Sistema continuo y procedimiento de esterilización y estabilización física de fluidos bombeables mediante ultra alta presión de homogeneización.

Sistema continuo de esterilización y estabilización física de fluidos bombeables,

alimenticios o de otras naturalezas, mediante ultra alta presión de homogeneización (UHPH), caracterizado por comprender:

- un primer intercambiador de calor 1 para precalentar el fluido a una temperatura Tp entre 40 y 90 ºC;

- un homogeneizador de ultra alta presión 3 que dispone de una válvula para tratar el fluido precalentado a una presión de entre 200 y 600 MPa, estando configurado dicho homogeneizador para mantener el fluido a una temperatura Tu durante 0,1 - 1s, cuando sale de la válvula, correspondiendo dicha Tu a la temperatura alcanzada por el fluido en la válvula;

- al menos, un segundo intercambiador de calor 4 para enfriar el fluido proveniente del ultrahomogeneizador 3 hasta un valor de temperatura de enfriamiento Te;

- un tanque aséptico 5 y una envasadora aséptica

Sistema continuo y procedimiento de esterilización y estabilización física de fluidos bombeables mediante ultra alta presión de homogeneización

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema continuo y procedimiento de esterilización y estabilización física de fluidos bombeables mediante ultra alta presión de homogeneización, que se aplica a los sectores alimentario, farmacéutico, químico y cosmético y, en general, a cualquier tipo de producto bombeable, químicamente compatible con el sistema, obteniendo un producto susceptible de ser envasado asépticamente.

Antecedentes de la invención

La esterilización es un tratamiento que permite la destrucción de formas vegetativas y esporas microbianas y la conservación prolongada de un producto almacenado a temperatura ambiente. Normalmente, se utilizan los tratamientos térmicos a temperaturas superiores a 100 °C. Es evidente que tras un tratamiento realizado en estas condiciones se producen efectos sobre las cualidades organolépticas del producto y en el caso de alimentos se pueden producir pérdidas importantes del valor nutritivo. Por otro lado, muchos productos no soportan estas condiciones y se desestabilizan físicamente. Los alimentos y otros productos esterilizados por este sistema poseen una vida útil superior a seis meses (dependiendo de su composición) mantenidos a temperatura ambiente. El proceso de esterilización se puede aplicar a los alimentos antes o después de su envasado, requiriéndose en cada caso tecnologías diferentes como veremos a continuación. La esterilización va siempre acompañada de la estabilización del alimento. En el caso de sólidos es necesaria la aplicación de aditivos que protejan el color y la textura y refuercen el sabor. En el caso de alimentos líquidos de naturaleza coloidal, para evitar la separación de fases, se realizan tratamientos mecánicos como es el caso de la homogenización convencional y se añaden estabilizantes (emulgentes, espesantes, protectores de precipitación de sales, etc.) dependiendo de la complejidad del alimento.

En el caso de una esterilización de productos envasados, el tratamiento térmico se aplica al conjunto de envase y su contenido (alimento) y, dependiendo de la producción exigida, se puede utilizar un sistema por cargas o bien en continuo.

Cuando el alimento a esterilizar es un líquido cuya viscosidad permita bombearlo, se puede plantear un sistema de esterilización anterior al envasado, ligado a un envasado aséptico posterior. En este caso, el producto se hace circular por un circuito cerrado en el que se procede de una forma sucesiva a su precalentamiento, esterilización, enfriamiento y envasado aséptico. Generalmente, la esterilización se realiza a temperatura alta: 135-150°C, lo que permite un tiempo de procesado muy corto: 4-15 s. Este tratamiento suele denominarse UHT (del inglés, Ultra High Temperature). Los procesos UHT se implantaron a nivel industrial al comienzo de los años sesenta para el tratamiento de leche líquida, consiguiéndose productos con características más próximas a las de una leche pasteurizada que los que se obtenían con los esterilizadores convencionales que esterilizaban leche envasada en botella. Desde los años 60 hasta la actualidad, se han desarrollado procesos UHT también para otros productos lácteos (leche concentrada, nata, batidos, productos fermentados, helados, postres,...) y para sopas, salsas, purés, etc.

En comparación con la esterilización de productos envasados, el proceso UHT ahorra tiempo, energía, espacio y mano de obra. Actualmente, en el mercado existen dos sistemas de tratamiento UHT: los sistemas directos, en los que el producto entra en contacto directo con el medio de calefacción (vapor de agua), y los sistemas indirectos, en los que el calor se transmite a través de una superficie de separación, en un intercambiador de calor.

En estos procesos de esterilización, y dependiendo del tipo de alimento, sobre todo en aquellos donde exista una emulsión tipo aceite en agua (por ejemplo, leche, salsas de aderezo, batidos de base láctea o mixes de helados) es necesario introducir un proceso de homogeneización previo o posterior al tratamiento térmico. La acción de los homogeneizadores reduce el tamaño de las gotas de la fase dispersa para estabilizar al producto frente a un posible fenómeno de cremado durante su almacenamiento. Los homogeneizadores a presión están constituidos por una bomba a alta presión que trabaja a 10-70 MPa dotada de una válvula de homogeneización en la boca de descarga. Al bombear liquido del espacio existente entre la válvula y su asiento, la elevada presión que se genera mueve el líquido a gran velocidad. A la salida de la válvula, la velocidad del movimiento del líquido cae

bruscamente y la extrema turbulencia que se produce genera una intensa fuerza de cizalla. Otras fuerzas que intervienen en el proceso de reducción de tamaño de partícula son el colapso de las burbujas de aire (cavitación) y las fuerzas de impacto que se crean en las válvulas durante el trayecto del líquido. En algunos alimentos, por ejemplo, la leche, a veces de produce una distribución anormal de partículas produciendo agregados. Una segunda válvula, semejante a la primera, instalada en el trayecto del líquido, rompe de nuevo estos agregados.

El tratamiento térmico causa, por una parte, efectos beneficiosos sobre el alimento como la inactivación microbiana pero, paralelamente, genera cambios químicos y físico-químicos indeseables los cuales pueden afectar las propiedades nutricionales, organolépticas y/o tecnológicas dependiendo del tratamiento aplicado.

El flavor (aroma+sabor+consistencia) es un parámetro muy importante a tener en consideración como aspecto de calidad para el consumidor de uno de los alimentos esterilizados más consumidos, como es la leche, sobre todo si ésta se consume como una bebida. El tratamiento térmico tiene un efecto muy importante sobre el flavor de la leche pudiendo afectar en mayor o menor grado, según la intensidad del tratamiento aplicado. Una leche esterilizada UHT (135-150°C, 2-20 s) se identifica por un aroma cocido, causado principalmente por la presencia de H2S liberado tras la desnaturalización proteica, junto con aroma "caramelo" y otro típico asociado a la formación de cetonas. Durante un tratamiento de esterilización en botella convencional (105-120°C, 10-40 mín) se desarrolla un fuerte aroma a cocido, cetona y a caramelo, este último causado por la formación de ciertos productos de la reacción de Maillard y productos de caramelización, los cuales pueden incluso enmascarar el aroma a cocido. Otros fenómenos físicos y bioquímicos que pueden producir estos tratamientos térmicos son inestabilidad de los productos durante su almacenamiento a temperatura ambiente por precipitación de proteínas, separación de fases, cremado (separación de la materia grasa aunque el producto haya sido previamente homogenizado), lo que hace que tengamos que utilizar ciertos tipos de aditivos como emulgentes, estabilizantes o reguladores de pH para poder minorizar o suavizar estos efectos derivados del tratamiento térmico. En alimentos menos complejos, como son los zumos, se produce una drástica pérdida de su contenido vitamínico (vitamina C y otras vitaminas hidrosolubles), alteraciones importantes en su sabor y aromas originales (pérdida de componentes volátiles), así como cambios en su color.

La tecnología de Ultra Alta Presión Homogeneización (UHPH, de las siglas en inglés, Ultra High Pressure Homogenization) se basa en los mismos principios que la homogeneización convencional con la gran diferencia de que se pueden alcanzar presiones superiores a 200 MPa, gracias al diseño de las válvulas y a la utilización de nuevos materiales. El tratamiento UHPH puede ser asociado con las técnicas físicas emergentes ya que su acción se debe a fuerzas combinadas de cizalla, turbulencia, cavitación e impacto causadas por la aplicación de altas presiones dinámicas. Sin embargo, esta tecnología no debe de ser confundida con otra tecnología también basada en altas presiones como es el tratamiento de altas presiones hidrostáticas (HHP, del inglés High Hydrostatic Pressure). Esta tecnología, al igual que la UHPH, se desarrolló como alternativa a los tratamientos térmicos convencionales en la destrucción de microorganismos patógenos y alterantes, pero tanto los sistemas o equipos de trabajo como los mecanismos de inactivación microbiana que actúan en esta tecnología son bien diferentes en comparación con la UHPH como veremos a continuación. Los equipos de HHP son equipos que trabajan por cargas (proceso discontinuo) de producto previamente envasado en materiales flexibles y cerrados garantizando su estanqueidad;... [Seguir leyendo]

1. Sistema continuo de esterilización y estabilización física de fluidos bombeables, alimenticios o de otras naturalezas, mediante ultra alta presión de homogeneización (UHPH), caracterizado por comprender:

- un primer intercambiador de calor 1 para precalentar el fluido a una temperatura Tp entre 40 y 90 °C;

- un homogeneizador de ultra alta presión 3 que dispone de una válvula para tratar el fluido precalentado a una presión de entre 200 y 600 MPa, estando configurado dicho homogeneizador para mantener el fluido a una temperatura Tu durante 0,1 -1 s, cuando sale de la válvula, correspondiendo dicha Tu a la temperatura alcanzada por el fluido en la válvula;

- al menos, un segundo intercambiador de calor 4 para enfriar el fluido proveniente del ultrahomogeneizador 3 hasta un valor de temperatura de enfriamiento Te;

- un tanque aséptico 5 y una envasadora aséptica.

2. Procedimiento de esterilización y estabilización física de fluidos bombeables, alimenticios o de otras naturalezas, mediante ultra alta presión de homogeneización, a partir de un sistema continuo que incluye un primer intercambiador de calor de calentamiento 1 previo, desde el que se envía el fluido precalentado a un ultrahomogeneizador 3 que dispone de una válvula de alta presión, donde es introducido el fluido a presiones entre 200 y 600 MPa; al menos un segundo intercambiador de enfriamiento 4 para reducir la temperatura del fluido tras su salida de la válvula del ultrahomogeneizador 3; un tanque aséptico 5 que recibe el alimento enfriado, y desde el cual se envía a una envasadora aséptica, caracterizado por comprender:

- una etapa de esterilización previa del sistema que comprende el ultrahomogeneizador 3 hasta su conexión con el tanque aséptico 5, en la cual se Introduce agua en el sistema y se incrementa la presión hasta 300-600 MPa, se detiene el ultrahomogeneizador y se cierra la entrada del fluido, para, a continuación, introducir vapor de agua hasta lograr una temperatura de 140 °C, manteniéndola durante 30-60 min; y esterilización previa del tanque aséptico 5 mediante un proceso por inyección de vapor hasta que alcanza 140°C, manteniendo esta temperatura durante 30-60 min, y enfriamiento por doble camisa conservando una presión positiva con aire esterilizado mediante filtros a 0,4-6 bares de presión,

- una vez el sistema se encuentra trabajando con agua de forma continua y estable a la temperatura y presión seleccionadas para el tratamiento del fluido, y tras su paso por el primer intercambiador de calentamiento previo 1, éste se Introduce a una temperatura Tp de entre 40 y 90°C y a una presión Pu de entre 200 y 600 MPa en la válvula del ultrahomogeneizador 3, alcanzando el fluido un valor de temperatura Tu y manteniendo esta temperatura tras su salida de la válvula durante 0,1 a 1 s,

- tras su estancia en el ultrahomogeneizador 3, se enfría el fluido a través del segundo intercambiador 4 de enfriamiento, siendo ajustada su temperatura de enfriamiento a un valor Te, que depende de la tecnología del producto y, a continuación, se envía al tanque aséptico 5, desde el cual, el fluido es bombeado y, posteriormente, envasado en una envasadora aséptica.

3. Procedimiento de esterilización y estabilización física según la reivindicación 5, caracterizado porque se enfría el fluido hasta una temperatura Te de 20-25 °C para productos sin gelificar.

4. Procedimiento de esterilización y estabilización física según la reivindicación 5, caracterizado porque se enfría el fluido hasta una temperatura Te de 55 °C para productos que gelifican en el Interior del envase, tales como, natillas, puddings.