Almacenamiento de productos que respiran.

Un sistema de control para controlar el almacenamiento de productos que respiran en un entorno de almacenamiento confinado definido (1),

comprendiendo dicho sistema de control:

- al menos un medio de análisis de gas (2) que comprende una unidad de control (20) para determinar una composición del medio gaseoso ajustado, del entorno de almacenamiento confinado (1), para proteger los productos frente a la degradación fermentativa;

- al menos un medio de operación/actuación para adaptar el medio gaseoso en el entorno de almacenamiento confinado, basado en dicha composición determinada del medio gaseoso ajustado;

- en el que la unidad de control (20) está adaptada para determinar la composición del medio gaseoso ajustado basándose en un modelo matemático del sistema que determina las tasas respiratoria y fermentativa reales de los productos y en la evaluación de la dinámica de intercambio de gas del sistema de almacenamiento, que comprende la dinámica de intercambio de gas de los productos que respiran, la atmósfera de almacenamiento y el exterior,

la composición del medio gaseoso ajustado se determina como una función del cociente de la tasa calculada de intercambio total de gas (GERQ) en el entorno de almacenamiento confinado, con lo que GERQ se calcula como en condiciones aerobias y anaerobias, donde es la tasa de cambio con el tiempo t, O2 y CO2 son la concentración de oxígeno y dióxido de carbono, k es la constante de la tasa de 20 transferencia de fuga característica del entorno de almacenamiento en el momento del almacenamiento y ΔO2 o ΔCO2 la diferencia de O2 y CO2 en el almacén y el entorno, respectivamente.

Almacenamiento de productos que respiran

Campo de la invención 5

Esta invención se refiere a un método y sistema dinámico para el almacenamiento de productos que respiran y, en general, se refiere al control algorítmico de la composición gaseosa en la atmósfera de entornos confinados, por ejemplo, entornos de almacenamiento de productos que respiran, tales como frutas, verduras y plantas. Más particularmente, se refiere a un método y aparato para controlar dinámicamente la composición de gas en el entorno 10 de almacenamiento a través de supervisión asistida por software de las tasas de consumo de oxígeno y cambio de dióxido de carbono en un sistema donde el producto puede almacenarse durante periodos de tiempo prolongados. Tal sistema puede comprender ventajosamente un modelo matemático que determina las tasas respiratoria y fermentativa reales del producto.

Antecedentes de la invención

Los productos que respiran (frutas, verduras y plantas) se almacenan comúnmente a baja temperatura (típicamente cercana a 0 ºC) en combinación con una presión parcial de O2 reducida y de CO2 aumentada (lo que se denomina "almacenamiento en atmósfera controlada" (AC) ) para reducir su tasa de respiración y, de esta manera, prolongar su 20 vida de almacenamiento. Sin embargo, la composición de gas óptima es crítica, puesto que una presión parcial de O2 demasiado baja en combinación con una presión parcial de CO2 demasiado alta induce un metabolismo fermentativo en la fruta (Beaudr y , Postharvest Biol Technol, 15: 293-303, 1999) . Esto provoca sabores desagradables (por ejemplo, etanol) y trastornos de almacenamiento (por ejemplo, pardeamiento y degradación del núcleo) . Por esta razón, la presión parcial de O2 y CO2 en los almacenes comerciales refrigerados se mantiene a un 25 valor seguro y estacionario. Tales sistemas se han desarrollado bajo la Patente de Estados Unidos Nº 5.333.394, "Controlled atmosphere container system for perishable products", la Patente de Estados Unidos Nº 6.092.430, "Oxygen/carbon dioxide detector and controller for a refrigerated controlled atmosphere shipping container" y la Patente de Estados Unidos Nº 6.615.908, "Method of transporting or storing perishable product". Estas patentes tratan del control de la atmósfera, el uso de membranas y el uso de detectores. La Solicitud de Patente de Estados 30 Unidos US2007/0144638 se posicionó como una mejora respecto a estos sistemas, siendo más económica (energéticamente eficiente) y no dando como resultado un aumento de presión en los recipientes (debido a la regulación de los gases de los métodos entonces actuales) . La Patente Europea EP0457431 describe un sistema para controlar las concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono en un recipiente refrigerado para productos perecederos que respiran para controlar dinámica y continuamente las concentraciones de gas. La Solicitud de 35 Patente Europea EP2092831 describe un sistema similar. Todos estos métodos tienen como objetivo obtener valores predeterminados de concentraciones de gas. La Patente de Estados Unidos Nº 5.333.394 describe un recipiente de AC con un controlador que implementará ráfagas de suministro de gas que están preprogramadas basándose en una aplicación particular; no usa tasas medidas de producción y consumo de gas.

Adicionalmente, la Patente de Estados Unidos Nº 7.208.187 divulga un método de control de una atmósfera controlada donde se mide al menos un gas de referencia en una concentración de menos del 1 % al menos en dos momentos diferentes, y donde las variables de control se determinan sobre la tasa de cambio en la concentración del gas de referencia, que después se usa como una medida de la tasa de producción del gas de referencia. Los mencionados gases de referencia son etileno, etanol, etano, acetaldehído y dióxido de carbono. El método no 45 considera gases que se consumen debido a la respiración, es decir, oxígeno. El método tampoco considera la proporción de la tasa de cambio de dos gases como una medida del estado fisiológico.

Convencionalmente, el almacenamiento en atmósfera controlada (AC) de productos que respiran usa por tanto puntos de referencia estáticos y fijos que se recomiendan como condiciones de almacenamiento óptimas. Aunque 50 las concentraciones se ajustan a niveles seguros, aún puede ocurrir una pérdida de firmeza significativa. Además, se ha informado del desarrollo de trastornos post-recolección, incluso en condiciones de AC óptimas (Peppelenbos & Oosterhaven, Acta Hort 464: 381-386, 1998; DeLong et al., Acta Hort 737: 31-37, 2007) . Debido a la elevada variabilidad biológica de los productos hortícolas, las condiciones de almacenamiento óptimas recomendadas pueden ser muy diferentes de la condición de almacenamiento óptima real (Saltveit, Postharvest Biol Technol 27: 3-55 13, 2003; Veltman et al., Postharvest Biol Technol 27: 79-86, 2003) .

Los sistemas de almacenamiento de AC adaptativa (ACA) pueden adaptar la composición de gas atmosférico basándose en el estado fisiológico real de la fruta (Veltman et al., Postharvest Biol Technol 27: 79-86, 2003; Zanella et al., Acta Hort 796, 77-82, 2008) como una función del lote de fruta y el tiempo, de manera que pueden tenerse en 60 cuenta las variaciones debidas a factores tales como localización geográfica, variedad cultivada, mutación, efectos del huerto, fecha de recolección y duración del almacenamiento. El almacenamiento ACA puede mantener la calidad de la fruta en mayor extensión que las instalaciones de almacenamiento de AC convencional y de oxígeno ultra bajo (ULO) (Gasser et al., Acta Hort 796 69-76: 2008; Zanella et al., Acta Hort 796, 77-82, 2008) y se ha propuesto como una opción viable para productores de manzanas orgánicas que no están usando productos químicos preventivos 65 (DeLong et al., Acta Hort 737: 31-37, 2007) . Veltman et al. Postharvest Biol Technol 27: 79-86 (2003) mostraron que las ACA dieron como resultado una mejora de la calidad de las manzanas 'Elstar', con mejor retención de firmeza e inhibición del defecto 'manchas en la piel'. Otras aplicaciones de la ACA han sido satisfactorias para el almacenamiento de variedades de cultivo de manzana 'Granny Smith' y 'Delicious' (Hoehn et al., In (M.M. Yahia) : Modified and Controlled Atmospheres for the Storage, Transportation, and Packaging of Horticultural Commodities, CRC Press, 42, 2009) . 5

Se han desarrollado sistemas de supervisión para ACA basados en la fluorescencia de la clorofila (Prange et al., Solicitud de Patente Internacional N° WO02/06795) y la supervisión de la liberación de acetaldehído o etanol (Veltman et al., 2003) .

El principio detrás del almacenamiento ACA es el almacenamiento de la fruta en una atmósfera con el menor nivel posible de oxígeno que es tolerado por la fruta. Por debajo de este nivel la fermentación comienza a ser importante y pueden desarrollarse los trastornos fisiológicos tales como pardeamiento interno. En la práctica, se usa una señal de respuesta de la fruta que se genera en tales condiciones para supervisar la tensión por oxígeno. Realmente se están usando dos sistemas. Los sistemas que usan fluorescencia de clorofila como la señal de respuesta de la fruta se 15 han divulgado en la Solicitud de Patente Internacional WO02/06795. La atmósfera controlada (AC) que usa fluorescencia de clorofila requiere varios detectores caros por cada estancia fría, y tiene restricciones metodológicas tales como el punto de medición (se requiere una distancia constante del detector a las manzanas) . Veltman et al. Postharvest Biol Technol 27: 79-86 (2003) usaron la producción de etanol fermentativa como la señal de respuesta de la fruta. Las mediciones de etanol se realizan fuera de línea en frutas muestreadas del almacén o del aire de la 20 estancia. El sistema basado en etanol se divulga en la Solicitud de Patente Internacional WO02/06795 y en la Patente Europea EP0798962. El primer método es un procedimiento que no hace coincidir las características de un indicador dinámico de la mercancía como parte de un sistema de control automatizado. El último es poco fiable debido a la posible interacción del equipo de detección con gases tales como etileno, que puede estar presente en el aire de la muestra (Hoehn et al., In (M.M. Yahia) : Modified and Controlled Atmospheres for the Storage, 25 Transportation, and Packaging of Horticultural Commodities, CRC Press, 42, 2009) .

Ambos métodos se han equiparado frente a mediciones de respiración. El comienzo de las condiciones de estrés indicadas por una concentración de etanol aumentada o una señal de fluorescencia de clorofila concurre con la menor tasa de respiración aceptable que puede obtenerse por medición de los cambios de concentración de 30 oxígeno... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de control para controlar el almacenamiento de productos que respiran en un entorno de almacenamiento confinado definido (1) , comprendiendo dicho sistema de control:

- al menos un medio de análisis de gas (2) que comprende una unidad de control (20) para determinar una composición del medio gaseoso ajustado, del entorno de almacenamiento confinado (1) , para proteger los productos frente a la degradación fermentativa;

- al menos un medio de operación/actuación para adaptar el medio gaseoso en el entorno de almacenamiento confinado, basado en dicha composición determinada del medio gaseoso ajustado; 10

- en el que la unidad de control (20) está adaptada para determinar la composición del medio gaseoso ajustado basándose en un modelo matemático del sistema que determina las tasas respiratoria y fermentativa reales de los productos y en la evaluación de la dinámica de intercambio de gas del sistema de almacenamiento, que comprende la dinámica de intercambio de gas de los productos que respiran, la atmósfera de almacenamiento y el exterior, 15

la composición del medio gaseoso ajustado se determina como una función del cociente de la tasa calculada de intercambio total de gas (GERQ) en el entorno de almacenamiento confinado, con lo que GERQ se calcula como

en condiciones aerobias y anaerobias, donde es la tasa de cambio con el tiempo t, O2 y CO2 son la concentración de oxígeno y dióxido de carbono, k es la constante de la tasa de 20 transferencia de fuga característica del entorno de almacenamiento en el momento del almacenamiento y O2 o CO2 la diferencia de O2 y CO2 en el almacén y el entorno, respectivamente.

2. El sistema de control de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha unidad de control (20) está adaptada para determinar continuamente la composición del medio gaseoso ajustado, por evaluación del estado fisiológico de 25 los productos que respiran, mediante el modelo matemático de respiración y fermentación de los productos en el sistema de almacenamiento combinado con las tasas de cambio medidas continua y dinámicamente, de concentraciones de dióxido de carbono y oxígeno y teniendo en cuenta el sistema de almacenamiento completo, incluyendo la atmósfera de almacenamiento y el exterior.

3. El sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de control (20) está adaptada para determinar la composición del medio gaseoso ajustado, teniendo en cuenta los niveles medidos de la tasa de intercambio de gas del entorno de almacenamiento confinado, con el entorno externo y la acumulación de los gases en dichos productos que respiran.

4. El sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de control (20) está adaptada para comparar el GERQ calculado con el valor del punto de referencia de GERQ, su integral o su diferencial (c) y en el que la unidad de control está adaptada para comparar el nivel de CO2 con la máxima concentración tolerable de la fruta (d) y/o para comparar el nivel de O2 con la mínima concentración tolerable de la fruta (d) y/o para calcular automáticamente la composición futura media de gas requerida para mantener la 40 respiración de los productos a niveles seguros y para proporcionar una señal de control desde la unidad de control para controlar el medio de operación o actuación del almacén para adaptar la composición del gas y/o para aplicar un control automatizado de la composición del gas en el entorno de almacenamiento y/o en el que la unidad de control está adaptada para predecir la fermentación y/o en el que la unidad de control está basada en un sistema de medición asistido por software y un algoritmo de control. 45

5. El sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un medio de análisis de gas (2) comprende medios detectores para detectar valores de concentración de O2 (a) y para detectar valores de concentración de CO2 (b) y en el que el al menos un medio de análisis de gas está adaptado para proporcionar una señal desde la unidad de control (20) para controlar dicho medio de operación/actuación para 50 proporcionar a los productos un medio atmosférico definido, y/ o en el que el medio de análisis de gas está adaptado para evaluar la dinámica de intercambio de gas del sistema de almacenamiento que comprende los productos que respiran, la atmósfera de almacenamiento, el diseño de la estancia y las fugas de gas al exterior, y/o con lo que el medio de análisis de gas y el medio de operación/actuación están adaptados para proporcionar un control automatizado de la composición de gas en el entorno de almacenamiento y/o con lo que el al menos un medio de 55 análisis de gas está adaptado para medir, cuando sea operativo, concentraciones de O2 (a) y CO2 (b) , con lo que los resultados de O2 y CO2 medidos se usan para calcular el GERQ, y el GERQ calculado se compara con el valor permisible máximo de GERQ (c) y con lo que se usa la válvula de suministro de aire y/o un lavador y al menos una bomba de gas (d) para reducir el nivel de O2 en el entorno de almacenamiento o aumentar el nivel de CO2 de manera que GERQ < GERQmáx o dGERQ/dt < (dGERQ/dt) máx. 60

6. El sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de control (20) comprende un control predictivo de modelo (MCP) para calcular automáticamente la composición futura del medio gaseoso, requerida para mantener la respiración de los productos a niveles seguros, y/o en el que la unidad de control (20) comprende un controlador PID para calcular automáticamente la composición futura del medio gaseoso, requerida para mantener la respiración de los productos a niveles seguros. 5

7. El sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con lo que el medio de operación o actuación para adaptar la composición del medio gaseoso en el entorno de almacenamiento confinado comprende un medio para hacer fluir un gas dentro de dicho entorno de almacenamiento confinado y/o un medio (3) para lavar un gas (por ejemplo CO2) desde dicho entorno de almacenamiento confinado y/o con lo que la variación 10 debido a factores para variación de los productos que respiran son uno o más del grupo que consiste en un lote de productos que respiran, condiciones de entorno confinado, tiempo, localización geográfica, variedad de cultivo, cepa de cultivo, fecha de recolección y duración de almacenamiento y/o el sistema de control que comprende válvulas para control de flujo (8-13) .

8. El sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con lo que el sistema es estable a los cambios en la hermeticidad al aire y temperatura del entorno de almacenamiento y los cambios en el estado de madurez de los productos que respiran, y/o con lo que el sistema de control está adaptado para medir las concentraciones de O2 y CO2 en el entorno de almacenamiento como una función del tiempo y para adaptar la concentración de O2 y CO2 en el entorno confinado mediante el flujo de oxígeno en el entorno de almacenamiento 20 confinado, por lavado del entorno de almacenamiento con gas nitrógeno, lavando el CO2 y/o por respiración de los productos, usando la medición para las fugas del entorno de almacenamiento y el cociente de la tasa de intercambio de gas total instantáneo (GERQ) y usando la tasa de cambio con el tiempo de GERQ, y/o con lo que el sistema de control comprende también el entorno de almacenamiento (1) , al menos un lavador de CO2 (3) , al menos una bomba de muestreo de gas (4) , al menos una bomba de gas para el lavador (5) , al menos un suministro de aire (6) , al 25 menos un suministro de N2 (7) y válvulas para el control de flujo (8-13) .

9. El sistema de control de acuerdo con la reivindicación 8, con lo que el sistema de control está adaptado para regenerar el al menos un lavador de CO2 mediante chorro de N2.

10. El sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el entorno de almacenamiento confinado es del grupo que consiste en una estancia, un recipiente, una caja, una lata, una bolsa, una cesta, un muelle de almacenamiento acondicionado en un barco, un remolque acondicionado y un camión.

11. El uso del sistema de control de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, para supervisar la actividad de 35 respiración y/o fermentación de los productos, y/o para controlar la concentración de oxígeno dinámicamente al valor más bajo posible permitido por los productos que respiran o la concentración de CO2 dinámicamente al valor más alto posible permitido por los productos que respiran, y/o para proteger los productos que respiran almacenados frente a la degradación fermentativa, y/o para modificar el entorno de almacenamiento a un nivel adecuado para el lote particular de frutas en el entorno de almacenamiento a medida que éste cambia con el tiempo de 40 almacenamiento y/o para controlar dinámicamente la composición de gas en la atmósfera del entorno de almacenamiento confinado y/o para controlar dinámicamente, a través de supervisión asistida por software, las tasas de consumo de oxígeno y de cambio de dióxido de carbono.

12. Un método para supervisar y controlar un proceso de almacenamiento de un producto que respira para 45 supervisar y controlar la actividad de respiración de los productos en un entorno de almacenamiento confinado (1) , comprendiendo el método: determinar una composición del medio gaseoso ajustado, para el entorno de almacenamiento confinado basado en un modelo matemático del sistema que determina la tasa respiratoria y fermentativa real de los productos y en la evaluación de la dinámica de intercambio de gas del sistema de almacenamiento que comprende la dinámica de intercambio de gas de los productos que respiran, la atmósfera de 50 almacenamiento y el exterior, determinándose la composición del medio gaseoso ajustado como una función del cociente de la tasa calculada de intercambio total de gas (GERQ) en el entorno de almacenamiento confinado, con lo que GERQ se calcula como

con lo que es la tasa de cambio con el tiempo t, O2 y CO2 son la 55 concentración de oxígeno y dióxido de carbono, k es una constante de la tasa de transferencia de fuga característica del entorno de almacenamiento en el momento del almacenamiento y O2 o CO2 la diferencia de O2 y CO2 en el almacén y el entorno, respectivamente, y usar dicha composición determinada del medio gaseoso ajustado, para controlar la composición de gas en el entorno de almacenamiento.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el método comprende calcular automáticamente la 60 composición futura de gas, requerida para mantener la respiración de los productos a niveles seguros y/o en el método comprende usar dicho modelo matemático para supervisar automáticamente el cociente de la tasa de intercambio de gas total (GERQ) teniendo en cuenta factores del diseño y funcionamiento de la estancia.

14. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 o 13, en el que usar dicho medio gaseoso ajustado determinado para controlar la composición de gas en el dispositivo de almacenamiento comprende el 5 control automatizado de la composición de gas en el dispositivo de almacenamiento.

15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 o 14, comprendiendo el método medir los niveles de O2 y CO2 como una función del tiempo en el entorno de almacenamiento confinado, medir la tasa de intercambio de gas con el entorno externo y medir la acumulación de los gases para determinar la tasa respiratoria 10 real de los productos y/o comprendiendo el método medir los niveles de O2 y CO2 como una función del tiempo en el entorno de almacenamiento confinado, medir la tasa de intercambio de gas con el entorno externo y medir la acumulación de los gases para determinar el cociente de la tasa de intercambio de gas total (GERQ) en el entorno de almacenamiento y RQ (tasa de producción de CO2 por tasa de consumo de O2) .