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.