TEHNICI DE IGIENIZARE

A LAPTELUI

Igienizarea = operaţiunea de eliminare a microorganismelor din masa laptelui

Trei grupe de procedee, toate bazate pe principiul abiozei:

Procedee fizice termoabioza (distrugerea microorganismelor cu ajutorul temperaturii) radioabioza (distrugerea cu radiaţii) atermoabioza (distrugerea cu presiuni înalte)

Procedee chimice antiseptoabioza - distrugerea cu substanţe chimice

Procedee mecanice sestoabioza (îndepărtare prin filtrare centrifugantă) bactofugoabioza (îndepărtare prin centrifugare)

Procedee fizice de igienizare

1.PASTEURIZAREA

Tratament termic de stabilizare parţială a laptelui

Asigură numai dispariţia microorganismelor patogene şi a

celei mai mari părţi din microflora de alterare

Produsul pasteurizat are o stabilitate ridicată, dar limitată în

timp (nu sunt distruse toate microorganismelor)

Necesită anumite precauţii la depozitare

Durata de păstrare a laptelui pasteurizat (perioada dintre obţinere

şi până când nu mai este acceptat la consum) depinde de:

prezenţa în laptele crud a bacteriilor termodurice (se dezvoltă şi la temperaturi de refrigerare); infestarea post-pasteurizare cu bacterii din mediul specific unităţii de procesare; temperatura obişnuită de păstrare a laptelelui pasteurizat este +2...+8oC, ceea ce reduce timpul de garanţie, pentru că temperatura ideală este de +1...+2oC; prezenţa în laptele pasteurizat a unor enzime stabile termic, deşi bacteriile care le-au produs au fost distruse de pasteurizare; pomparea laptelui prin conducte duce la modificarea integrităţii globulelor de grăsime, iar pasteurizarea inactivează lipazele din membranele deteriorate ale globulelor; temperaturile de pasteurizare mai mari de +75oC activează sporii bacteriilor, care germinează în forme vegetative la depozitare

Regimul de pasteurizare=o anumită combinaţie temperatură/timp:

eficientă pentru distrugerea microorganismelor, indiferent de

termorezistenţa lor

minimizarea efectului căldurii asupra calităţilor senzoriale şi

nutritive ale laptelui

Condiţii:

încălzirea să fie omogenă în toată masa laptelui

să se realizeze în absenţa aerului (influenţa negativă a

oxigenului asupra lipidelor şi vitaminelor)

Metode de pasteurizare:

Pasteurizarea joasă (de durată)

încălzirea laptelui la +63...+65oC şi menţinerea la această

temperatură timp de 30-35 minute

în vane cu încălzire în manta

este discontinuă şi lentă

nu modifică decât extrem de puţin proprietăţile laptelui

bune rezultate la pasteurizarea laptelui destinat obţinerii de

brânzeturi

Pasteurizarea înaltă (HTST) menţinerea laptelui timp de 15 secunde, la +72oC în „serpentina de menţinere” din afara pasteurizatorului cu plăci

Avantaje:se pot trata cantităţi mari de lapte în flux continuuîncălzire omogenă, fără supraîncălziri localese lucrează în sistem închis, în absenţa aeruluiinstalaţia are un coeficient mare de transfer de căldură şi de

recuperare a acesteiaspălarea şi dezinfecţia se fac uşor şi cu maximă eficienţăcapacitatea pasteurizatorului poate fi modificată prin variaţia

numărului de plăcieficienţa împotriva formelor vegetative este de 99,9%.

Pasteurizarea sub vid (vacreaţie)

Se realizează într-o instalaţie (vacreator) cu 4 componente sub vid

ce asigură pasteurizarea şi dezodorizarea laptelui sau a smântânii

Pasteurizarea = prin injectare de abur la +92..+95oC, în

condiţiile unei depresiuni (vid) de 500-600 mmHg

Dezodorizarea = prin antrenarea substanţelor volatile de

către vaporii de apă rezultaţi

2. STERILIZAREA

Distruge formele vegetative şi sporii microorganismelor

Asigură laptelui o stabilitate de foarte lungă durată

La stabilirea unui regim corect de sterilizare, este necesar a se

lua în considerare 2 aspecte:

efectul sporicid, este asigurat numai de un anumit timp de

sterilizare, la o anumită temperatură letală;

viteza de acţiune a temperaturii asupra proprietăţilor

senzoriale şi nutritive ale laptelui.

conform regulii lui Van't Hoff (legea Q10), efectul de

distrugere a bacteriilor şi sporilor este mult mai rapid

decât modificarea componentelor laptelui

Procedee de sterilizare: tip discontinuu (clasică) şi tip continuu:

Procedeul clasic de sterilizare (discontinuu) Tratarea laptelui (ambalat în recipiente închise ermetic) cu

temperaturi de +115....+130oC, timp de 20-50 minute

Dezavantaje:brunificarea laptelui (consecinţă a reacţiilor Maillard)denaturarea proteinelor serice cu formarea de grupări SH-

(apare gustul de „fiert”)oxidarea lipidelor de către oxigenul rămas în lapte la

îmbuteliere (apare gustul de „oxidat”)scăderea valorii nutritive (prin diminuarea conţinutului de

vitamine, mai ales B6, acid ascorbic, B2, B12 şi acidul

xantotenic)

Procedeul continuu (U.H.T.)

Încălzire la +140...+150oC timp de 4-8 sec. (şi chiar mai puţin)

Răcirea la +20....+25oC

Ambalarea în condiţii aseptice

poate apare gustul şi mirosul de „fiert” şi mirosul de H2S,

care dispar în câteva ore de la depozitarea laptelui

laptele UHT se brunifică foarte puţin

valoarea nutritivă este extrem de puţin modificată

este exclusă influenţa ulterioară a luminii asupra produsului

(ambalare se face în recipiente opace)

Defecte care pot apare pe timpul depozitării laptelui sterilizat UHT:

separarea grăsimii (consecinţa temperaturii ridicate asupra

membranei globulelor de grăsime)

înainte de tratare, laptele se preâncălzeşte la +65….

+70oC şi apoi se omogenizează (obligatoriu)

gelatinizarea proteinelor (pierderea stabilităţii coloidale a

micelelor de cazeină şi formarea unei reţele tridimensionale);

formarea de sediment (precipitarea unor proteine şi a

fosfatului tricalcic insolubil)

Defectele pot fi diminuate prin atingerea temperaturii de

sterilizarea într-un timp cât mai scurt (sub 2 secunde)

Sisteme de tratament UHT:Sistemul cu încălzire indirectă - în schimbătoare de căldură, în special cu plăci:

Instalaţia „Sterideal Stork”:omogenizare la temperatura de +45oCpreâncălzirea laptelui la +90oCsterilizarea la +135....+145oC timp de 5-20 secundeambalarea

instalaţia „APV-Ultramatic”:încălzire-menţinere la +80....+85oC timp de 6 minuteomogenizaresterilizare la +135oCrăcire la +10...+15oCambalare aseptică

Sistemul cu încălzirea directă:

Prin injectare de abur în lapte („uperizare”)

Prin pulverizarea laptelui într-o incintă cu abur

Instalaţia „Vacutherm VTIS”:

încălzirea laptelui până la +75oC (într-un schimbător cu plăci)

încălzirea directă cu abur la +140oC

menţinerea la această temperatură timp de 3-4 secunde

răcirea prin detentă la +76...+77oC

omogenizarea aseptică la presiunea de 180-250 bar

răcirea la +20...+25oC

răcirea finală la +10...+15oC

ambalarea aseptică

3. IGIENIZARE CU MICROUNDE

Este o încălzire de volum

Se bazează pe:

proprietăţile dielectrice, fizice şi termofizice ale laptelui

(conductivitate dielectrică, constanta dielectrică, densitate,

temperatură, conductivitate, capacitate termică de masă)

proprietăţile sursei (frecvenţă şi putere)

proprietăţile ambalajului (formă, dimensiuni, tip de material)

Componenţa instalaţiei: generator (transformă energia electrică în microunde) sistem de ghidare cu microunde incinta de tratareproduce microunde cu o frecvenţă de 915-2450 MHz

Pasteurizarea (pe lapte ambalat) - la o temperatură minimă de

+70oC şi la presiune atmosferică

Sterilizarea - se realizează într-o instalaţie cu 6 zone:1 (zona de comprimare) - ambalajele cu lapte sunt supuse

unei suprapresiuni de 2,5 atm.;2 (zona de tratare cu microunde) - echipată cu magnetroane

de 1,9kW şi 2450 MHz; produsul staţionează 8-12 minute;3 (zona de echilibrare) - se introduce aer cald, iar produsul

se menţine 2-3 minute;4 (zona de menţinere) - la +127oC, timp de 5-8 minute;5 (faza de răcire) - în aer rece, timp de 8-12 minute, până la

temperatura de +50...+55oC;6 (zona de decompresie)

4. IGIENIZARE PRIN ÎNCĂLZIRE OHMICĂ

Aplicabilitatea depinde de conductivitatea electrică a produsului

Trecerea unui curent alternativ (50-60 Hz) prin masa produsului

Instalaţia de igienizare prin încălzire ohmică: încălzitor cu 7 electrozi serpentină pentru menţinerea temperaturii răcitor tubular rezervor aseptic pentru produsul tratat

Instalaţia poate realiza:

pasteurizare (la +90...+95oc şi presiunea de 2 bar)

sterilizare (la +120...+140oC şi presiunea de 4 bar)

5.IGIENIZAREA PRIN ACTINIZARE (procedeul Stoutz)

Expunerea laptelui la acţiunea combinată a radiaţiilor UV, IR şi luminoase

Efect distructiv de 100% asupra bacteriilor patogene, coliforme şi indologene

Laptele se îmbogăţeşte în vitamina D (acţiunea radiaţiilor UV asupra ergosteronului din lapte)

Nu apare gustul de „fiert” în produs

Se poate trata chiar şi laptele cu aciditate mare (cca. 30oT)

Consum de energie foarte redus (cca. 12 w / l)

6. IGIENIZARE CU RADIAŢII UV

Se utilizează radiaţii UV-C (mai ales cele cu lungimea de undă=240nm) = puternică acţiune batericidă şi germicidă

Efectul letal depinde de doză şi durată

Căi de acţiune: inhibarea enzimelor care conţin grupări SH- active acţiunea unor produşi de radioliză ai apei dezorganizarea structurii proteinelor slăbirea legăturilor de hidrogen

Acţiunea sterilizantă se exprimă prin „unitate U” = efectul unei doze de 10 μw / cm2, timp de 60 secunde

Radiaţiile UV au putere redusă de penetrare = se folosesc la sterilizarea în strat subţire a laptelui şi în combinaţie cu frigul

7. IGIENIZARE CU RADIAŢII IONIZANTE

Se aplică numai după ambalarea laptelui

Efectul asupra microorganismelor: ruperea moleculelor de ADN deteriorarea proteinelor şi lipidelor din membrana şi citoplasma micoorganismelor degradarea enzimelor

Sursele de radiaţii ionizante sunt reprezentate de radioizotopii artificiali de Co60 şi Cs137, administraţi în următoarele doze:

1-4 kGy = pentru distrugerea microorganismelor patogene (radicidaţie) 1-6 kGy = pentru eliminarea formelor vegetative ale microorganismelor de alterare (radiopasteurizare) 15-60 kGy = pentru eliminarea formelor vegetative şi a sporilor (radiosterilizare)

8. IGIENIZARE ÎN CÂMP ELECTRIC PULSATORIU DE ÎNALTĂ INTENSITATE (PEF)

Modificări ireversibile în membrana celulară a microorganismelor sau chiar distrugerea acesteia

Sporii sunt distruşi de către produşii de electroliză rezultaţi

Efectul depinde de intensitatea câmpului şi durata tratamentului

Se utilizează câmpuri electrice pulsatorii cu intensitate de 16-75 kv/cm, ce emit 10-32 impulsuri, fiecare cu o durată de 2μs

Fiecare impuls creşte temperatura laptelui cu cca. 0,3oC

Instalaţia PEF pentru pasteurizarea/sterilizarea laptelui: generator de impulsuri de înaltă tensiune camera propriu-zisă de tratare camera de răcire camera de depozitare a produsului tratat

9. IGIENIZARE PRIN ÎNCĂLZIRE INDIRECTĂ CU EFECT JOULE (ACTIJOULE)

Principiul metodei = energia calorică generată de efectul Joule

în masa unui tub metalic este transmisă prin convecţie forţată

lichidului care circulă prin tub

Componenţa instalaţiei: un bloc de încălzire format din ţevi inox

dispuse spiralat-zona de tratare şi unite prin coturi de aluminiu-

zona neâncălzită

Încălzirea ţevilor inox: 3 rezistenţe electrice, alimentate în

triunghi de un transformator (de la 360 v, la 36 v)

10. IGIENIZARE CU CÂMP MAGNETIC (static-SMF sau oscilant-OMF)

Efectul asupra microorganismelor: deteriorarea membranelor celulare ruperea legăturilor covalente de ADN modificarea sintezei de ADN modificarea fluxului de ioni (mai ales de Ca2+) prin membranele celulare

La distrugerea microorganismelor, pe lângă câmpul magnetic, acţionează şi câmpul electric indus

Inactivarea microorganismelor se face în câmpuri magnetice pulsatorii scurte

Un singur impuls (cu frecvenţa de 500 kHz) reduce numărul de microorganisme cu cel puţin 2 cicluri logaritmice

Numai pe lapte ambalat în recipiente flexibile din plastic

11. IGIENIZARE CU PRESIUNI ÎNALTE

Necesită presiuni de 4.000 - 10.000 bar

Efecte:

modificarea permeabilităţii membranelor celulare

inactivarea enzimelor

Laptele poate fi igienizat în vrac, la temperaturi de +50...+60oC

Instalaţii:

cu funcţionare semicontinuă

cu funcţionare continuă

Procedee chimice de igienizare

Tratarea laptelui cu antibiotice

Eficientă din punct de vedere bactericid

Practică interzisă:

apariţia antibiorezistenţei la consumatori

inactivarea culturilor starter din laptele destinat obţinerii

de produse lactate supuse fermentării

Tratarea laptelui cu apa oxigenată (H2O2): Frecvent folosită în unele ţări În România se consideră falsificare Puternic efect bactericid şi bacteriostatic asupra microorganismelor (sporulate şi nesporulate)

microorganismele nu mai secretă catalază la doza de 0,08% H2O2 (temperatura de +45...+55oC şi durata de 30 minute)

pentru distrugerea totală a lui Mycobacterium tuberculosis: doza = 0,115% (aceeaşi temperatură şi timp de acţiune)

la sfârşitul tratamentului, apa oxigenată trebuie descompusă prin adaos de catalază

metoda („procedeu peroxicatalazic”-POK) se aplică laptelui provenit de la animalele hrănite cu furaje însilozate (distruge bacteriile butirice responsabile de balonarea brânzeturilor)

Avantajele metodei POK:

acţiune selectivă asupra microorganismelor (sunt

distruse preponderent bacteriile anaerobe)

menţinerea activităţii enzimelor proprii laptelui (sunt utile

în maturarea brânzeturilor)

creşte capacitatea de hidratare a proteinelor (obţinerea

de brânzeturi cu pastă mai elastică)

Dezavantajele utilizării apei oxigenate:

întârzie coagularea laptelui destinat brânzeturilor

creşte durata de fabricaţie

mărirea costurile de producţie

Procedee mecanice de igienizare

Îndepărtarea microorganismelor din lapte:

filtrare sterilizantă (sestoabioza)

centrifugare (bactofugoabioza)

Batctofugaţia

Metodă foarte răspândită

Bazată pe diferenţa de greutate specifică dintre

microorganisme şi lapte

Mai eficientă asupra sporilor (greutate specifică mai mare)

decât asupra formelor vegetative

La centrifugare rezultă o fracţiune concentrată = bactofugat: cca. 2-3% din total lapte degresat conţine microorganisme şi fracţiuni proteice din lapte

Tratarea bactofugatului:

încălzire la +70...+75oC

sterilizare la +130...+140oC, timp de 3-4 secunde

răcire

combinarea bactofugatului cu laptele bactofugat

(operaţiunea nu afectează proprietăţile lui tehnologice)

Batctofugaţia laptelui de bacterii butirice:

încălzire la +63oC timp de câteva secunde

normalizare la conţinutul dorit de grăsime

bactofugare (se elimină 85-87% din flora butirică)

tehnica se foloseşte în Franţa pentru brânza Emmental

(laptele trebuie să-şi menţină fosfataza alcalină proprie, cu rol

în maturarea brânzei)

Bactoepuraţia spontană La smântânire, sporii bacteriilor butirice din lapte se

concentrează în stratul superior al fazei grase

Smântânirea naturală: în recipiente izolate termic

de formă cilindrică şi cu partea inferioară conică permit evacuarea pe înălţime a fazei grase şi a celei

degresate

Laptele pasteurizat şi răcit rapid la +2...+4oC are un randament

de smântânire mai bun cu 10-20% decât laptele crud şi răcit

Eficacitatea este invers proporţională cu înălţimea vasului

Instalaţia industrială pentru igienizarea mecanică a laptelui, combină bactoepuraţia spontană-smântânirea cu bactofugaţia

fazei grase

Etapa I smântânirea spontană a laptelui se separă cca. 30% din faza grasă (raportată la total lapte) eliminarea a cca. 90% din sporii butirici condiţii:

laptele să nu fie agitat mecanicsmântânirea să dureze 18 oreînălţimea vasului = 4m

Etapa a II-a bactofugaţia fazei grase = într-o singură treaptă (se elimină 88% din bacteriile butirice) sau în 2 trepte (se elimină 93%)