Post on 06-Mar-2016
description
1.Instalaii de pasteurizare-sterilizare n industria alimentar
Introducere
Pasteurizarea este o operaie ce are ca scop mrirea duratei de meninere a
calitilor, respectiv de conservabilitate a produselor alimentare prin distrugerea
microflorei care prin aciunea sa modific caracteristicile produselor.
Prin pasteurizare se urmrete distrugerea formelor vegetative ale
microorganismelor, n special a bacteriilor patogene nesporulate coninute in produs
i, ncetinirea activitii acestora i a enzimelor.
Pasteurizarea se aplic n special produselor n stare lichid care, n general i
pstreaz calitile organoleptice, n vederea asigurrii acestor caliti pe o perioad
mai ndelungat.
Sterilizarea este operaia de distrugere sau ndeprtare a tuturor formelor
vegetative i de rezisten a microorganismelor patogene.
Metoda de sterilizare se alege n funcie de proprietile fizico-chimice ale
materialelor supuse sterilizrii, evitndu-se eventualele modificri[3].
Utilaje i instalaii pentru pasteurizare-sterilizare
Utilajele folosite pentru pasteurizare trebuie s asigure nclzirea produsului la
temperatura tratamentului termic, meninerea lui la aceast temperatur i rcirea
pn la temperatura de depozitare sau temperatura necesar pentru urmtoarea
faz tehnologic. Ele sunt de construcie divers, clasificndu-se dup mai multe
criterii dup cum urmeaz[3]:
- n funcie de temperatura de lucru:
Pasteurizatoare t100C.
- n funcie de cum se prezint produsul:
Instalaii pentru tratamente termice de stabilizare a produselor n vrac;
Instalaii pentru tratamente termice de stabilizare a produselor ambalate
n recipiente.
- n funcie de regimul de funcionare se disting:
Instalaii cu funcionare continu;
Instalaii cu funcionare discontinu.
Pasteurizatoarele lucreaz, n general, la presiune atmosferic pentru a asigura
temperaturi de lucru sub 100C.
Agenii termici pot fi: apa cald, aburul, aerul cald, gaze din flacr direct, iar
ca medii de rcire se pot utiliza apa sau apa subrcita, pentru rcirea la temperaturi
de cteva grade i ageni frigorifici primari (cum ar fi amoniacul), ct i ageni
frigorifici secundari cum ar fi glicolul sau soluiile apoase de sruri, pentru rcirea la
temperaturi sczute.
1.1 Instalaii pentru pasteurizarea i sterilizarea produselor n vrac
Exist dou tipuri de instalaii care se folosesc pentru tratamentul termic:
- instalaii cu aciune indirect;
- instalaii cu aciune direct.
Cele mai folosite utilaje sunt de tipul schimbtoarelor de cldur, impunndu-se
o condiie produsului, aceea de a putea fi pompat in vederea realizrii tratamentului
de stabilizare. n aceast categorie intr att produsele cu viscozitate mic, ca
laptele, vinul, berea, sucurile de fructe, dar i produse cu o viscozitate mare cum ar fi
sosuri, creme, deserturi i altele.
1.1.1 Instalaii de pasteurizare cu sistem de nclzire
indirect
Instalaiile de pasteurizare cu sistem de nclzire indirect sunt de tip van sau
schimbtoare de cldur de diverse tipuri
Pasteurizatoarele tip van
Pasteurizarea n van a produselor lichide se mai utilizeaz doar pentru
capaciti mici de producie i se caracterizeaz printr-o funcionare
discontinua,.transferul de cldur este slab i de aceea se folosete sistemul de
pasteurizare LTLT (low temperature-long time). n general, vanele de pasteurizare
sunt cu manta sau serpentin, sistem de agitare i valv de control[3].
Instalaii de pasteurizare i sterilizare cu schimbtoare de cldur cu plci
Schimbtoarele de cldur cu plci sunt instalaii n care transferul termic se
realizeaz prin intermediul unei suprafee metalice care constituie peretele
despritor dintre agenii termici de lucru.
Principala caracteristic a schimbtoarelor de cldur cu plci este posibilitatea
de a genera un regim de curgere turbulent la valori mici ale lui Reynold, avnd drept
urmare coeficieni mari de transfer de cldur i implicit un flux de cldur
mbuntit..
Un avantaj important l constituie posibilitatea recuperrii cldurii prin nclzirea
produsului netratat cu cel care a fost deja pasteurizat. Schimbtoarele de cldur cu
plci, lucreaz cu o eficien regenerativ de 90-93%, ceea ce nseamn reducere
important a agentului de nclzire i de rcire.
De asemenea alte avantaje mai sunt i: aranjamentul compact, permind ca la
suprafee mari de transfer de cldur spaiul de amplasare s fie redus;stabilitatea la
presiune ridicat; rezistena mare la coroziune; asamblarea i deasamblarea uoar;
eficiena mare pentru splare CIP[2].
Pentru buna funcionare a schimbtoarelor de cldur cu plci trebuie avut n
vedere modul de ntreinere, pentru c n timpul funcionrii se pot depune diferite
suspensii pe suprafeele plcilor, care pot forma o crust n timp, ce va diminua
procesul de transfer termic, va mri nivelul pierderilor de presiune, sau va favoriza
apariia coroziunii.
Un schimbtor de cldur cu plci este alctuit din mai multe zone: zone de
nclzire, zone de rcire i zone de recuperare a cldurii.
Instalaiile de pasteurizare cu schimbtoare de cldur cu plci realizeaz un
tratament termic HTST (High Temperature Short Time) sau pasteurizare flash.
Regimul de lucru este continuu[3].
Se pot folosi schimbtoare de cldur tubulare, att cele cu evi i manta, ct i
cele eav n eav, schimbtoare de cldur cu plci cu interstiiu mare i
schimbtoare de cldur raclate.
n industria alimentar i a buturilor, schimbtoarele de cldur cu plci sunt
disponibile pentru rcirea, pasteurizarea i concentrarea laptelui i a produselor
lactate, a sucurilor din fructe i legume, a buturilor rcoritoare, a berii, a cidrului, i a
vinului, n rafinarea uleiului, n producerea ngheatei, a supelor i alimentelor pentru
copii, n industria zahrului, etc.
n continuare am prezentat schimbtoarele de cldur cu plci[2].
Clasificarea schimbtoarelor de cldur cu plci
- Schimbtoare de cldur cu plci cu suprafat primar:
Cu plci i garnituri (SCP-G)- aplicaiile acestor schimbtoare sunt limitate
de ctre presiunea maxim de funcionare, n general egal cu diferena de
presiune dintre cele dou fluide. Curgerea fluidului n raport cu suprafaa
plcii, n spaiul creat ntre dou plci consecutive, se poate face att n
lungul plcii (fig.1.1), ct i pe diagonala plcii (fig.1.2);
Fig.1.1- Curgere n lungul plcii Fig.1.2- Curgere n diagonala
plcii[2]
Cu plci sudate (fig.1.3) care permit utilizarea suprafeelor primare
de schimb de cldur, cu nivele de presiuni i temperaturi mai
ridicate dect la SCP-G. curgerea agenilor termici este contracurent
n schimbtoarele sudate i turbulena mare asigur valori mari ale
coeficientului global de transfer termic;
Fig. 1.3- Curgerea agenilor termici n schimbtoarele de cldur cu plci sudate[2]
Cu plci semisudate (fig.1.4) - instalaii utilizate n aplicaii speciale
,n care unul dintre agenii termici necesit un circuit ermetic, iar
cellalt circuit s permit curirea manual;
Fig. 1.4- Vaporizator tip ALFA-LAVAL[2]
Cu plci brazate sunt utilizate n cazul agenilor frigorifici care
lucreaz la temperaturi pozitive si negative, cu schimbare de faz.
Spre deosebire de schimbtoarele de cldur cu plci i garnituri,
schimbtoarele de cldur cu plci brazate (fig.1.5) nu conin
etanri de cauciuc, de aceea ele pot fi folosite la temperaturi de la -
180C pn la 200C i presiuni de lucru pn la 30 bar.
Fig.1.5 -Schimbtoare de cldur brazate[2]
Schimbtoare de cldur cu plci cu suprafa secundar:
Cu plci si aripioare (fig.1.6) folosesc suprafee secundare de transfer
termic prin intermediul nervurilor inserate ntre plcile plane.
Fig.1.6 -Construcia de baz a unui schimbtor cu plci i aripioare[2]
Pe plan internaional, printre productorii de schimbtoare de cldur se
numr AFLVA LAVAL, SONDEX, APV, API Schimdt-Bretten GmbH, SWEP
International AB, VICARB, BARRIQUAND, CIAT, ARTEC S.p.A., ZILMET, TENEZ,
TRANTEZ, WTT, FISHER, GEA, TERMOWAVE, FUNKE, VATHERUS, LPM, JAD,
OHL, i altele dar i centre de cercetare specializate pe schimbtoare de cldur.
1.1.1 Utilaje de sterilizare a produselor ambalate cu
funcionare continu
Pasteurizatorul tip tunel
Sunt utilaje construite dintr-o carcas n form de tunel n care recipientele se
deplaseaz de la un capt la altul cu ajutorul unui mijloc de transport, pe un singur
nivel sau pe mai multe niveluri i sunt caracterizate prin funcionarea la presiune
atmosferic.
Agentul de rcire utilizat este apa rece iar agentul termic este aburul sau apa
cald. Poate avea un numr de sectoare cuprins ntre 5 si 8 n funcie de
temperatura iniial a produsului, temperatura de pasteurizare, temperatura final a
produsului i natura ambalajului. Primele sectoare care pot fi intre 1 i 3 la numr
urmresc aducerea produsului de la temperatura iniial la temperatura de
pasteurizare. Dup acestea urmeaz sectorul central de obicei, care are rolul de a
menine produsul la temperatura de pasteurizare, iar ultimele sectoare sunt destinate
rcirii treptate a recipientelor cu produs. n cazul borcanelor i a buteliilor de sticl,
care nu rezist la ocuri termice, nclzirea i rcirea trebuie s se fac n anumite
trepte de temperatur. Se recomand astfel, ca saltul termic la nclzire s fie mai
mic de 25C, n timp de 5 minute, iar la rcire cderea de temperatur s nu
depeasc 33C pentru acelai interval de timp.
Cnd se folosete apa ca agent termic, transferul de cldur se poate face prin
introducerea recipientelor n baie de ap, prin stropire cu ajutorul duzelor de
pulverizare sau prin inundaie continu, cnd se folosesc bazine cu funduri perforate.
Temperatura apei se regleaz automat, prin barbotare de abur sau cu schimbtoare
de cldur cu abur n bazinele centrale de colectare i prin recircularea apei ntre
bazinele de la intrare i cele de ieire, n scopul recuperrii cldurii, prin formarea
unor zone conjugate.
Instalaiile de pasteurizare tip tunel se utilizeaz pentru tratamentul termic al
produselor lichide i n funcie de sistemul de transport al recipientelor n interiorul
instalaiei, acestea se mpart n:
instalaii cu casete mobile;
instalaii cu grtare pitoare, acionate mecanic, pneumatic sau
hidraulic;
instalaii cu benzi transportoare acionate mecanic.
n prezent se folosesc urmtoarele tipuri de pasteurizatoare tunel:
pasteurizatorul LE DELUGE tip C (Gascquet), avnd caracteristic
important alimentarea i evacuarea buteliilor care se realizeaz pe aceeai
parte a tunelului, prin doua transportoare etajate;
pasteurizatorul Pasteur (Sander Hansen), are 8 zone cu regimuri termice
diferite, dispune de un sistem de transport al buteliilor cu band, funcionnd
pe principiul inundaiei;
pasteurizatoare continue tip TPC-700, prima zona a acestuia fiind zona de
pasteurizare care se realizeaz cu abur saturat la presiune atmosferic;
pasteurizatorul tunel tip AC Jedinstvo, are 4 zone de lucru[3].
Sterilizatoarele rotative sunt construite cu dou sau trei corpuri. Cnd
instalaia are dou corpuri, n primul corp se realizeaz nclzirea i sterilizarea cu
abur, iar n al doilea rcirea cu ap la presiune atmosferic. Instalaiile cu trei corpuri
pot funciona fie cu un corp pentru nclzire-sterilizare i dou corpuri de rcire, fie un
corp de nclzire, unul de sterilizare i unul de rcire.
Sterilizatoarele hidrostatice sunt instalaii la care presiunea din spaiul de
sterilizare este meninut n echilibru hidrostatic cu una sau mai multe coloane de
ap, a cror nlime este n funcie de presiunea corespunztoare din camera de
sterilizare[4].
Sterilizatoare cu nchidere mecanic. Cel mai cunoscut tip este sterilizatorul
Hydrolock utilizat pentru sterilizarea produselor ambalate n cutii, n borcane de
sticl, butelii de plastic sau ambalaje flexibile. Sterilizatorul este format dintr-un vas
cilindric orizontal care lucreaz sub presiune, fiind mprit de un perete orizontal n
dou compartimente, unul n care se realizeaz sterilizarea cu abur i cellalt n care
se realizeaz rcirea cu ap. Separarea celor dou zone se face cu pern de aer[4].
Pasteurizarea berii
Pasteurizarea berii este metoda cea mai larg utilizat pentru stabilizarea
biologic a berii. Microorganismele ce pot afecta berea nu sporuleaz datorit
faptului c berea are un pH sczut, de 4,3-4,6, pasteurizarea acesteia putndu-se
realiza la un regim mai blnd dect al altor produse alimentare. Pentru msurarea
efectului de distrugere a microorganismelor din bere se utilizeaz unitatea de
pasteurizare, care corespunde efectului obinut prin nclzirea berii la 60C, timp de 1
min.
Pasteurizarea berii la regimuri intense poate nrutii calitatea acesteia, cu
apariia unei arome asemntoare pinii, aroma de pasteurizare, nchiderea culorii i
micorarea stabilitii coloidale. Berea care urmeaz a fi pasteurizat trebuie s aib
un grad de fermentare ct mai ridicat i s fie stabilizat coloidal.
Dependena ntre temperatura de pasteurizare i timpul de pasteurizare este o
funcie logaritmic, numrul de uniti de pasteurizare, UP, obinut la diferite
temperaturi fiind fiind ilustrat n tabelul 1[1]:
Tabelul 1. Numrul de uniti de pasteurizare la diverse temperaturi[1]
Temperatura, C 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74
Numrul de UP 0,14 1,27 0,52 1,00 1,9 3,7 7,2 14 27 62 100
Pasteurizarea berii n flux (flash pasteurizationn) se face cu ajutorul
schimbtorului de cldur cu plci, la temperaturi mai mari de 72C i un timp de 50
s, fr consecine nedorite.
n practic se pot utiliza urmtoarele procedee de pasteurizare a berii:
pasteurizarea berii n sticle, cu ajutorul pasteurizatoarelor tunel;
pasteurizarea n flux (vrac) a berii cu ajutorul pasteurizatoarelor cu plci,
cu tragerea berii la rece, n condiii sterile sau cu mbutelierea la cald a
berii.
Pentru pasteurizarea berii n sticle este necesar ca temperatura apei de stropire
s fie cu 5C mai mare ca cea de pasteurizare. Creterea temperaturii pn la
temperatura de pasteurizare trebuie s se fac ncet, cu 3C/min, iar rcirea sticlelor
cu bere pasteurizat cu 2C/min, pentru a evita spargerea sticlelor.
Pasteurizarea berii n flux (flash pasteurization) se face n instalaii de
pasteurizare cu pasteurizator cu plci, necesitnd un spaiu relativ mare de
amplasare . berea iese din pasteurizator cu temperatura de 4C i poate fi
mbuteliat fr probleme.
Meninerea saturaiei n CO2, n timpul pasteurizrii, se face cu ajutorul unei
pompe de presiune nalt, care asigur presiuni de 12 bar. Circa 50% din microflora
strin este introdus n bere n timpul tragerii berii n ambalaje de aceea
pasteurizarea n flux a berii nu garanteaz c asigur stabilizarea biologic a
acesteia, reuita pasteurizrii n flux fiind condiionat de sterilitatea ambalajelor
pentru bere i de igiena perfect a aparatelor de tragere.
Umplerea la cald a berii este o alternativ la stabilizarea biologic a berii.
Instalaia conine, n principal, un pasteurizator cu plci, n care berea este
pasteurizat n flux la 68-75C. berea iese cald din pasteurizator i este mbuteliat
n sticlele, care ies de asemenea, calde (40C) din maina de splat sticle, cltirea
lor fcndu-se cu ap cald.
Pentru a menine saturarea berii in CO2 la temperatura ridicat de mbuteliere
i pentru evitarea spumrii sunt necesare presiuni de 8-10 bar[1].
Variaia temperaturii n acest caz este urmtoarea: n maina de mbuteliat
72C, n sticl, 68-70C, la capsulare, 62-65C, la introducerea sticlei n ambalaj, 50-
55C. La umplerea la cald, spaiul gol din gtul sticlei este mai mic dect la
mbutelierea la rece. Pentru a reduce absorbia de O2, n bere este necesar ca
naintea mbutelierii s se evacueze aerul din sticl i n ea s se creeze presiune cu
CO2.