08 Pasteurizacion

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PASTEURIZACION

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Pasteurización

• Objetivos

– Estabilizar la cerveza biológicamente por medio de

temperatura y tiempo

– Optimizar los parámetros de temperatura y tiempo

para evitar deterioro en la calidad de la cerveza

– La tecnología y equipo a ser usado debe tomar en

cuenta:

• Calidad del producto final

• Acoplamiento a la línea de envase

• Costo adicional del proceso

• Retorno a la inversión del equipo

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Pasteurización

• Teoría

– Un poco de historia….por miles de años la cerveza fue una industria local. El producto solo podía ser vendido a distancias cortas de la cervecería por causa de la estabilidad biológica

– En 1870 Louis Pasteur descubre que al calentar la cerveza a cierta temperatura, los microorganismos presentes mueren y la cerveza puede durar mayor tiempo sin dañarse

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Pasteurización

• Teoría

– El crecimiento y consolidación de la industria

determina el desenvolvimiento de tecnologías

para estabilizar la cerveza y poder enviar el

producto a zonas más alejadas

– El mercado de cerveza en botella crece por el

invento de la tapa corona: 1892

– Adolphus Busch usa la primera

Pasteurizadora en 1899

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Pasteurización

• Teoría

– Estabilidad biológica

• Cerveza como medio de cultivo, pH, CO2,

• Solo ciertos microorganismos crecen en cerveza

• Levaduras; del cultivo puro o salvajes

• Bacterias anaeróbicas

• Microorganismos alteran el sabor y causan

turbidez : lactobacilus, pediococus

• Métodos: pasteurización del liquido en el envase,

pasteurización del liquido solo (flash), filtración

absoluta y adición de productos químicos

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Pasteurización

• Teoría

– Cada microorganismo tiene una temperatura

especifica de mortalidad

– El tiempo y temperatura de pasteurización

varia de acuerdo al producto

– Tiempo y temperatura=energía cinética

produce reacciones que cambian el sabor y

color y producen sedimentaciones en el

liquido

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Pasteurización

PRODUCTO TEMPERATURA TIEMPO

Cerveza 60 grados C 1-2 minutos

Jugo manzana 60 grados C 30 minutos

Leche 62 grados C 30 minutos

Cangrejo 63 grados C 30 minutos

Helado de crema 71 grados C 30 minutos

Crema de leche 71 grados C 30 minutos

Jugo de uva 77 grados C 30 minutos

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Pasteurización

• Teoría– El principal objetivo de la pasteurización de cerveza

es matar los microorganismos

– Levadura que no fue removida durante la filtración puede continuar la fermentación en la botella y cambiar la atenuación , sabor y causar turbidez

– Infecciones de lacto bacilos y pedio cocos durante el proceso cambian el pH e incrementan el acido láctico y diacetilo

– Durante el envasado microorganismos pueden ser introducidos por medio del CO2, aire o en los envases y tapa coronas (las botellas lavadas no son estériles)

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Pasteurización

• Microorganismos considerados indeseables en

la cerveza

– Lactobacillus

• Produce acido láctico, sabor a leche agria, bajo pH

• Forma de bastoncitos

• Presente en todo el medio ambiente

– Pediococcus

• Produce diacetilo, sabor a mantequilla rancia

• Pequeños cocos en conjuntos de cuatro

• Presente en majada de caballos, medio ambiente

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Pasteurización

– Acetobacter

• Produce acido acético, sabor a vinagre

• Mas común en el vino

• Presente en el medio ambiente

– Enterobacter

• Produce Dimetil sulfuro, sabor a maíz cocinado

• Presente en el medio ambiente

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Pasteurización

• Relación de tiempo y temperatura

– La mortalidad de los microorganismos es

directamente proporcional a la temperatura y

tiempo. A mayor T y mayor t mayor

mortalidad

– El sabor de la cerveza es indirectamente

proporcional a la temperatura y tiempo. A

mayor T y mayor t menor es la calidad y

sabor

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Pasteurización

Relación de tiempo y temperatura con la

Cantidad de microorganismos sobrevivientes

52° C

55° C

57° C

60° C

Tiempo (Minutos)

Ba

cte

ria

re

ma

ne

nte

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Pasteurización

• En el gráfico anterior observamos que a mayor tiempo

menor número de bacterias sobreviven

• También vemos que a mayor temperatura más rápido

se reducen los microorganismos

• En la pasteurización de cerveza la temperatura

estándar es 140°F o 60°C. En un minuto a esta

temperatura el número de microorganismos se reduce

en 90%

• Un minuto a 60°C se conoce como 1 UP (unidad de

pasteurización) o PU

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Pasteurización

• Unidades de Pasteurización

– A mayor número de UP’s menor número de

microorganismos

– Diferentes tipos de cerveza requieren

diferentes UP’s

– El rango usado en cervezas es de 9 a 30 UP

– Hay que anotar que el número de

microorganismos remanente depende de:

• El número con el que comenzamos

• Cuantas UP’s se aplicaron a la cerveza

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Pasteurización

• Unidades de Pasteurización

– Una UP (Unidad de Pasteurización) puede se

expresada matemáticamente de la siguiente

forma:

UP x t =

– Veamos el número de UP’s a tres temperaturas

• 1 min. @ 60°C = 1 UP

• 1 min. @ 65°C = 6.3 UP

• 1 min. @ 54°C = 0.15 UP

1

Log -1 (60-T)Z

t= minutos

T= Temperatura en °C

Z= 12.5 gradiente de la curva letal

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Pasteurización

• Cerveza sin alcohol

– Alcohol ayuda a inhibir microorganismos

– Cerveza sin alcohol requiere un mayor

número de UP’s

– Bebidas con alto contenido de azucares y

saborizantes son más susceptibles a

microorganismos y requiere mayor número de

UP’s y en algunos casos adición de

conservantes como benzoato de sodio

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Pasteurización

“Punto frío”

Al calentar, las

corrientes térmicas

empujan el liquido mas

frío hacia abajo/centro

Temperatura

uniforme fría

La medición de la temperatura de pasteurización debe se en el “punto frío”

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EQUIPO

• Pasteurizadores de Túnel

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Pasteurizadora de Túnel

• Usada para matar los microorganismos en el

producto envasado en botellas o latas

• Es un proceso continuo en base de tiempo y

temperatura

• El envase es gradualmente calentado hasta

llegar a la temperatura especifica letal, es

mantenida por algunos minutos y luego enfriada

para terminar con una temperatura en la cual la

cerveza no sufra deterioro

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Pasteurización

• Pasteurización con intercambiador o “Flash”

•Usada para pasteurizar el liquido antes

de ser envasado

•La cerveza pasa a través de un inter-

cambiador de calor

•Temperaturas elevadas de hasta 80°C

•Tiempo de exposición 10 a 20 segundos

•Efectivo solo para el liquido

•No elimina contaminación del envase

•Necesita poco espacio y es menos cos-

toso que un túnel

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Pasteurización

• Pasteurización con intercambiador o “Flash”

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Pasteurizadora/ Diseño

• Equipo es normalmente de acero inoxidable y puede ser de un piso o doble piso

• Las botellas son acumuladas sobre el medio de transporte y calentadas gradualmente por medio de duchas de agua caliente en las zonas de pre-calentado hasta llegar a la temperatura deseada

• Luego entran en la zona de pasteurización donde la temperatura es mantenida de acuerdo a las UP’s requeridas

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Típico túnel de pasteurización

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PASTEURIZACION ENFRIAMIENTOPRE CALENTAMIENTO

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• Principio de Transferencia de Calor

– Para elevar la temperatura de 1 Kg. de

cerveza 1 grado Centígrado se requiere 1

Kcal. (cantidad de energía calorífica)

• El número de Kcal. necesarias es determinado por

la masa de la cerveza y la diferencia de

temperatura entre la salida y la entrada

Q = m c (t2 – t1)

.

.

Q = Cantidad de calor

m = Masa en Kg.

c = calor especifico

t = temperatura en °C

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– El vidrio de la botella debe conducir la cantidad de

calor a la cerveza para obtener la temperatura

deseada

• H = K A (t2 -t1)

L

– El total de Kcal. necesarias en la pasteurizadora será

la suma de Q y H más todas las perdidas de calor en

el proceso

H=Cantidad de calor

K=Coeficiente de conductibilidad

A=Superficie de la botella

t=Temperatura

L=Espesor de la pared del envase

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• Transferencia de Calor

– La energía calorífica para calentar el agua de

las diferentes zonas proviene de vapor

– Vapor puede se usado con intercambiadores

o directamente en los tanques de agua

– Pre calentamiento y enfriamiento es por

medio de regeneración. El agua que enfría

las botellas calientes es usada para pre

calentar las botellas frías. El agua usada para

pre calentar las botellas frías es usada para

enfriar las botellas calientes

©2010 Altamira LLC Diagrama de Regeneración

t=1° C

Botellas

t= 21°a 32°C

Botellas

Las Kcal./HL se incrementan si la

temperatura de salida sube

Alta

Temperatura

Pre

CalentamientoEnfriamiento

Energia para enfriamientoEnergia para pre calentamientoVapor


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• Sistema de Duchas

– Múltiples zonas de regeneración

– Zonas de calentamiento independientes

– Intercambio de calor de la cerveza fría que entra y la

caliente que sale

– Agua se calienta al enfriar la cerveza caliente y es

usada para pre calentar en la primera zona

– Las zonas de calentamiento y pasteurización son

independientes

– Cada zona tiene un tanque y bomba independiente. En

nuevos modelos hay un solo tanque con mezcladores

de agua para cada zona

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• Sistema de Duchas

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• Sistema de Vapor

– Diseños antiguos tienen intercambiadores y zonas

separadas

– Algunas máquinas tienen inyección de vapor directo

– Las nuevas máquinas utilizan un tanque único de agua

con mezcladores

– El control de vapor es típicamente con un sistema de

algoritmo PID (Proporcional, Integral Derivativo)

– Trampas de vapor para remover el condensado

– Tanque de condensación con bomba en modelos

nuevos

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Agua caliente del intercambiador

o del tanque de agua caliente

Temperatura 80°C

PID

control

Transmisor de

temperatura

Temperatura de control

60°C

Zona de calentamiento•Control de vapor o agua

caliente con válvulas y PID

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Agua fríaAgua

caliente

80°Válvula de

calentamiento

Transmisor de

temperatura

PID

PID

Temp. calentamiento

Temp. enfriamiento Válvula

enfriamiento

2-4 °C


Zona de Regeneración• Control de temperatura

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• Instrumentación

– Transmisores de Temperatura

– Sensores de Presión

– Sensores de Nivel

– Válvulas de Control

– I/P o posicionadores


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• Acumulación de UP’s

– Las UP’s comienzan a acumularse efectivamente a

los 57°C

– Durante una parada de 20 min. solo en la zona de

pasteurización se acumulan 20 UP’s

– Máquinas están diseñadas para mantener un balance

de energía durante operación continua

– En esta condición la máquina debe consumir muy

poca agua y energía

• Consumo excesivo de agua o energía demuestran

problemas mecánicos o de control en la máquina

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• Sistemas de Control de UP’s

– El objetivo es obtener las unidades deseadas en el

“punto frío” de la botella y minimizar el aumento de

UP’s durante paradas que afectan el sabor de la

cerveza

– El método mas simple, durante paradas, es parar las

duchas de las zonas calientes y abrir las tapas

superiores

– Adicionalmente se puede introducir agua fresca

– Los sistemas son complejos y requieren de

instrumentación y programación adecuada

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• Transporte y movimiento de los envases

– Movimiento excéntrico con platinas

– Malla de acero inoxidable

– Malla de plástico

– Guías laterales

– Guías de retorno deben

soportar la malla adecuadamente

– Velocidad del transporte es importante

para obtener las UP’s deseadas

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Rexnord “Fortrex”

Cadena inoxidable con

rodillos plásticos

Stainless Steel “eyelink” Belts

Cadena de acero inox. Sin partes

plásticas

Regina “3120” Malla de

plástico

Totalmente plástica

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VFD

PLC PID

Encoders

Velocidad de la malla

0.3-0.6 m/min.

VFD

PLC PID

Motores

principales

Motores

principales


Control de Velocidad

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Codificador de velocidad


Control de Velocidad

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Pasteurizadora/Operación

• Máquina– Suficiente cobertura de las duchas en todas la zonas

– Amplia separación de duchas entre zona y zona

– Alineación de los ejes y la catenaria de la malla

– Preciso control de la velocidad del transporte

– Robusta fabricación de guías laterales y soportes de retorno de la malla

– Transición entre malla y cadenas de entrada y salida sin tropiezos

– Calibración adecuada de válvulas e instrumentos

– Pérdida minima de agua y vapor

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• Métodos

– Programa de tratamiento de agua

– Programa de limpieza

– Programa de mantenimiento preventivo• Lubricación

• Revisión de la malla, soportes y catenaria

• Moto-reductores y desgaste de piezas en movimiento

• Calibración de instrumentos

• Documentación y revisión de parámetros de base


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• Métodos

– Manual de Procedimientos de Operación

• Programa de limpieza de la pasteurizadora

• Frecuencia de la limpieza de los filtros de tanques

• Procedimientos para cambio de marca/envase

• Procedimientos para verificar UP’s y temperatura

• Revisión de duchas

• Chequeo de los filtros y limpieza de los tanques

• Frecuencia del chequeo de temperatura y presión

• Verificación y chequeo de velocidad

• Protocolo para notificación a administración


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• Tratamiento de agua de la pasteurizadora

– Biocida para control de olor y biomasa

• Productos: hipoclorito o bromuro de sodio

• Uso: en los tanques de la pasteurizadora

– Inhibidor de corrosión, incrustación y

manchas

• Productos: poli fosfatos con niveles de 5ppm

Soda cáustica para mantener pH entre 8 a 9

Molibdenitos y silicatos dependiendo de las

restricciones del efluente

– Sistemas automáticos de dosificación


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Sin tratamiento

de agua!


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• Miembros del Equipo

– Operadores y lideres entrenados en la teoría,

funcionamiento y mantenimiento de la

máquina

– Técnicos entrenados en la teoría y ejecución

de mantenimiento preventivo

– Operadores y técnicos entrenados en

solución de problemas


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• Materiales

– Problemas de rotura de vidrio

– Dosificación de aditivos en el agua

– Calidad del agua


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Pasteurización

Item Tunnel Flash

Beer flavor No perceptible difference No perceptible difference

Foot print Slightly larger than flash

pasteurizer alone

Similar when considering filling room

and bottle warmer requirement

Operation Less complicated More complicated – significant aseptic

preparation time required

Aseptic filling Not required Aseptic filling room and operation

required

Micro risk No micro risk Greater micro risk

Process loss Minimal Greater due to filler stoppages

Energy use More than flash pasteurizer

alone

Total use is similar or greater when

consider filler room and warmer

Cost More than flash pasteurizer

alone

Total cost is greater when consider

filler room and warmer

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