquido y una trayectoria de flujo de dióxido de carbono denso presurizado en el mismo, estando separadas entre sí dichas trayectorias de flujo mediante una membrana porosa que tiene poros que permiten el contacto de un líquido que fluye en dicha trayectoria de flujo de líquido con el dióxido de carbono denso presurizado que fluye en la trayectoria de flujo de dióxido de carbono, una bomba de presurización de líquido que tiene una salida que se comunica con dicho contactor de membranas para dirigir líquido hacia dicha trayectoria de flujo de líquido, y una bomba de recirculación de dióxido de carbono denso presurizado que tiene una entrada que se comunica con dicho contactor de membranas para recibir dióxido de carbono denso presurizado que sale de dicha trayectoria de flujo de dióxido de carbono y que tiene una salida que se comunica con dicho contactor de membranas para devolver el dióxido de carbono denso presurizado a dicha trayectoria de flujo de dióxido de carbono denso presurizado.

11. El aparato de la reivindicación 10, en el cual dicho contactor de membranas incluye una carcasa y una pluralidad de membranas porosas de fibra hueca que se extienden en una dirección en general paralela dentro de dicha carcasa, y en el cual una de dichas trayectorias de flujo se extiende a través de las regiones de los lúmenes de dichas membranas porosas de fibra hueca y la otra de dichas trayectorias de flujo se extiende a lo largo de las superficies exteriores de dichas membranas porosas de fibra hueca.

12. El aparato de la reivindicación 10, que incluye adicionalmente un primer tanque receptor que tiene una entrada que se comunica con dicho contactor de membranas para recibir líquido de dicha trayectoria de flujo de líquido, que incluye además un conducto de flujo de igualamiento de presiones que comunica dicha trayectoria de flujo de dióxido de carbono denso con dicho primer tanque receptor.

13. El aparato de la reivindicación 12, que incluye adicionalmente un segundo tanque receptor que tiene una entrada que se comunica con dicho primer tanque receptor para recibir líquido del mismo a través de un reductor de presión.

14. El aparato de la reivindicación 13, que incluye adicionalmente un tanque de almacenamiento de dióxido de carbono líquido, medios para suministrar dióxido de carbono desde dicho tanque de almacenamiento a dicha trayectoria de flujo de dióxido de carbono para mantener una presión de funcionamiento concreta en la misma, y un compresor que recupera dióxido de carbono a baja presión desde dicho segundo tanque receptor y que licua el dióxido de carbono recuperado, teniendo dicho compresor una salida que se comunica con dicho tanque de almacenamiento de dióxido de carbono líquido.

15. El aparato de la reivindicación 10, en el cual dicho contactor de membranas incluye una carcasa tubular y una pluralidad de membranas porosas de fibra hueca básicamente paralelas que se extienden en una dirección en general axial en la misma y en el cual una de dichas trayectorias de flujo se extiende a través de las regiones de los lúmenes de dichas membranas porosas de fibra hueca y la otra de dichas trayectorias de flujo se extiende a lo largo de las superficies exteriores de dichas membranas porosas de fibra hueca, incluyendo adicionalmente:

un primer tanque receptor que tiene una entrada que se comunica con dicho contactor de membranas para recibir líquido de dicha trayectoria de flujo de líquido, un conducto de flujo de igualamiento de presiones que comunica dicha trayectoria de flujo de dióxido de carbono denso con dicho primer tanque receptor, y un segundo tanque receptor que tiene una entrada que se comunica con dicho primer tanque receptor para recibir líquido tratado del mismo a través de un reductor de presión.