Utilaje Pasteurizare [PDF]

Zitiervorschau

6.5.2.Utilaje folosite la pasteurizarea laptelui 6.5.2.1.Pasteurizarea laptelui în vane cu pereţi dublii Metoda se foloseşte la pasteurizarea joasă de lungă durată prin tratarea laptelui în vane cu pereţi dubli, prin care circulă agentul de încălzire. Vanele au capacități cuprinse între 500-1000 l fiind dotate cu agitator, termometru şi capac de închidere. Agentul termic utilizat pentru încălzirea laptelui la temperatura de pasteurizare , 63-650C este apa fierbinte cu temperatura de 90-950C sau abur sub presiune, 0,6-0,8 bari. Agentul termic este produs de centrala proprie şi trebuie să circule prin pereţii dublii ai mantalei utilajului. Pentru a se evita formarea cuiburilor de transfer termic, zonele supraîncălzite, laptele trebuie amestecat încontinuu cu ajutorul agitatoarelor. Tot prin aceasta metodă se permite şi transferul mai rapid al căldurii în toată masa laptelui. După ce s-a atins temperatura de pasteurizare în toată masa produsului, indicată cu ajutorul termometrelor din dotarea vanelor, se opreşte procesul de încălzire şi agitarea lichidului. Laptele este lăsat la temperatura de pasteurizare timp de 20-30 minute după care va fi răcit la temperatura prevăzută in procesul tehnologic. Procesul de pasteurizare la vană poate fi observat în figura 6.16.

Figura 6.16 Pasteurizarea laptelui în vane cu pereţi dubli 1. Vană de pasteurizare, 2. Pompă centrifugă, 3.Vană de răcire, 4. Agitator electric Răcirea laptelui se realizează în acelaşi recipient, prin introducerea apei cu gheaţă prin pereţii vanei. Răcirea are loc în două faze. Prima fază constă în răcirea laptelui până la temperatura de 10-120C şi poartă denumirea de prerăcire, cea de a doua fază realizează răcirea laptelui până la temperatura de 4-60C şi reprezintă răcirea propriu zisă. În unele secţii de prelucrare a laptelui, cu capacitate mică, lichidul poate rămâne în vana de pasteurizare-răcire până în momentul în care este prelucrat. Nu se mai face trecerea laptelui în tancurile de păstrare ci direct la ambalare.

Figura 6.17 Vană de pasteurizare cu pereţi dubli şi sistem închis

În general în industria laptelui se preferă a se lucra cu vane închise, deoarece astfel se previne degradarea unor compuşi chimici ai laptelui foarte sensibili la acţiunea temperaturii ridicate şi a aerului (grăsimi, vitamine, enzime, etc.). În figura 6.17 este prezentată o vană în sistem închis. 6.5.2.2. Pasteurizarea laptelui în schimbătoare de căldură cu plăci Este cea mai cunoscută metodă de pasteurizare industrială a laptelui. Se foloseşte la toate tipurile de pasteurizări cunoscute mai puţin pasteurizarea la temperatură joasă şi vacreaţia. Cele mai importante avantaje aduse de aceste utilaje sunt : - utilizarea la maxim a căldurii produse, schimb de căldură eficient; - laptele este tratat în sistem închis, se evită oxidările nedorite; - laptele este încălzit şi răcit în aceleaşi aparate, nu necesită aparate suplimentare; - spălarea, montarea, întreținerea şi demontarea aparatului se fac în condiţii de maximă siguranţa alimentară şi în timp foarte scurt. Pasteurizatoarele sunt construite din plăci din oţel inoxidabil pe suprafaţa cărora sunt prevăzute canale. Plăcile sunt unite prin presare una peste alta, formând secţiuni separate pentru anumite tipuri de căldură. Aşa cum s-a mai prezentat, schimbătorul de căldură cu plăci poate avea diferite sectoare, prin care se face încălzirea laptelui, pasteurizarea laptelui şi răcirea laptelui. În fiecare sector agentul termic este diferit.

Astfel, în primul sector de schimb termic agentul termic este apa fierbinte cu abur, în al doilea sector laptele pasteurizat încălzeşte laptele ce intră în pasteurizator, iar în cel de-al treilea sector apa cu gheaţă este agentul de răcire a laptelui pasteurizat. Laptele este introdus în pasteurizatoarele cu plăci cu ajutorul pompelor centrifuge, prin fiecare sector prin care trece suferă o operaţie de tratament termic.

Preîncălzirea laptelui

Curăţirea laptelui cu curăţitoare

Pasteurizarea laptelui la 71-730C sau 85-900C Prerăcirea laptelui cu lapte nepasteurizat

Răcirea laptelui cu apă reţea 18-200C Răcirea laptelui cu saramură 3-40C

Trimiterea laptelui la ambalare Figura 6.18 Circuitul laptelui în pasteurizatoarele cu plăci Deoarece laptele trebuie menţinut la temperatură corespunzătoare fiecărui sector, pe o anumită durată de timp, pasteurizatoarele cu plăci trebuie să fie dotate cu temporizatoare, respectiv sectoare de depozitare temporară, calculate în funcţie de timpul alocat tipului de pasteurizare aplicat. Pentru a realiza aceste zone de temporizare, plăcile respective trebuie să aibă un anumit tip constructiv. La vechile pasteurizatoare depozitarea temporară se realiza într-un recipient separat ataşat corpului pasteurizatorului.

Circuitul laptelui prin secţiunea unui pasteurizator cu plăci (Zoltan M.,1963) Tabel 6.8. Schimbul de Secţiunea Operaţia executată căldură realizat Preîncălzeşte laptele crud rece, De la 10-15°C la prin contactul cu laptele 30-40°C Recuperator I pasteurizat fierbinte; de aici (Economizor) laptele preîncălzit este trimis apoi la filtre sau la curăţitorul centrifug Continuă preîncălzirea laptelui De la 30-40°C la întors de la filtre sau de la 50-60°C şi chiar mai Recuperator II curăţitor, tot prin contact cu mult laptele pasteurizat fierbinte Pasteurizează laptele De la 50-65°C până Pasteurizare preîncălzit cu abur sau cu apă la 71-80°C propriu-zisă caldă de 75—85°C Păstrează laptele pasteurizat Păstrează laptele timp de 20-40 s la temperatura pasteurizat timp de Depozitare scurtă maximă prescrisă 20-40 s la temperatura maximă prescrisă Prerăceşte laptele fierbinte De la 30-50°C la Recuperator I şi II pasteurizat în contact cu laptele 13-20°C crud rece care intră în aparat Continuă scăderea temperaturii De la 30-35°C la laptelui prerăcit cu ajutorul apei 13-20°C Răcire cu apă de 10—15°C Desăvârşeşte răcirea laptelui cu De la 13-20°C la Răcire profundă apă şi gheaţă sau cu saramură 3-5°C de -5°C Există pasteurizatoare ce fac numai operaţiile de preîncălzire, recuperare şi pasteurizare. Operaţiile de prerăcire şi răcire se fac în utilaje separate sau în tancuri izoterme. Există pasteurizatoare special construite pentru lapte gras, smântână şi lapte degresat. Modul de funcţionare al aparatului de pasteurizare este descris în figura 6.18.Aparatul de pasteurizare a laptelui este o instalaţie complexă – instalaţia de pasteurizare a laptelui. Aceasta cuprinde instalaţia de pasteurizare propriu-zisă, separatoare-curăţitoare ce pot funcţiona fie pentru curăţirea laptelui fie pentru normalizarea lui în flux continuu (vezi capitolul 6.4.2. normalizarea laptelui), aparat pentru spălarea şi dezinfectarea instalaţiei după utilizare, panoul de comandă pentru automatizarea procesului, termometre-senzori pentru reglarea procesului, dispozitive

pentru recircularea laptelui nepasteurizat, tablou de comandă al motoarelor electrice, dispozitive de semnalizare optică şi sonoră în caz de avarii sau în cazul funcţionării necorespunzătoare, instalaţie de spălare a separatorului-curăţitor (talerele aparatului pot fi astfel adaptate încât acesta să poată funcţiona fie ca separator de grăsime a laptelui, fie ca aparat de curăţire).

Figura 6.18 Reprezentarea schematică a circuitului realizat de lapte în instalaţia de pasteurizare (agentul termic şi laptele circulă in contracurent)

Figura 6.19. Pasteurizarea laptelui (Jeaneta Codoban, 2006) 1. Bazin de alimentare; 2. Pompă centrifugă; 3. Pasteurizator cu plăci; 4.Cap de recirculare; 5. Serpentină pentru menţinere; 6. Separator lapte sau curăţitor cu talere; 7. Tanc izoterm; 8. Bidon de colectare. ._._._ Lapte integral crud, ---------- Lapte integral pasteurizat, --------------- Lapte smântânit, …………………Smântână Din rezervorul 1 laptele ajunge în instalaţia de pasteurizare prin pompa centrifugă 2 în sectorul S3. În acest sector laptele este încălzit de către laptele pasteurizat ce circulă în contracurent având temperatura de 30-40°C. După ce se

încălzeşte laptele este trimis la separatorul-curăţitor 6 unde este normalizat sau curăţit de impurităţi în funcţie de procesul tehnologic. Această verigă poate fi eliminată la unele pasteurizatoare. Din instalaţia 6 laptele revine în pasteurizator sectorul de recuperare S2 unde este încălzit de laptele pasteurizat până la temperatura de 50-60°C. Din sectorul S2 trece în sectorul S1 fiind încălzit în continuare cu apă fiartă sau apă cu vapori cu temperatura de 90-95°C până la atingerea temperaturii de pasteurizare de 71-80°C. Din sectorul S1 laptele ajunge la ventilul cu două căi 4, care pe baza termocuplului deschide una din cele două căi. Astfel, dacă laptele a ajuns la temperatura de pasteurizare atunci va fi menţinut la această temperatură prin trimiterea lui în serpentina %, în caz contrar laptele este reintrodus în instalaţie, reluând circuitul de încălzire cu excepţia normalizării-curăţirii. Laptele pasteurizat reintră în circuit prin recuperatorul de căldură S2 cedează o parte din căldură laptelui ce vine din normalizator şi se răceşte, traversând sectoarele S2 şi S3. În sectorul S4 laptele este prerăcit cu apă rece de la reţea cu temperatura de 10-15°C până ce atinge temperatura de 13-20°C. Laptele ajunge în sectorul S5 unde este răcit de saramura sau apă cu gheaţă ce circulă în contracurent, având temperatura de 2-4°C. Laptele părăseşte pasteurizatorul la temperatura de 3-5°C fiind direcţionat către stocare în tancuri izoterme sau direct la ambalare. Serpentina 5 are rolul de temporizator, zona de depozitare a laptelui pe intervalul de timp cât trebuie să dureze pasteurizarea la temperatură constantă, înlocuind vechile recipiente de stocare a laptelui ce se aflau lipite de instalaţiile de pasteurizare, recipiente în care laptele era ţinut pe perioada procesului de tratament termic. Serpentina trebuie astfel calculată încât intervalul de timp necesar pentru pasteurizare să nu fie depăşit (15-20 secunde la HTST şi 1-2 secunde la flash). La unele modele de pasteurizare serpentina poate fi înlocuită cu un alt schimbător de căldură cu plăci, laptele circulând în cele 2 sensuri ale aparatului la aceeaşi temperatură corespunzătoare procesului. Numărul de plăci trebuie astfel calculat încât laptele să nu depăşească intervalul de timp de pasteurizare, la traversarea acestora. Controlul temperaturii se face prin vizualizare panourilor pasteurizatorului, pe baza unor termograme de proces ce sunt generate de senzorii termici prezenţi în interiorul plăcilor. Temperatura este cel mai important factor ce trebuie urmărit cu mare stricteţe pe tot parcursul procesului termic. Dacă se depăşeşte valoarea prevăzută pentru proces, atunci pot apare pierderi de calitate şi colmatări ale plăcilor ca urmare a formării pietrei de lapte. Dacă se lucrează la valori mai mici, atunci laptele pasteurizat prezintă pericol pentru consumatori şi posibilitatea generării de pierderi calitative ca urmare a declanşării unor procese fermentative, guvernate de microorganismele rămase intacte.

Tot pe panoul electric al instalaţiei se găseşte şi dispozitivul de acţionare al ventilului pneumatic 4 ce deschide cele 2 căi. În cazul în care acest dispozitiv nu funcţionează corect se intervine mecanic, prin deschiderea manuală a conductelor de aer comprimat, astfel încât laptele să urmeze circuitul corect, să nu apară pierderi tehnologice. Spălarea instalaţiei de pasteurizare se face legând în circuit închis pasteurizatorul cu aparatul de spălare şi recirculând prin acesta soluţiile de spălare.

Spălarea pasteurizatoarelor se face după schema : Finalizarea operaţiei de pasteurizare a laptelui

Recirculare de apă pe conductele pasteurizatorului

Recircularea timp de 30 minute de soluţii alcaline 75-800C (fosfat trisodic cu hidroxid de sodiu)

Îndepărtarea soluţiilor de spălare prin clătirea cu apă rece timp de 10 minute

Recircularea timp de 20 minute de soluţie acidă de acid azotic

65-750C

Clătire cu apă rece timp de 15-20 minute

Recirculare apă fierbinte de 85-900C timp de 5-10 minute

Clătire cu apă rece

Umplerea instalaţiei cu apă rece timp de 2-3 ore.

Figura 6.20.Schema de spălare a instalaţiei de pasteurizare cu plăci a laptelui

Figura 6.21. Tip de pasteurizator cu plăci (http://interagricon.com/) Cele mai frecvente defecţiuni ce pot apare la funcţionare pasteurizatoarelor sunt prezentate în tabelul 6.9. Defecţiuni ale curăţitoarelor şi măsuri de înlăturarea lor Tabel 6.4. Defecţiunea Trecerea laptelui în apa caldă Identificare - apa de condens devine albicioasă la ieşirea din pasteurizator Trecerea laptelui în apa rece Identificare - apa devine opalescentă la ieşirea din pasteurizator Amestecarea laptelui crud cu cel pasteurizat Identificare - analiza microbiologică a laptelui pasteurizat Infiltrarea de saramură în lapte

Cauzele care au produs defecţiunea 1.Garniturile pasteurizatorului sunt neetanşe; 2. Slăbirea garniturilor la diferenţa de temperatură la trecerea de la sectorul S2 la sectorul S1 1.Garniturile pasteurizatorului sunt neetanşe; 2.Slăbirea garniturilor la diferenţa de temperatură la trecerea de la un sector la altul 1. Garniturile pasteurizatorului sunt neetanşe; 2.Slăbirea garniturilor în sectorul S3 de preîncălzire a laptelui crud 1.Colmatarea plăcilor cu precipitate

Mod de înlăturare 1.Înlocuirea garniturilor vechi 2.Scoaterea plăcilor din pasteurizator şi curăţirea lor

1.Se schimbă garniturile sau se strâng mai bine 2.Strângerea mai puternică a plăcilor

1.Scoaterea plăcilor şi curăţirea lor 2.Înlocuirea garniturilor din sectorul S3

1.Scoaterea plăcilor şi curăţirea lor

Defecţiunea Identificare – laptele are un gust sărat, saramura este albicioasă Scăderea bruscă a temperaturii de pasteurizare

Cauzele care au produs defecţiunea 2.Slăbirea garniturilor în sectorul S4 de preîncălzire a laptelui crud 1.Colmatarea plăcilor cu piatră de lapte

Mod de înlăturare 2.Înlocuirea garniturilor din sectorul S4

Se demontează pasteurizatorul şi se curăţa plăcile

6.6.Transformări în compoziţia chimică a laptelui în timpul pasteurizării 6.6.1.Transformări ale proteinelor laptelui La acţiunea temperaturilor ridicate substanţele proteice sunt foarte sensibile, în special proteinele serice care, pe măsură ce tratamentul termic este mai puternic, se coagulează în cantitate mai ridicată. Cea mai sensibilă proteină serică este lactoalbumina ce se denaturează începând cu temperatura de 60-670C. La temperaturi de 80-850C -lactoglobulina este distrusă în totalitate, au loc lactoglobulina începe să precipite. Proteinele serice au capacitatea de a antrena odată cu ele o anumită cantitate din calciul organic aflat în fosfocazeinaţi şi de a forma împreună cu acesta precipitate insolubile, ce se depun pe suprafeţele de schimb termic, îngreunând procesul şi micşorând randamentul instalației. Aceste precipitate poartă denumirea de „piatră de lapte” iar odată formate sunt îndepărtate cu greu de pe suprafeţele schimbătoarelor de căldură. Un alt efect al precipitării calciului din fosfocazeinaţi îl constituie scăderea puterii de coagulare a laptelui. În special la fabricare produselor fermentate, se obţine un coagul slab, sfărâmicios, cu consistență redusă. Cazeina începe să cunoască modificări structurale, odată cu atingerea temperaturii de 650C. Miceliile cazeinice sunt stabile până la această temperatură, forţele de atracţie dintre fracţiunile cazeinice fiind puternice. Peste 650C au loc deteriorări ale structurii hidrofobe din fracţiunile K-cazeinice şi ale structurii hidrofile de coagulare. La temperaturi de peste 75-800C au loc schimbări în ceea ce priveşte fracţiunile cazeinice,iar o parte din calciu solubil, trece în forme insolubile. Se înregistrează o creştere a fracţiunilor  şi  în detrimentul facţiunilor  şi K. Se formează compuşi noi prin unirea fracţiunilor  şi , precum şi  şi -lactoglobulină, proteinele serice formează straturi de protecţie în jurul fracţiunilor cazeinice. Ca urmare scade capacitatea de coagulare a cazeinei sub acţiunea enzimelor coagulante. Proteinele cazeinice sunt coagulate complet la temperaturi de 1400C, valori mai mult din domeniul sterilizării laptelui decât din cel al pasteurizării. Prin denaturarea termică a proteinelor se înregistrează şi efecte pozitive. Astfel proteinele serice, la temperaturi ridicate de 80-850C şi uneori chiar de 93-950C pierd

cantităţi importante de apă ce determină creşterea vâscozităţii laptelui. Proteinele serice sunt fixate în combinaţii cu fracţiunile cazeinice, iar în procesul fermentativ ele nu se mai pierd odată cu zerul, rămânând fixate în coagul, alături de fracţiunile cazeinice, contribuind la creşterea valorii nutritive a produselor lactate. 6.6.2. Transformări ale lactozei La temperaturi de 70-800C lactoza este parţial descompusă cu formare de acid lactic şi acid formic ce contribuie la creşterea acidităţii laptelui. La temperaturi de peste 800C lactoza participă alături de aminoacizi la reacţii de brunificare de tip Maillard cu formarea compuşilor melanoidinici. Aceste reacţii sunt specifice sterilizării laptelui în flux discontinuu şi au intensitate mai mică la tratamentul UHT în flux continuu. Intensitatea reacţiilor Maillard este influenţată de mai mulţi factori : nivelul de temperatură aplicat în tratamentul termic şi durata aplicării; valoarea pH-lui mediului, pH-ul acid contribuie la reducerea pericolului de apariţie, în timp ce pH-ul alcalin o favorizează, zaharurile reducătoare aflate în mediu, în plasma laptelui, cu cât zaharurile au masă moleculară mai mica cu atât intensitatea reacţiei este mai mare; natura şi tipul aminoacizilor prezenţi în lapte, în principal aminoacizii din lanţurile terminale au o reactivitate mai mare decât cei din mijlocul catenei proteice. Pentru a favoriza aceste reacţii este necesar ca moleculele cu masă mare să fie descompuse în substanţe cu masă moleculara mai mică prin procese de hidroliză enzimatică, procese ce se vor desfăşura înaintea aplicării tratamentului termic, enzimele fiind denaturate termic la temperatura de pasteurizare.

Figura 6.22 Formarea acrilamidei în reacţiile de tip Maillard (Donald S. Mottram, 2002) Reacţiile Maillard se finalizează cu formarea de produşi toxici şi cu caracter antienzimatic. Dintre aceşti produşi cei mai importanţi sunt Hidrocarburile aromatice policiclice (HAP), compuşi carcinogenici de tipul furanilor, piranilor, piridinelor, pirimidenelor, pirazinelor, compuşi heterociclici cu sulf, compuşi heterociclici

condensaţi şi policondensaţi. Toate aceste substanţe au efecte negative asupra sănătății umane. Trebuie subliniat faptul că aceşti compuşi nu se formează la pasteurizarea laptelui ci numai la sterilizarea lui în scopul creşterii durate de conservare. În figura 6.22. este redat biochimismul reacţiilor de formare a acrilamidei în reacţiile Maillard după Donald S. Mottram, 2002. Încălzirea laptelui la temperaturi de peste 150 0C provoacă o caramelizare totală a lactozei.

6.6.3.Transformări ale grăsimilor Sub acţiunea temperaturilor ridicate grăsimea din lapte nu suferă transformări importante. Au loc modificări la nivelul structural al membranei globulare, substanţele proteice fiind denaturate termic odată cu creşterea temperaturii. Ca urmare se modifică proprietăţile fizice ale globulelor de grăsime, scade capacitatea de separare a acestora din masa de lapte, influenţând negativ procesele de obţinere a produselor lactate grase. Laptele tratat termic la temperaturi ridicate se deosebeşte de cel crud prin faptul că separă foarte puţină grăsime la suprafaţă, având aspect de lapte degresat. O creştere a temperaturii de până la 65 0C favorizează procesul de separare a globulelor de grăsime la suprafaţa, procesul fiind mai intens dacă operaţia de omogenizare nu a fost efectuată înaintea operaţiei de pasteurizare. La temperaturi foarte ridicate, de peste 100 0C, învelişul lipoproteic al globulelor de cedează şi la suprafaţa laptelui se formează o peliculă de culoare galbenă, prin unirea picăturilor de grăsime sparte.