ESTERILIZACIN DE LECHE Y PRODCUTOS LCTEOS

INTRODUCCINPara lograr una alta capacidad de conservacin se ha de someter el producto a un tratamiento trmico, donde se alcance la destruccin de la totalidad de los microorganismos presentes. La esterilizacin permite la destruccin, a ser posible, de todas las formas vegetativas y de resistencia de los microorganismos, en especial de los patgenos como los Bacilos y los Clostridios.Pese a haber sometido la leche a un proceso de precalentamiento, y por tanto est casi libre de grmenes es absolutamente necesaria la esterilizacin posterior. La necesidad de esterilizar se debe a que la leche, en su recorrido haca la seccin de envasado, puede sufrir una nueva re contaminacin, ya que los envases no son estriles a las formas esporuladas como, por ejemplo los Bacilos y los Clostridios sobreviven al tratamiento de precalentamiento.Lo que pretende el proceso de esterilizacin es obtener productos con el mayor nivel de inocuidad para as garantizar al consumidor productos de alta calidad (Spreer, 1991).

OBJETIVOSObjetivo general Identificar los fundamentos, equipos, envases y parmetros operacionales de la esterilizacin por lotes para leche y productos lcteos.Objetivos especficos Dar a conocer los fundamentos del proceso de esterilizacin por lotes Identificar los equipos que se manejan en el de esterilizacin por lotes Enunciar los efectos producidos por la esterilizacin sobre la leche Equiparar los procesos llevados a cabo en la esterilizacin por lotes

GENERALIDADESFundamentos TericosEste mtodo se fundamenta en la eleccin de la relacin de temperatura tiempo al aplicar para eliminar la casi totalidad de los microorganismos capaces de desarrollarse en la leche, se han de tener en cuenta, distintos factores, a parte de las especies de microorganismos y la carga microbiana inicial, estos son: El tipo de sustancia que se quiere esterilizar. La modalidad de envasado y el tamao de los envases. El tiempo de conservacin que se pretende conseguir.La temperatura, en la prctica de los tratamientos de esterilizacin, supera siempre los 100C. El tiempo de exposicin al calor al aumentar la temperatura se reduce en forma de funcin potencial, que se expresa por el factor Q10. Sin embargo, cuando se esteriliza la leche ya envasada no se puede aplicar las altas temperaturas aplicadas en los procedimientos UHT. En este caso, y debido a que el envase retarda el traspaso del calor al producto y a que ste tarda ms tiempo en alcanzar la temperatura exigida, se han de incrementar notablemente los tiempos de exposicin al calor (Spreer, 1991).CONSIDERACIONES. La temperatura de esterilizacin no debe ser superior a 125C. Las relaciones de temperatura tiempo de esterilizacin ms aplicadas en la prctica son de 115C 125C durante 15 30 minutos.

La preesterilizacin se realiza habitualmente a 130-140C, manteniendo esta temperatura durante 3 4 segundos. Inmediatamente despus del calentamiento, la leche se enfra y despus es enviada al homogeneizador a 70-80C.Es conveniente que la esterilizacin vaya precedida por una pasteurizacin a alta temperatura o preesterilizacin, destinada a eliminar la mayora de los grmenes en condiciones trmicas ms tolerables. Es sabido que la intensidad y la duracin del calentamiento a que un medio tiene que ser sometido para su esterilizacin dependen, en cierta medida, de su poblacin microbiana y, especialmente, del nmero de esporos (Ventana, 1998).

ESTERILIZACINTratamiento trmico que consiste en la destruccin o eliminacin de cualquier tipo de vida microbiana de los materiales procesados, incluidas las esporas. El material crtico requiere indispensablemente conseguir la calidad de estril.

En la esterilizacin, a diferencia de la desinfeccin, no hay niveles, es decir; un producto est o no est estril. Teniendo en cuenta que es un concepto cualitativo, la esterilizacin ha de verificarse demostrando que todos los microorganismos vivos se han destruido. El proceso de esterilizacin verifica su eficacia utilizando, como indicadores, microorganismos en forma de esporas que suponen la mxima dificultad para el proceso de esterilizacin y que no son patgenos para el hombre.

LECHE ESTERILIZADA: Es el producto obtenido al someter la leche cruda o termizada, envasada hermticamente a una adecuada relacin de temperatura y tiempo 115C a 125C por 20 a 30 minutos, enfriada inmediatamente a temperatura ambiente.

El envase debe ser un recipiente con barreras a la luz, al oxgeno y la humedad, de tal forma que garantice la esterilidad comercial sin alterar de ninguna manera ni su valor nutritivo ni sus caractersticas fisicoqumicas y organolpticas. Se puede comercializar a temperatura ambiente. (Decreto 616 del 2006)

Los parmetros que se utilizan para evaluar el proceso de esterilizacin son:

Letalidad: Es el porcentaje de microorganismos responsables del deterioro del producto que han sido destruidos por el mtodo de esterilizacin, sirve como medida de esterilidad del producto.

Orden de muerte logartmica: esta velocidad destruccin sigue una reaccin de primer orden: cuando un alimento se caliente a una temperatura suficientemente elevada para la destruccin de microorganismos, se produce a periodos de tiempos fijos, siempre el mismo porcentaje de muerte, independientemente del nmero de microorganismos inicialmente presente.

Grafica

Del orden de muerte logartmica puede efectuarse dos deducciones importante. La primera es que, cuanto mayor es el numero de microorganismo presentes en el alimento ms tiempo se tardar el numero de supervivientes a un valor determinado. Y la segunda conclusin que se deduce es que, dado que la destruccin de los microorganismos sigue un orden logartmico, ni siquiera un tratamiento infinito destruira tericamente la totalidad de los microorganismos presentes. Por ello, los tratamientos van encaminados a reducir el nmero de los microorganismos supervivientes a un valor predeterminado.

Valor D: Es el tiempo de calentamiento necesario para la destruccin del 90% de los microorganismos presentes (reduccin del nmero de microorganismos por un factor de 10) (Fellows, 1994).Si se representa los valores D a diferentes temperaturas, frete a los distintos tiempos de reduccin decimal (TRD) se obtiene una curva cuya pendiente se le denomina valor Z que se define como el numero de grados centgrados necesarios para reducir a la decima parte el tiempo de reduccin decimal. Los valor D y Z se utilizan para caracterizas la resistencia frente al calor de una enzima, un microorganismo o un componente de un alimento.

FRACTORES QUE INFLUYEN

Tipo de microorganismo Condiciones de incubacin (Temperatura, Edad del cultivo, Medio de cultivo) Condiciones durante el tratamiento trmico (pH del aliento, Actividad de agua de los alimentos, composicin de los alimentos, Medios de cultivo, condiciones de incuvacion)

Grafica

Valor F: Tiempo que se requiere para la destruccin de todas las esporas a temperatura de 121 C (Fellows, 1994).

EFECTOS DE CALOR SOBRE LAS PROPIEDADES NUTRITIVAS Y ORGANOLPTICAS

La destruccin por calor de muchas vitaminas, pigmentos y compuestos aromticos, se comporta de forma semejante a la de los microorganismo que siguen una reaccin de primer orden en la tabla se mustran los valores D y Z correspondientes a algunas vitaminas y pigmentos. Por lo general, estos valores son mas elevados que los correspondientes a enzimas y microorganismos y es por ello que las caractersticas nutritivas y organolpticas de los alimentos soportan mejor los tratamientos mas cortos a temperaturas mas elevadas. Ello permite, por tanto, optimizar un tratamiento eligiendo una combinacin tiempo/temperatura (con la misma capacidad destructora para microorganismos y enzimas) que mejoren la retencin del valor nutritivo y mejoren las caractersticas organolpticas del alimento (Fellows, 1994).

Tabla

CARACTERSTICAS

Alta eficacia contra bactericidas, esporicidas, tuberculicidas, fungicidas, virucidas.

Rpida actividad para conseguir la esterilidad en el menor tiempo posible.

Gran poder de penetracin y difusin al interior de equipos.

Compatibilidad, No debe alterar la constitucin del material ni modificar el funcionamiento de los objetos esterilizados.

Ecoseguridad, ya que no daa el medio ambiente.

Adaptabilidad para usar en instalaciones grandes o pequeas.

Monitorizacin mediante controles fsicos, qumicos y biolgicos.

Eficacia y coste adecuado a los estndares establecidos en cada Unidad de Esterilizacin.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL METODO DE ESTERILIZACIONVENTAJAS: Previene la contaminacin del producto despus de envasado. Conservacin durante largos perodos sin refrigeracin, hasta seis meses. Producto estable DESVENTAJAS: Altera el equilibrio proteico y mineral. Destruye vitaminas, precipita las protenas del suero e inactiva enzimas. consumirse rpidamente. Baja Produccin

Mtodos y Sistemas de EsterilizacinTODO AGENTE SISTEMAMTODOAGENTESISTEMA

FsicoCalor secoEstufa poupinelle

Vapor aguaAutoclave de vapor

Radiaciones: Ionizantes (Rayos Gamma)No ionizantes (electrones)

Cmaras Industrialesmbito industrial

QumicoOxido de etilenoAutoclave de gas

Perxido de hidrgeno ionizado (Plasma-gas)Esterilizador cmaraPlasma-gas

Acido peracticoEsterilizador Acido peractico

Fsico-QumicoFormaldehdoEsterilizador vapor deformaldehdo

ESTERILIZACIN DE PRODUCTOS ENVASADOSFue ensayada por primea vez por Nicols Appert en el siglo XIX, que consigui la elaboracin de conservas estables envasadas en tarros de vidrio sellado, esta es la razn que habitualmente el tratamiento trmico de productos envasados en tarros de vidrio o en botes de hojalata se denomina apertizacin. La esterilizacin de los alimentos envasados exige unos tratamientos previos, antes del cerrado de los envases, para que la apertizacin se desarrolle en las condiciones adecuadas. Si los productos a tratar son slidos se deben escaldar para conseguir eliminar el aire ocluido en los tejidos y para que la operacin de tamao o troceado, el envase se llenara de un liquido de cobertura caliente para conseguir eliminar el aire presente, manteniendo as durante el procesado trmico la presin interna muy prxima a la del vapor de agua saturado y mejorando, al mismo tiempo, la transmisin de calor.Dependiendo de la produccin exigida, ser razonable plantear un sistema por cargas o en continuo. SISTEMAS DE ESTERILIZACION POR CARGASSe eligira un sistema por cargas cuando la fabrica produzca un numero de alimentos considerables de alimentos distintos, en envases diferentes y de tamaos variados, ya que solamente los sistemas por cargas tendrn la flexibilidad suficiente para responder de forma eficiente a las variaciones de tiempos y temperaturas de proceso que exige este tipo de trabajo (Casp, 1999). La esterilizacin por cargas se realiza en una autoclave que es un reciento, generalmente de forma cilndrica vertical u horizontal, capaz de soportar una presin interna mayor que la atmosfrica, en el que se colocan los envases a tratar (generalmente en unas cestas o jaulas) y que dispone de los adecuados sistemas de calefaccin, de enfriamiento y de control del proceso para que este se realice en las condiciones apropiadas. La primera operacin a realizar ser depositar los envases llenos de producto escaldado, cerrados en caliente para eliminar el aire interno en las cestas o jaulas. A continuacin se colocaran estas cestas en el interior del autoclave y se proceder a cerrar su puerta. El paso siguiente ser el de llevar el autoclave, cestas y envases a la temperatura del proceso y mantenerla constante durante el tiempo necesario. Transcurrido este tiempo se enfra todo el conjunto hasta una temperatura prxima pero superior a la ambiente (40C), se abre el autoclave y se descargan las cestas.En el mercado se encuentra un gran nmero de autoclaves, de tecnologas muy diferentes, en los que se pueden llevar a cabo un proceso como el descrito en el prrafo anterior. Para sistematizar el anlisis de estas maquinas se ha ordenado por el tipo de calefaccin que usan, ya que esta condiciona en gran medida sus dems caractersticas constructivas, su operacin y los productos para los que pueden utilizarse. Calentamiento por vapor de agua saturadoLa primera autoclave calentada por vapor saturado, producido por una fuente externa, fue inventado por A.K. Shiver en 1874, y operaba por cargas. Sin embargo, el uso de marmitas hermeticas calentadas por una fuente de calor externa, (lea o carbn), en las que la presin interna se eleva por encima de la atmosfrica gracias a la presin de vapor del agua depositada en su interior, es muy anterior; aunque su utilizacin hasta el siglo XIX fue muy peligrosa por la tendencia que demostraban esos recipientes a explotar. Desde esas fechas hasta nuestros das se han diseado, construido y en empleado una gran cantidad de autoclaves que operado con vapor de agua saturado, libre de aire, como fluido calefactor (Casp, 1999).Las autoclaves de este tipo, empleados por la industria cervecera, suelen ser de seccin circular y pueden estar dispuestos en posicin vertical u horizontal. Los envases se colocan en cestas, de geometra apropiada para el autoclave y de algo menos de 1 m3 de capacidad, dejados caer en ellas de forma desorganizada, o bien organizados en capas (con o sin separadores). Las autoclaves verticales tienen una tapa superior por la que se introducen las jaulas. En las autoclaves horizontales la puerta es frontal y las cestas se introducen sobre ruedas. En todo ellos el enfriamiento se realiza por emersin de las cestas en agua fra, ya sea dentro de la misma autoclave o en un recipiente exterior colocado en su proximidad.Estos autoclaves son maquinas relativamente sencillas de construccin, por lo que existe un nmero importante de fabricantes en todos los pases que tienen una industria cervecera desarrollada. Posiblemente el tamao mas utilizado sea el de una cesta, aun que tambin se producen de dos y tres cestas, fabricndose generalmente estos ltimos en posicin horizontal, ya que la posicin vertical para ms de dos cestas complica la operacin y compromete la homogeneidad del tratamiento trmico.En la figura 1 ese muestra el esquema de un autoclave vertical. Estos equipos constan fundamentalmente de: Una entrada de vapor (1), con un sistema de distribucin del mismo en el interior de autoclave (2) que asegure una buena homogeneidad de la temperatura. Unos sistemas de purga (3) que consigan evacuar todo el aire existente en el equipo antes de la puesta a presin. Un sistema desage (4) para eliminar los condensados y el agua de enfriamiento. Un sistema de entrada del agua para enfriamiento (5), cuando este enfriamiento se realice en su interior. Unos sistemas de control y medida: vlvula de regulacin de vapor (6), termmetro (7) y registro de temperatura (8), manmetro (9), vlvula de seguridad, etc. (Casp, 1999).

Figura 1: esquema de autoclave vertical calentando por vapor de agua saturadoLa operacin con estas autoclaves, como con cualquier otro sistema de esterilizacin de los que se describen ms adelante, debe asegurar la homogeneidad del tratamiento aplicado al lote de envases que se encuentra en su interior. Esta homogeneidad se conseguir cuando los factores de que depende la temperatura del centro trmico del alimento envasado se mantengan constantes en cualquiera de las posiciones dentro del recinto. Los factores mas importantes a considerar son la temperatura y el coeficiente superficial de transmisin de calor (coeficiente de pelcula). En el caso de calefaccin por condensacin de vapor de agua saturado, el coeficiente d pelcula que se alcanza es muy alto: 15000w.m-2.K-1, y la temperatura ser constante (la correspondiente a la presin de trabajo) siempre que el punto considerado este en contacto con el vapor de agua. Por tanto, si se pretende que el tratamiento sea homogneo, se debe conseguir que la superficie de todos los envases dispuestos en el interior de la autoclave este en contacto con el vapor de agua condensndose. Esto quiere decir que se debe eliminar todo el aire presente en el interior de recinto en el momento de iniciar la operacin (Casp, 1999).De acuerdo con lo dicho en el prrafo anterior, cada autoclave debe disponer de un eficiente sistema de venteo que asegure la eliminacin de todo el aire interior de la cascara. Durante el proceso de venteo las vlvulas y os purgadores se mantendrn abiertos para conseguir que el vapor a presin que se inyecta al autoclave se pierda por estos orificios arrastrando el aire interno con l. El diseo del autoclave (numero de purgadores y disposicin de los mismos, caudal y presin de vapor de entrada) y la disposicin de los envases en las cestas se debern estudiar con vistas a facilitar la eliminacin de las bolsas de aire del interior del recinto en el menor tiempo posible. El tiempo de puesta a rgimen no finalizara hasta que se haya eliminado todo este aire.Como ya se ha dicho anteriormente, el enfriado de los envases, despus de transcurrido el tiempo de proceso, puede realizarse en el interior o en el exterior de estos autoclaves. Si se produce en el interior se inundara el autoclave despus de haber abierto vlvulas y espitas para igualar la presin interna con la externa. Si el enfriamiento se debe realizar en el exterior, cuando las presiones internas y externas se hayan igualado se abrir la tapa y se extraer la cesta para introducirla a continuacin en agua fra durante el tiempo adecuado para conseguir la disminucin de la temperatura en el centro trmico hasta unos 40C.Calentamiento por mezcla de vapor de agua-aireEn los equipos descritos en el apartado anterior, la presin aplicada al exterior de los envases durante el proceso es la de saturacin de vapor de agua a la temperatura de trabajo, mientras que durante el enfriamiento la presin externa desciende hasta la atmosfrica. Si suponemos que se ha realizado un escaldado y llenado en caliente eficiente, la presin interna de los envases ser en todo momento muy prxima a la de saturacin del vapor de agua a la temperatura interior del producto. Esta temperatura ser inferior a la del recinto durante el calentamiento y una parte del tiempo de mantenimiento, igualndose con ellas en un determinado momento. Por lo tanto en estas dos fases, la presin en el interior de los envases ser inferior a ala del recinto. Sn embargo cuando comienza el enfriamiento lo primero que se produce es una brusca reduccin de la presin externa hasta alcanzar la atmosfrica, mientras el interior de los envases el producto aun se mantiene caliente y su presin por lo tanto elevada. Esta diferencia de presin exige una resistencia mecnica a los envases que no todos los materiales pueden proporcionar. De hecho, solo las hojalatas de suficiente grosor pueden trabajarse en estas condiciones, en los envases de vidrio saltan los cierres o incluso pueden llegar a estallar y lo envases de plstico se deforman primero para romperse a continuacin.Para la utilizacin de envases que no sean hojalata es necesario disponer de sistema de refrigeracin en los que se puede trabajar a contrapresin (con una presin de recinto superior a la de saturacin de vapor para la temperatura de trabajo). Esta contrapresin se puede conseguir con la inyeccin de aire comprimido. Los equipos que disponen de sistemas de inyeccin de aire comprimido permiten trabajar regulando por separado la presin y la temperatura, y as se podr mantener en cualquier momento una presin de recinto superior a la de saturacin de vapor de agua, por lo que siempre ser superior a la del interior del envase. En estas condiciones es posible la esterilizacin de los productos en cualquier tipo de envase, sin que su resistencia mecnica sea un factor limitante.La utilizacin de una mezcla de vapor de agua- aire para la calefaccin presenta adems la ventaja de hacer innecesaria la operacin de venteo, que era la mas critica en los sistemas que utilizan vapor saturado, sobre todo en los equipos horizontales de varias cestas (es necesario eliminar todo el aire del interior) que adems consume una cantidad importante de energa, ya que durante un tiempo se est perdiendo una fraccin considerable de vapor inyectado al autoclave, que se utiliza para el arrastre al exterior el aire interno (Casp, 1999).El problema ms importante de la utilizacin de la mezcla vapor-aire para la calefaccin es que su coeficiente de pelcula es menor que el de vapor de agua saturado condensndose y que adems es inversamente proporcional a la concentracin de aire en la mezcla. Esto ltimo significa que si se pretende una uniformidad en el tratamiento, se deber conseguir que la mezcla vapor-aire sea uniforme en todos los puntos del interior del recinto. Para conseguir esta homogeneidad industrialmente se emplean sistemas de conveccin forzada: un potente ventilador que hace circular el fluido calefactor por todo el autoclave en el que sean dispuesto unos deflectores para dirigir este flujo, como puede verse en la figura 2.

Figura 2: autoclave panini mod. Universal O.El ventilador situado en uno de los extremos de autoclave trabaja en aspiracin succionando la mezcla de aire vapor del centro del recinto y envindola al extremo contrario entre los deflectores y la carcasa. En esta figura tambin puede apreciarse el sistema de guas para mover las jaulas por el interior del autoclave y el sistema de duchas para el enfriamiento final.En la figura 3 se muestra el esquema de un autoclave horizontal de 4 jaulas que emplea este sistema de calefaccin.

Figura 3: esquema de funcionamiento de un autoclave horizontal calentado por mezcla vapor- aire.La calefaccin se consigue inyectando vapor de agua, que el potente ventilador instalado se encarga de mezclar con el aire del interior del recinto. Los condensados producidos durante el calentamiento permanecen en el interior de la carcasa y se emplean para el enfriamiento del producto pulverizndolos sobre el despus de haber sido enfriados en un cambiador de calor externo contra agua fra. La presin durante todo el proceso se mantiene en el nivel deseado por inyeccin de aire comprimido. En este equipo se puede tambin conseguir el enfriamiento por inmersin total o parcial en agua fra si es que este sistema se estima ms adecuado para el producto que se est tratando. Los autoclaves horizontales que utilizan este sistema de calefaccin se fabrican tambin rotatorios, lo que les permite la agitacin tapa-fondo-tapa de los envases durante su procesado.

Figura 4: agitacin tapa-fondo-tapaLa agitacin tapa-fondo-tapa consiste en la traslacin del envase sobre un eje perpendicular a su mxima longitud, de forma que en cada vuelta pasa dos veces de la posicin vertical a la horizontal, como puede verse e la figura 4. Con este sistema y regulando la velocidad de giro segn la consistencia del producto, se puede conseguir que la burbuja correspondiente al espacio en cabeza pase por el centro geomtrico del envase, obtenindose as el mayor acercamiento de toda la masa del producto a las paredes del recipiente. La esterilizacin con agitacin es adecuada para acelerar la penetracin de calor, y por lo tanto conseguir un tratamiento ms corto y ms uniforme, en productos viscosos o semislidos de gran consistencia, cuya calidad se vea afectada por un calentamiento excesivo. La agitacin de alimentos lquidos de baja viscosidad o de alimentos slidos sin movilidad en el envase no presenta ventajas apreciables en su esterilizacin industrial (Casp, 1999). La instalacin de mecanismo de rotacin complica considerablemente el diseo de este tipo de equipos, ya que se debe poder girar todo el conjunto de cestas a una velocidad variable regulada con la suficiente precisin. En la figura 5 puede verse una autoclave rotatoria, con su puerta de guillotina abierta mostrando la jaula arrastrada por el sistema de giro. Figura 5: autoclave lagarde rotatorio. Es una autoclave discontinua que sin embargo realiza los procesos de carga y descarga automticamente, ya que los envases no se disponen en jaulas, si no que se colocan en una nica capa que forma una espiral posicionada junto a la superficie interior de la carcasa. La sujecin de los envases en esta posicin se consigue por medio de un perfil en T enrollado, como se ha dicho, en espiral. Una serie de perfiles en L, longitudinales al eje del autoclave, se encarguen de conseguir que los envases recorran esta espiral en el proceso de carga y descarga. Una vez se han sustituidos los envases procesados por los que se van a procesar, se hace girar el espiral de forma solidaria a los perfiles en L y se consigue el giro de los envases sin que se produzca desplazamiento longitudinal por el interior del recinto. Este sistema de colocacin y transporte por la autoclave de los envases se ver con ms detalle cuando se explique el funcionamiento del esterilizador Sterrilmatic de este mismo fabricante, para el que se desarrollo inicialmente el sistema.En la figura 6 se esquematiza el movimiento de giro de los envases para ver el desplazamiento del espacio de cabeza en una revolucin completa con un sistema de agitacin axial (Casp, 1999).

Figura 6: Agitacin axialEn este sistema de agitacin es que se utiliza generalmente en los esterilizadores continuos, en los que los envases se desplazan girando sobre su superficie externa, como se vera en los apartados correspondientes a esta maquina. La efectividad de este sistema de agitacin es algo inferior a la conseguida por el sistema tapa-fondo-tapa, ya que como puede verse en el espacio en cabeza tieneuna clara tendencia a mantenerse barriendo la superficie de los envases, sin alcanzar el centro geomtrico.

Figura 7: autoclave orbitortEsta autoclave no tiene puerta frontal por la que carga las jaulas, ya que como se ha dicho anteriormente, los envases se mueven de una en uno al entrar y salir del recinto por las rampas de inclinacin apropiada que pueden verse en la figura anterior.El enfriamiento se realiza por inundacin parcial o total e agua fra y manteniendo la agitacin para conseguir una mayor rapidez y una mejor homogeneidad en el proceso.Calentamiento por agua sobrecalentadaUna alternativa al uso de mezcla vapor-aire comprimido en la esterilizacin es la utilizacin de agua sobrecalentada mantenida a una presin superior a la de saturacin del vapor a la temperatura de trabajo.Al planearse la utilizacin de este sistema de calefaccin no hay que olvidar que: En estas condiciones el calentamiento del producto se consigue por intercambio de calor sensible, no de calor latente como cuando se utilizaba vapor de condensado. El coeficiente de transferencia de calor superficial es mucho menor que en el caso de la condensacin de vapor, y es funcin de la velocidad con la que el agua circula sobre la superficie a calentar.El primer punto significa que la capacidad de transferencia de calor de cada unidad de masa de agua es muy inferior a la de la unidad de masa de vapor, y adems que la transferencia de calor en estas condiciones de realiza mediante enfriamiento del agua y no a temperatura constante, como ocurre en el caso de la condensacin de vapor. En la prctica esto quiere decir que 1Kg de agua a una temperatura de 115C puede ceder 1Kcal cada vez que se enfra 1C, mientras que 1Kg de vapor saturado a la misma temperatura. Luego, por definicin, cuando se emplee agua como fluido calefactor se deber asumir que el medio calefactor no trabajara a temperatura constante, se ira enfriando a medida que recorra la superficie a calentar (Casp, 1999). Si se admite el segundo punto, se debern desestimar todos aquellos sistemas que no trabajen con agua en movimiento. Si se utiliza agua caliente en reposo como fluido calefactor, el coeficiente de pelcula es muy pobre y adems se producen amplias diferencias de temperaturas en los distintos niveles de agua por la tendencia natural de estos fluidos a estratificarse por densidades (que es lo mismo por temperatura). La totalidad de la masa de agua sobrecalentada deber estar en movimiento en todo momento, utilizndose para ello el sistema mas apropiado para cada caso, de forma que se consiga que la velocidad de circulacin del agua sea siempre la misma, pues al variar esta variara el coeficiente de pelcula.De todo lo dicho se desprende que el diseo de los autoclaves que utilizan agua como fluido calefactor va hacer crucial, sobretodo en el sistema de puesta en contacto del agua con los envases. Se pueden encontrar autoclaves que emplean dos sistemas de puesta en contacto del agua y los envases: por inundacin y por lluvia. Calefaccin por inmersin.Utilizando la inmersin en agua sobrecalentada como medio de calefaccin se pueden encontrar tres tipos de autoclaves:Verticales: prcticamente sin agitacin Convenience Food Sterilizer (F.M.C): de circulation horizontalHorizontales de circulacin vertical y con agitacin.Las autoclaves verticales son similares a los descritos en el apartado dedicado al calentamiento con vapor de agua saturado, en los que las jaulas se encuentran sumergidas en agua sobrecalentada. Este sistema de calentamiento es muy deficiente, ya que se produce una estratificacin natural del agua por temperatura dentro del autoclave que hace que la intensidad del tratamiento no sea la misma en los distintos planos horizontales de las jaulas. Este sistema es tanto peor cuantas mas jaulas se dispongan dentro del autoclave: con una jaula el sistema es deficiente, con dos jaulas las diferencias de letalidad en los tratamientos aplicados puede crear graves problemas si no se sobrecosen las capas de envases superiores. Plantear autoclaves de mas de dos jaulas por este sistema con este tipo de calentamiento no es razonable, ya que existe la seguridad absoluta de que el tratamiento aplicado no ser homogneo.El Convenience Food Sterilizer (F.M.C) es un autoclave horizontal que admite en su interior un carro en el que se disponen los envases (bolsas flexibles) en posicin horizontal, en una tapa, sobre unos separadores que adems actan como canal de circulacin del agua (figura 8).El agua almacenada y calentada en el exterior del autoclave se deja caer sobre el primer estantes del carro libre de bolsas, y de all pasa a uno de los extremos del carro, desde el que se distribuye por todos estantes ocupados por las bolsas, recorrindolo en circulacin horizontal hasta salir por el extremo opuesto. Desde este punto el agua rebosa hasta el fondo del autoclave de donde la tomo una bomba que la enva al sistema de calefactor externo y de recirculacin. Por lo tanto cada porcin de agua circula en posicin horizontal recorriendo uno de los estantes del carro (Casp, 1999).

Figura 8 (Convenience Food Sterilizer (F.M.C))

En Europa, e incluso en EEUU ha tenido ms aceptacin las autoclaves horizontales rotativas por inmersin en agua que el que se acaba de describir.Estas autoclaves constan de cubas cilndricas colocadas unas sobre la otra. La superior se utiliza para almacenar el agua caliente. El inferior se dispone de las cestas con el producto en el mecanismo de rotacin, y es donde se produce el tratamiento trmico, por adicin de agua precalentada almacenada, como se ha dicho, en la cuba superior durante la rotacin los envases giran en el mismo plano vertical por e sistema tapa-fondo-tapa. La sobrepresin se consigue en el recinto superior por inyeccin de aire. En la figura 9 se muestra un esquema del autoclave rotomat que funciona por este procedimiento.

Figura 9: autoclave rotomat (stock)El mismo sistema de calentamiento es el que obliga a la utilizacin de dos cubas en estos equipos. El empleo de una gran masa de agua caliente en el proceso exige su reutilizacin, ya que se si descartara el consumo de energa del sistema lo hara inviable. Por lo tanto no se puede plantear un sistema de calentamiento por inundacin que no recupere el agua caliente despus de cada proceso y mantenga su temperatura hasta la cocida siguiente. La energa que se consume para calentar el producto y el recinto es compensa inyectando vapor en el flujo de agua que se recircula a su paso por una cmara de distribucin. El agua se toma del recinto inferior por unas salidas espaciadas regularmente en el fondo del mismo, de donde se bombea a la cmara de distribucin para su calentamiento. La circulacin del agua de arriba abajo y la rotacin de las cestas consigue una buena distribucin del calor en el sistema. El equipo se construye con capacidades desde 1 a 5 cestas, y puede operar desde 6 hasta 45 rpm.

Calefaccin por lluvias En este caso el calentamiento se consigue por medio de un gran caudal de agua sobrecalentada que se deja caer sobre las cestas en los envases. El volumen total de agua de operacin es muy pequeo, en comparacin en las utilizadas en las autoclaves del apartado anterior, y se calienta por inyeccin directa del vapor o por calentamiento indirecto en un calentador por vapor apropiado. Esta agua cede parte de su calor sensible al producto al ser pulverizada sobre el, en su recorrido desde la parte superior de la carcasa hasta la inferior, donde se recoge por una o unas bombas que la vuelven a impulsar hasta el sistema de reparto superior existen numerosas autoclaves que utilizan este medio de calefaccin y que pueden trabajar con y sin agitacin. Existen dos sistemas de reparto del agua sobrecalentada: A travs de una plancha perforada o por medio de un sistema de boquillas (Casp, 1999).Estas autoclaves se fabrican con capacidad para 1 a 7 cestas en el modelo esttico y has 5 cestas en el modelo con agitacin. El calentamiento se produce por medio de una pequea cantidad de agua (100L / cestas) que se recirculan por medio de una bomba de gran caudal hasta una placa perforada situadas sobre las cestas de forma que su reparto sea muy homogneo y su cada por gravedad. La direccin de cada de agua es completamente vertical, paralela a la arista mayor de los envases (si estn colocados en la cesta en posicin vertical) y cubre solamente la superficie ocupada por las jaulas, para conseguir el mejor coeficiente de pelcula en la transmisin de calor.

Figura 10: autoclave steriflowEl calentamiento y el enfriamineto del agua en el proceso se consiguen a travs de un cambiador de calor de placas soldadas, contra vapor de agua o contra agua fra, consiguindose asi que el agua que esta en contacto con los envases durante el proceso completo sea la misma, es decir el enfriamiento se produce con agua que se ha esterilizado a la vez que los envases. La utilizacin del cambiador de claor permite la reutilizacin de los condensados del vapor de calefaccin y el empleo de agua de cualquier calidad para el enfriamiento, ya que no se va a pone en contacto con los envases. La presin en el recinto se regula, al nivel requerido en cada momento, por inyeccin de aire comprimido (Casp, 1999).La distribucin del agua caliente por boquillas es el sistema empleado por la mayora de los fabricantes de estos equipos. La bomba de recirculacin del agua interna descarga sobre un colector longitudinal al eje del autoclave colocado en la parte mas alta del interior de la carcasa. Las boquillas pulverizadoras estn conectadas a este colector, y dispuestas de forma que los conos de pulverizacin consigan un reparto uniforme del agua sobre toda las superficie ocupada en las jaulas. En la figura 11 se muestra un detalle del colector, con las correspondientes boquillas que montan las autoclaves.

Figura 11: Detalle del colector y las boquillas de distribucin del autoclaveDe todo lo dicho anteriormente se deduce que la homogeneidad del tratamiento aplicado en una autoclave que emplee como medio de calefaccin agua sobrecalentada, no podr controlarse midiendo las diferencias de temperatura que existan en el interior del recinto. Durante los periodos de calentamiento y enfriamiento existirn diferencias de temperatura que se podrn clasificar como importante y que ser mayor cuanto menor sea el caudal de agua pulverizado sobre el producto. El nico sistema para analizar la homogeneidad del proceso aplicado en un determinado autoclave ser la obtencin de la curva de penetracin de calor para los envases colocados en las distintas posiciones de las jaulas y el clculo en cada caso, de la intensidad del tratamiento aplicado (F0).

ALIMENTACION AUTOMATIZADA DE LOS AUTOCLAVESUna de las desventajas de los sistemas de esterilizacin discontinuos es su produccin intermitente, que dificulta la automatizacin de la lnea de tratamiento, obligando a retener el producto antes y despus de la esterilizacin. Este problema se puede evitar montando varios autoclaves en paralelo y un sistema mecanizado de alimentacin como el que se ilustra en la figura 12

FIGURA 12: Instalacin de alimentacin automtica lagardeEl sistema mecanizado de alimentacin se encarga de colocar los envases en las cestas, transportadas en el autoclave que est dispuesto para comenzar la operacin, introducirlas en l, y una vez transcurrido el tiempo de proceso, tomarlas de dentro del autoclave y transportarlas hasta el mecanismo de desencestado que depositara los envases esterilizados en el correspondiente transportador de salida.El numero de autoclaves montados se debe ajustar de acurdo en el tiempo de proceso y la produccin de la lnea, de forma que siempre se encuentre un autoclave en proceso de carga y descarga y el resto de esterilizacin. De este modo la suma de varias operaciones discontinuas consigue que se pueda producir un trabajo en continuo en la lnea anterior y posterior de la esterilizacin.

SISTEMAS CONTINUOS DE ESTERILIZACINLa instalacin de un sistema de esterilizacin en continuo tiene sentido en el caso de que se trabajen grandes series del mismo producto en el mismo envase. La diferencia fundamental entre un autoclave y un esterilizador continuo es que este ltimo se encuentran zonas a diferentes temperaturas que se mantendrn constantes durante todo el tiempo en que el esterilizador est en marcha. Es decir, que el calentamiento, mantenimiento y enfriamiento del producto no se realiza por que el esterilizador se calienta, mantienen su temperatura y se enfra, sino por que el producto se traslada por las zonas de temperaturas crecientes, de temperatura de rgimen y de temperatura decreciente del esterilizador. Este sistema tiene una ventaja apreciable a simple vista; el ahorro energtico que se consigue. Es cierto que en cada operacin solamente se calentaran los envases con productos, no ser necesario calentar la masa de la autoclave. Un esterilizador se lleva a la temperatura de rgimen en la puesta en marcha y se mantiene en estas condiciones mientras se encuentre trabajando (24 de cada 24 horas salvo en caso de avera y de parada para mantenimiento), por lo que el calor que se debe aportar ser solamente el que consuman los envases con el producto. Si se plantean sistemas de trabajo con paradas frecuentes para cambio de condiciones de proceso o de formado de los envases, la mejora de la eficacia desaparece, ya que los esterilizadores son equipos muy complejos, de masa muy elevada que exigen el consumo de una gran cantidad de tiempo para conseguir un cambio en las condiciones de trabajo. La segunda ventaja es la uniformidad de tratamiento. Cualquier tratamiento por cargas tiene ms probabilidades de presentar diferencias entre las cocidas consecutivas que un sistema continuo, donde las variaciones en temperatura y en tiempo de proceso son muy pequeas.

La tercera ventaja es la reduccin de las necesidades de mano de obra. Un sistema continuo siempre es menos exigente en mano de obra que los sistemas por cargas, aunque como se ha visto tambin se puedan automatizar estos ltimos y reducir as la diferencia entre los dos sistemas.A lo largo de la historia de los tratamientos trmicos se han comercializado esterilizadores basados en principios muy distintos, cuyas caractersticas diferenciales se estudian a continuacin. En todos ellos las cargas y descarga del envase se realiza en forma automtica. Casi siempre estos envases recorren el interior del esterilizador en posicin horizontal, por lo que el sistemas de agitacin que se puede emplear ser siempre axial, generalmente consta de varios recintos separados que se mantienen a temperaturas diferentes para que en ellos se puedan producir el calentamiento, la esterilizacin y el enfriamiento del producto. Estos procesos se realizaran a la presin de saturacin del vapor de agua, a una presin superior o incluso a la presin atmosfrica, dependiendo del tipo de esterilizador. El calentamiento se producir por vapor saturado, por mezcla de vapor y aire comprimido, por agua sobrecalentada, como ya se ha visto para los autoclaves y tambin por otros medios caractersticos de algunos esterilizadores especiales. A continuacin se exponen.

ESTERILIZADORES HIDROSTATICOSEl primer esterilizador- enfriador continuo bajo presin hidrosttica fue puesto a punto por Pierre Carvallo en 1948 en Francia buscando un sistema seguro, econmico y simple, con el que se obtuvieran productos de alta calidad.El principio del funcionamiento de estos equipos es muy sencillo. Constan de una cmara de vapor parcialmente llena de agua que se mantiene bajo presin gracias a dos columnas hidrostticas, de 12 a 18 metros de altura, a lo s que esta conectada. En estas condiciones la temperatura de la cmara es la de vapor saturado a la presin a la que se encuentra, y que se corresponde con el desnivel existente entre la altura del agua en la cmara de vapor y las dos columnas hidrostticas. En la figura 13 se muestra un esquema del principio de funcionamiento de estos esterilizadores.

Figura. 13: Esquema de un esterilizador hidrosttico.Es evidente que para mantener la temperatura constante en la cmara de vapor ser suficiente conseguir que se mantenga constante la presin, o sea el desnivel entre las dos superficies de agua (dentro y fuera de la cmara e vapor). El nivel superior de las columnas se mantienen por rebose, aadiendo agua fra a la columna de salida del producto. El nivel inferior se mantiene por un regulador de flotador, que cuando sube el nivel abre la vlvula de entrada del vapor. Para valorar la exactitud de este sistema hay que recordad que un cm de columna de agua de variacin de presin corresponde a una variacin de temperatura de 1/60 C (Casp, 1999).Los envases se introducen en la columna de entradas colocadas en un transportador sin fin formado por una serie de tubos huecos en los que se depositan los envases en posicin horizontal. Los tubos son e la longitud apropiada a la anchura del esterilizador van unidos entre s por las cadenas de traccin que se encargan de asegurar el movimiento del conjunto. En la fig. 14 puede verse en detalle el sistema de colocacin e los envases en el transportador

Figura 14. Detalle del sistema de transporte de los envases en un esterilizador hidrosttico.En la primera columna se produce el precalentamiento a la vez que va aumentando la presin externa a la que son sometidos los envases, al incrementarse la columna de agua que soportan. Al mismo tiempo que se incrementa la presin se incrementa la temperatura, ya que gracias al movimiento de los envases en el transportador, a la estreches de la columna y a la entrada de agua por la columna de salida, se invierte la tendencia natural a la estratificacin del agua por temperaturas, siendo la temperatura del agua en esta columna mayor cuanto mas baja sea la posicin ene que se mida. A continuacin el producto entra a la cmara de vapor, en la que se mantiene el tiempo marcado por la velocidad del transportador. Despus de la esterilizacin el producto se evacua por la otra columna, en la que se encuentran temperaturas y presiones cada vez mas bajas segn la recorre de abajo a arriba. El agua de las columnas hidrostticas circula en contra corriente de los envases, permitiendo as una recuperacin de calor importante. El agua fra que se introduce en la columna de enfriamiento se calienta segn va descendiendo por ella a la vez que enfra los recipientes que salen, y despus de haber pasado bajo la cmara de vapor sube por la columna de precalentamiento cediendo su calor al producto que entra.De acuerdo con los principios expuestos anteriormente diversos fabricantes han producido una gran cantidad de esterilizadores hidrostticos con variantes en cuanto a la disposicin del sistema de carga por la parte inferior, por la parte intermedia, o por la parte superior de las columnas, en cuanto a nmero de columnas y a su disposicin y al tipo de trasportador de los envases. En la figura 15 se puede ver el esquema de un esterilizador hidrosttico de carga inferior.

Figura 15. Esterilizador hidrosttico carvallo.El consumo energtico de estos esterilizadores es muy bajo, ya que como se ha dicho la circulacin en contra corriente del agua en las columnas consigue la recuperacin del calor aportado al producto durante la esterilizacin. Si se recupera el calor del agua que se obtiene en el rebosadero de la columna de precalentamiento, se puede alcanzar la paradoja de que en esta recuperacin se obtenga ms calor que el aportado a la maquina por el vapor de calefaccin. Esto es posible por que el producto entra al esterilizador, despus del cerrado en caliente, a mayor temperatura de la que sale por lo que el proceso global se convierte en un enfriamiento debido a la recuperacin del calor.La grafica 1 muestra la evolucin de la temperatura y la presin en el interior y en el exterior de un envase que recorre el esterilizador de la figura 15.

Grafica 1. Evolucin de la temperatura y la presin en un esterilizador hidrosttico.Como se ve en esta grafica tanto el calentamiento como el enfriamiento se producen de manera muy suave siendo el choque trmico al que se someten en envases mnimos. Desde el punto de vista de la presin puede apreciarse que al comienzo del enfriamiento la presin interior del envase es superior a la del recinto, por lo tanto este sistema de esterilizacin no ser apropiado para los productos que se envasen con materiales o con tipos de cierre que no soporten esa presin interna. Es decir en esterilizadores hidrostticos no se pueden esterilizar productos en envases flexibles ni con cierres que no tengan la suficiente rigidez para soportar la diferencia de presin que se produce esta condicin fue la que retiro del mercado estas maquinas cando las exigencias comerciales llevaron a los fabricantes a emplear envases distintos de los de hojalata y de vidrio con tapn corona. El otro gran problema que representan los equipos era su gran altura (12-18 m) como ya se ha dicho, necesaria para que la temperatura en la cmara de vapor pudiera mantenerse entre 120 y 125C. Las soluciones aportadas por los fabricantes pasaban por montar una parte o toda esta altura en un poso o por utilizar varias columnas en serie que de acuerdo con las leyes de la hidrosttica sumaban la presiones alcanzadas en cada una de ellas. En la figura 16 se puede ver un esquema de un esterilizador hidrosttico con 3 columnas de 5 metros de altura cada una de ellas. Las columnas se alternan con 3 cmaras de vapor, de forma que la presin que se alcanza en la ltima es de 1.5 bar. Los botes entran en la primera columna y durante el descenso estn sometidos a un aumento progresivo de la presin y la temperatura hasta penetrar en la primera cmara de vapor, donde la presin es de 0.5 bar y la temperatura de 111 C. la salida de esta cmara est conectada con la siguiente columna de agua, en la que los botes vuelven a sufrir un proceso de incremento de presin y temperatura hasta la segunda cmara en la que se encuentran a 1 bar y 120 C . Seguidamente pasan a la tercera columna y a la tercera cmara, donde la presin final es de 1.5 bar y la temperatura es de 127 C. En esta cmara se inicia el retorno de los envases en contracorriente con la que van entrando, estando sometido durante el recorrido de salida a un enfriamiento continuo y progresivo con la correspondiente reduccin de presin, hasta que salen de la primera columna y pasan a la de enfriamiento con agua fra, que est separada de las restantes para que no intervengan en la presin final (Casp, 1999).

Figura 16: Esterilizador con columnas hidrostticas en serie.

Esterilizadores NeumohidrostticosComo ya se haba dicho los esterilizadores hidrostticos no pueden emplearse para todos los envases de vidrios, ni para los de laminados plsticos, aluminio, etc. Ya que todos los que son semirrgidos o deformables no soportan el enfriamiento sin contrapresin. La importante penetracin en el mercado de todos estos tipos de envases oblig a los fabricantes a tomar las medidas oportunas para que pudiera tratarse en estos esterilizadores. Se desarrollaron as los esterilizadores Neumohidrostticos.En teora hubiera sido suficiente insuflar aire comprimido en la cmara de vapor para conseguir el efecto deseado, pero en la prctica esto no es posible. Como se indic al hablar de los autoclaves, cuando esteriliza con una mezcla de vapor y aire comprimido hay que conseguir que esta mezcla sea homognea si se quiere que las condiciones de transmisin de calor en toda la cmara sean idnticas. Esto es imposible en un recinto de 12-18 metros de altura completamente lleno de un transportador que arrastra los envases. En estas condiciones el riesgo de aparicin de bolsas de aire, imposibles de eliminar dentro de la cmara de esterilizacin es muy alto.El problema se resolvi utilizando agua sobrecalentada en vez de vapor de agua, solucin que como se ha visto tambin se aplica en el caso de los autoclaves horizontales discontinuos. En la figura 17 se muestra el esquema de funcionamiento de un esterilizador Neumohidrostticos.El agua caliente se encuentra en el depsito inferior de la cmara de vapor, y se mantiene a la temperatura deseada con error de 0.5C por inyeccin de vapor. Una bomba de gran caudal se encarga de elevar esta agua a la parte superior de la cmara, donde se pulveriza sobre los envases que se recorren. Como se pretende que el gradiente de temperatura del agua, en su descenso en las boquillas pulverizadoras hasta el depsito inferior, sea mnimo (para que la temperatura de tratamiento sea lo ms constante posible), el caudal de agua que se pulveriza se calcula para que sea capaz de aportar de 10 a 12 veces el calor necesario en la esterilizacin. La presin de la cmara se regula por inyeccin de aire comprimido.En la columna de enfriamiento se repite el mismo esquema pero con una temperatura menor, regulndose tambin su presin, al mismo nivel que en la cmara de esterilizacin, por inyeccin de aire comprimido. El esterilizador dispone por lo tanto de las columnas hidrostticas de precalentamiento y de enfriamiento final y de dos cmaras centrales, la de esterilizacin y la de enfriamiento a sobrepresin, por lo que la disposicin general de la mquina ha cambiado de forma sustancial.

Figura 17: esterilizador neumohidrostatico

En la grfica 2 se ha representado la variacin de las presiones y temperaturas en el recinto y en los recipientes. Se aprecian claramente las diferencias en la evolucin de las presiones entre la grfica y la grfica 1. En el esterilizador Neumohidrosttico el enfriamiento siempre se produce a contrapresin, por lo que no existirn problemas para la utilizacin de cualquier tipo de envase.Sin embargo, se ha conseguido ampliar la capacidad de tratamientos de envases diferentes a costa de incrementar la complejidad mecnica de la mquina. Una de las ventajas que presentaban los esterilizadores hidrostticos frente a los dems esterilizadores presentes en el mercado era el sistema tan sencillo de obtener un control perfecto de las condiciones de trabajo. Esta ventaja desaparece en los Neumohidrostticos, por lo que va a prevalecer su principal inconveniente: su enorme altura, que complica la operacin del equipo y el diseo de la nave de produccin.

Grfica 2. Representacin de la evolucin de presiones y temperaturas en un esterilizador Neumohidrostticos.

Esterilizadores ContinuosBajo este nombre se han agrupado todos los esterilizadores continuos cuya fuente de calor es el vapor de agua pero que no disponen de un sistema hidrosttico de control de la temperatura.El ms antiguo de todos ellos, pero que an sigue comercializndose con xito en Estados Unidos, es el Sterilmatic diseado en 1920 por Albert R. Thompson para F.M.C. el esterilizador Sterlmatic est compuesto por dos o ms carcasas horizontales cilndricas, colocadas en serie, y en las que se produce el calentamiento y en el enfriamiento de forma sucesiva para todos los envases. En la figura 18 muestra un esquema de sta mquina.

Figura 18. Esterilizador Sterilmatic.En el interior de las carcasas se disponen los mecanismos que colocan los envases en su posicin y los hacen avanzar de forma automtica mantenindolos en su interior el tiempo adecuado para el tratamiento deseado. El movimiento de traslacin de los envases se consigue mediante un mecanismo de tambor y espiral. Sobre las paredes interiores de las carcasas se suelda un perfil en T enrollado en espiral. Los envases se mantienen entre las espiras del perfil en T soportado por un tambor formado por un conjunto de perfiles en L longitudinales al eje de la carcasa y soldado a unos rotores solidarios al eje de giro de todo el conjunto. En la figura 19 se muestra un detalle de la disposicin de los envases en el interior de la carcasa de este esterilizador, en la que se ve con claridad como circulan los envases por la espiral formada por el perfil en T, arrastrados por los perfiles en L (Casp, 1999).

Figura 19. Situacin de los envases en el esterilizador SterilmaticEl giro del tambor obliga a circular a los envases entre las espiras, y recorrer as toda la superficie interior de la carcasa. Una vez recorrida la primera carcasa, los envases se transfieren a la segunda por medio de una exclusa que permite el paso de los envases de uno en uno pero impide el escape del vapor y de presin. En la primera carcasa se produce la esterilizacin mediante vapor de agua, y en las siguientes se efecta el enfriamiento a sobrepresin o a presin atmosfrica por inmersin parcial en agua. En la figura 20 se muestra una seccin de este esterilizador.

Figura 20. Seccin del esterilizador Sterilmatic.En este esterilizador el procesa se realiza siempre con agitacin, aunque es un tipo de agitacin particular, ya que no es continua sino intermitente. Cada vuelta del tambor imprime al envase un movimiento en tres fases, que se pueden observar en la figura 21: Ciclo de 230 en la parte superior del tambor, donde los envases no giran ya que estn siendo soportados por el perfil en L. Ciclo de 90 en la parte inferior del tambor, donde los botes giran libremente sobre su superficie externa arrastrados por los perfiles en L. en esta parte es donde se produce por lo tanto la agitacin del producto. Dos fases de transicin entre los dos ciclos, de unos 20 cada una, donde la agitacin comienza y cesa.

Figura 21. Sistema de agitacin del esterilizador Sterilmatic.Este sistema de agitacin es menos eficiente que los que se han escrito con anterioridad, aunque es til para acortar el tiempo de tratamiento de los productos con suficiente fluidez.En Europa ha tenido ms xito el esterilizador Hydrolock fabricado por la empresa francesa GEC Alsthom. Es un esterilizador continuo formado por una cmara horizontal cilndrica donde tienen lugar la esterilizacin y el pre-enfriamiento a presin de los envases y un sistema de exclusa que permite la entrada y salida de los envases al recinto pasteurizado, como se puede ver en la figura 22 (Casp, 1999). La cmara est dividida horizontalmente en dos secciones separadas por un tabique aislante. En la seccin superior tiene lugar la esterilizacin por medio de vapor saturado o de mezcla de vapor aire comprimido, dependiendo de la rigidez de los envases que se estn empleando. A continuacin los envases pasan a la seccin inferior, a travs de una vlvula, y se procede a u enfriamiento, a contrapresin, por inmersin en agua hasta que la temperatura en el centro trmico es inferior a 100 C. En este momento los envases salen al exterior por la misma exclusa por la que entraron para iniciar el tratamiento, y pueden ser llevados a una segunda seccin de enfriamiento colocada debajo de la cmara cilndricaen la que se completara la refrigeracin por medio de agua ms fra.

Figura 22: esterilizador HydrolockLa temperatura y la presin en la seccin superior se mantienen constantes por adicin de vapor de agua y aire comprimido. En la seccin inferior el nivel de agua se mantiene constante por adicin continua de agua fra, que compensan las prdidas debidas al agua arrastrada por los botes en la exclusa de salida. Esta prdida de agua es a la vez una eliminacin del exceso de calor que ayuda al mantenimiento de la temperatura de la seccin de pre enfriamiento.El transporte de los envases por el interior de las maquinas se realiza dentro de unas cestas tubulares horizontales que van conducidas por una gua y arrastradas por unas cadenas de traccin. El conjunto cesta-envases recorre 4-6 tramos horizontales superpuestos en la seccin superior y 2 tramos en la seccin de preenfriamiento. Cuando se requiere se puede conseguir que el tratamiento se realice con agitacin, por medio de unas pistas longitudinales al eje de la carcasa sobre las que rosan los envases, producindose as una agitacin axial. Este sistema de agitacin mejora la penetracin del calor en muchos productos como en la leche envasada en botellas de polietileno de alta densidad a 123C en 8-10 minutos, por lo que sus caractersticas organolpticas son muy prximas a las conseguidas con un tratamiento UHT y que en ningn caso se alcanzara con un tratamiento de esterilizador hidrosttico, en el que s consigue una penetracin de calor mucho ms lenta.El diseo horizontal del esterilizador Hydrolock y sus dimensiones contenidas facilitan su instalacin en cualquier tipo de nave.El ltimo esterilizador continuo en llegar al mercado ha sido el storklave, de la empresa Stork, cuyo diseo es completamente distinto, como se muestra en la figura 23.Este equipo est compuesto por dos carcasas cilndricas dispuestas en posicin vertical. Una de ellas se dedica a la esterilizacin y la otra al enfriamiento (Casp, 1999).

Figura 23: esterilizador storklaveLos envases llegan a la parte central, entre las dos carcasas, donde se depositan automticamente sobre unas bandejas sobre una sola capa. En esta bandeja recorrer todo el esterilizador. Gracias a esta disposicin en bandejas se pueden tratar al mismo tiempo envases de altura diferente, siempre que el dimetro sea el mismo y se mantenga prcticamente constante la penetracin de calor en los distintos tamaos. Las bandejas cargadas entra en la columna de esterilizacin a travs de una exclusa que impiden la perdida de presin y de vapor. En el interior de la carcasa de las bandejas son tomadas por un conjunto de 4 rboles helicoidales giratorios que las hacen descender a la velocidad adecuada para que el tiempo de tratamiento sea el previsto. En la parte mas alta de la columna las bandejas pasan por otra exclusa y son transferidas horizontalmente hasta la parte superior de la carcasa de enfriamiento, donde otros cuatro arboles helicoidales se encargan de que desciendan por dentro de la columna de enfriamiento hasta el plano de descarga. Despus de atravesar la exclusa de salidas las bandejas llegan a la zona de descarga donde los envases pasaran al transportador que los dirigir al resto de la lnea de tratamiento.El calentamiento en este esterilizador se produce por medio de vapor de agua, y el enfriamiento por medio de agua fra pulverizada. Si se requiere contrapresin se inyecta aire comprimido (Casp, 1999).

Observacin Sobre el Control de la Leche Esterilizada

El control de la leche esterilizada ha sido objeto de una norma internacional establecida por la F.I.L. en 1969. Este control comprende el examen de la estabilidad fsico-qumica y el anlisis bacteriolgico tras una incubacin a 30C durante 14 das y a 55C durante 7 das.

La incubacin de las muestras antes del anlisis es indispensable porque aunque la leche de mala calidad no contiene muchos grmenes, el examen bacteriolgico de una fraccin del contenido de una botella puede ser negativo. Es posible sembrar la totalidad de una botella y conviene, por tanto, favorecer con una incubacin apropiada la multiplicacin de los grmenes para poder demostrar despus su presencia por las tcnicas analticas ordinarias.La incubacin a 30C est destinada a favorecer el desarrollo de los grmenes esporulados mesfilos y la incubacin a 55C permite el desarrollo de los esporulados termfilos.

Al final de la incubacin, la leche sometida la test del alcohol no puede manifestar ninguna floculacin, la acidez titulable no debe superar los 0.02 g de cido lctico por litro y el recuento de grmenes no debe arrojar una cifra superior a 100 por mililitro de leche. Algunos especialistas estiman que esta ltima condicin no es suficientemente severa. Consideran que la tolerancia con respecto al nmero de grmenes no debera sobrepasar 5 grmenes por mililitro a las tres semanas de incubacin a 31C. Estos grmenes son capaces de proliferar en la leche (Ventanas, 1988).

La aplicacin de este doble test es particularmente severa. En efecto, los resultados de los controles efectuados en Francia los ltimos aos en los laboratorios oficiales e industriales demuestran que la leche esterilizada es generalmente estril despus de la incubacin a 30C, pero que frecuentemente no lo es despus de la incubacin a 55C. Ahora bien, la leche es siempre estril a la salida del aparto UHT que la ha calentado durante unos segundos a 135-145C. Hay que admitir, por tanto, que los esporos, despus de haber resistido al calentamiento final de las botellas, contaminan la leche en el momento en que estas salen del preesterilizador y el momento en el que son cerradas. El mecanismo de contaminacin puede resumirse como sigue:

En las llenadoras actuales es imposible destruir por el agua caliente y los agentes de limpieza los esporos que puedan encontrarse en ellas. Su destruccin impondra un tratamiento prolongado del material por vapor a presin. Por otra parte, durante la operacin, la leche entra en contacto con el aire y, por tanto, es imposible evitar la contaminacin de los esporos por la atmsfera.

Ahora bien, al comienzo de una fabricacin, los esporos que han escapado a la limpieza, o que han sido aportados por el aire, germina en la leche UHT. La primera divisin celular no se dilata ms de una hora. Posteriormente, las clulas vegetativas de los grmenes termfilos se multiplican en todo el circuito que separa el aparato UHT de la envasadora, en el que la temperatura es de 65-70C. A partir de la sexta hora de fabricacin ya aparecen esporos en la envasadora; en este momento la concentracin de clulas alcanza en ciertos puntos 107 a 108/ml, es decir, se encuentra al final del proceso logartmico. La esporulacin queda facilitada por la aireacin de la leche en la envasadora y por la formacin de espuma.

Una vez recomenzada la esporulacin y en las horas siguientes, el nmero de esporos de grmenes termfilos aumenta sin cesar. El nmero de botellas no estriles despus de la incubacin a 55C crece de manera paralela. Al final de la fabricacin, los esporos formados en el circuito son eliminados por la limpieza, pero siempre queda un nmero suficiente que recontamina la leche al empezar de nuevo la fabricacin.

Cmo romper ste ciclo de contaminaciones? Hay que interrumpir la fabricacin cada 6 horas para impedir la esporulacin, diluyendo la suspensin de clulas por limpieza del circuito. Las clulas que subsisten tienes que multiplicarse antes de esporular. Esta ruptura del ciclo parece ser la solucin para reducir la esporulacin de los grmenes termfilos, cuya presencia es actualmente inevitable, a un nivel suficientemente bajo como para que la calidad bacteriolgica de la leche esterilizada sea satisfactoria (Ventanas, 1988).

Control RpidoLos inconvenientes de un sistema de control, cuyos resultados no se conocen hasta las dos semanas, son evidentes. Por eso se realiza un control rpido tras la incubacin de los recipientes a 37C durante 48h. Al final de este periodo de espera se efecta un examen organolptico, de la acidez y de la prueba de alcohol. Estos tres test deben dar resultados idnticos a los obtenidos despus de la esterilizacin para la misma leche. Por consiguiente, en el caso de las leches esterilizadas en los recipientes, el test de enturbiamiento permite verificar si las leches han sufrido la ebullicin.El mtodo recomendado por la F.I.L. se basa en el test de Aschaffenburg, consistente en determinar la presencia eventual de protenas del lactosuero no desnaturalizadas en una leche esterilizada que haya satisfecho las condiciones expuestas anteriormente. Esta determinacin se basa en el examen visual tras 5 minutos de ebullicin del filtrado obtenido a partir de una muestra de leche a la que se ha aadido una cantidad dada de sulfato amnico. Despus de su refrigeracin, el filtrado permanece limpio cuando la leche considerada no contiene protenas solubles no desnaturalizadas. Por lo tanto la leche ha sido calentada por el procedimiento tradicional (Ventanas, 1988).

PROVENIR DE LA LECHE ESTERILIZADANumerosos trabajos han demostrado que la leche esterilizada no altera prcticamente su valor nutritivo. Las vitaminas A, B2 y D se conservan totalmente. La vitamina B1 se destruye en un 20 30%, pero conviene recordar que la leche de vaca, en estado crudo, contiene dos o tres veces ms vitamina B1 que la leche de mujer. Finalmente, la vitamina C desaparece en parte pero, en ltimo trmino, la leche no constituye una fuente importante de esa vitamina, que fundamentalmente en ingerida con las frutas.

En lo que se refiere a su digestibilidad, la leche esterilizada presenta gran inters. En primer lugar, el reparto uniforme de la grasa en pequeos glbulos facilita la accin de las lipasas digestivas. Por ello, la homogenizacin deber extenderse en el tratamiento de leche pasteurizada. Por otra parte, favorece la digestin del producto para los nios. En efecto, el cogulo presenta el aspecto de finas partculas de naturaleza porosa, mientras que el de la leche cruda es ms voluminoso y ms compacto. El comportamiento de la leche pasteurizada, a este respecto, se aproxima ms al de la leche cruda que al de la leche esterilizada.En el pasivo de la leche esterilizada debe anotarse el riesgo de putrefaccin una vez abierto el recipiente. Los grmenes de polucin, frecuentemente proteolticos, no se ven frenados por la presencia de una flora lctica residual, como ocurre en la leche pasteurizada. La leche esterilizada se halla indefensa frente a la putrefaccin (Ventanas, 1988).

A pesar de ser un poco ms cara, la leche esterilizada tiende a extenderse, desde hace algunos aos, esto se debe probablemente a su facilidad de consumo. El comprador puede comprar de una sola vez toda la leche que necesita durante muchos das, ya que su conservacin no exige ninguna precaucin especial. Es interesante observar que en Inglaterra y en Blgica, la venta de leche esterilizada se ha generalizado en los ncleos obreros, es decir, en aquellos lugares donde las amas de casa suelen trabajar fuera del hogar y disponer por ello menos tiempo para sus compras.

En 1974, la produccin de leche esterilizada no representaba ms que un tercio de la produccin de leche pasteurizada. El actual desarrollo de las tcnicas UHT deber modificar esta situacin en favor de las leches de larga conservacin. A veces esta evolucin no es necesariamente incompatible con la expansin de la leche pasteurizada de alta calidad cuyos caracteres organolpticos son incomparables y cuyo perodo de conservacin se encuentra considerablemente alargado con relacin a la de la leche pasteurizada ordinaria (Ventanas, 1988).

LECHES AROMATIZADAS Son bebidas esterilizadas, preparadas previamente, constituidas exclusivamente por leche descremada o no, adicionadas con sustancias aromticas naturales. Las leches aromatizadas con chocolate o cacao pueden ser puestas a la venta bajo la denominacin de leche chocolateada o leche al cacao.La fabricacin de leches aromatizadas, presenta un gran inters porque representa un incremento del consumo de leche natural. En efecto, muchos individuos experimentan cierta inapetencia frente a la leche pura, producto que, por otra parte, es considerado como un alimento con un bajo, a causa de su color blanco y de sus caracteres organolpticos. La aromatizacin permite paliar este inconveniente.

El producto actualmente ms extendido es la leche con la adicin de chocolate, su tcnica de fabricacin consiste en lo siguiente:

Se parte de la leche semidesnatada (10 a 15g de materia grasa por litro), a la que se aade un 1.5 2% de cacao perfectamente soluble y un 5 6% de sacarosa. Se pueden aadir igualmente cantidades muy pequeas de vainilla y de cloruro sdico para enmascarar el sabor aromtico del cacao. Estas cantidades deben ser determinadas por sucesivos ensayos hasta dar con el gusto final deseado. Por ltimo es necesario aadir un estabilizador para mantener en suspensin el cacao. Se emplea alginato de sodio o pecina, a la dosis del 0.5 1%, o almidn purificado, tipo Maizena, a la dosis de 45%. El ltimo producto citado tiene la ventaja de espesar ligeramente la leche (Ventanas, 1988).

Para facilitar la disolucin o suspensin de los elementos de la mezcla se recomienda preparar primero, en caliente, una mezcla concentrada. Se aaden, por ejemplo, a 100 litros de leche la totalidad del azcar, del cacao, del estabilizador, etc. Previstos para 1000 litros de producto final. Luego, agitando, se calienta durante 20 minutos. Finalmente, se diluye esta mezcla con el resto de la leche. El total se calienta a 85C durante 30 a 45 minutos y se homogeniza, embotella y esteriliza a 115C durante 20 minutos.

Si las leches al cacao, al caf o al caramelo pueden sufrir la esterilizacin sin inconvenientes, no ocurre lo mismo con las leches aromatizadas con frutas o con esencias de frutas, cuyos caracteres organolpticos se ven alterados durante el calentamiento prolongado a alta temperatura. Por ello, se tratan separadamente los productos aromatizantes mediante tcnicas capaces de eliminar todos los microorganismos (ultra-filtracin, tindalizacin, etc.) y que preservan sus caracteres organolpticos. Despus se realiza aspticamente la mezcla con la leche esterilizada y refrigerada (Ventanas, 1988).

LECHE CONCENTRADA ESTRIL

Es una leche de menor concentracin que la precedente, ya que solamente se le ha eliminado un 45% del agua. Para garantizar la estabilizacin final del producto en necesario esterilizarlo despus del envasado, de la misma manera que se hace con las conservas de frutas o legumbres.

La leche normalizada es, en primer lugar, pasteurizada a alta temperatura durante unos segundos. No slo se destruye as la mayora de los microorganismos y enzimas, sino que tambin se evita la coagulacin de la leche concentrada, en los botes durante la esterilizacin. Se alcanzan corrientemente temperaturas de pasteurizacin prximas a 105 y 110C y, en ciertos casos, 120 y de 130C. Estas temperaturas se mantienen durante 30 segundos. La leche seguidamente es evaporada hasta que su densidad alcance 1.15. Luego se homogeniza para que la materia grasa no se separe durante el almacenamiento. Esta operacin provoca la pulverizacin de las micelas de los prtidos parcialmente coagulados en el curso del precalentamiento, lo que se traduce en el incremento de la viscosidad de la leche que adquiere una consistencia untuosa. Tambin la digestibilidad del producto es aumentada por la homogenizacin.

A la salida del homogeneizador, la leche es dirigida a un refrigerador, preferiblemente resguardad del aire, para evitar contaminaciones. Hay que alcanzar una temperatura de 7 a 8C para impedir el desarrollo microbiano, ya que el producto no es estril.La refrigeracin debe ser rpida, no siendo de temer por la cristalizacin de la lactosa por existir agua suficiente.

Cuando se parte de una leche cruda de mediana calidad, se aaden en el curso de la esterilizacin sales estabilizantes a bajas dosis, tales como citrato o fosfato sdico, con el objeto de modificar el equilibrio salino y aumentar su capacidad tampn.

La leche concentrada no azucarada es envasada automticamente en botes cilndricos de 170 410g. Conviene hacer circular estos botes por un bao de agua a 80C para poder eliminar aquellos que no estn hermticamente cerrados, detectndolos por burbujas que salen de los mismos.

La esterilizacin se realiza en autoclaves calentados por vapor que pueden contener hasta 2000 botes. Estos se colocan en cestos que pueden adosarse en el interior de la autoclave a un eje mvil. Los intercambios calricos tienen lugar, de este modo, a mayor velocidad y basta con un calentamiento de 115C durante 20 minutos (Ventanas, 1988).

El enfriamiento final se efecta en tanques de agua fra, o ms sencillamente en las mismas autoclaves, que se llenan de agua despus de haber expulsado todo el vapor de calentamiento. Se recomienda descender la temperatura a 20C durante 15 minutos.

Cuando despus de llenado no se retiran los botes no hermticos, se debe someter el conjunto de fabricacin a una incubacin durante dos o tres semanas a 25-27C con objeto de descubrir aquellos botes donde ha ocurrido fermentacin. Se reconocen no slo porque se abomban por el fondo, sino tambin por el ruido caracterstico que hace la leche coagulada cuando se agita el bote (Ventanas, 1988).Para fabricar una caja de 48 botellas de leche concentrada estril, 19680 kilogramos, se necesitan de 43 a 46 litros de leche.

Entre los defectos de fabricacin citaremos las leches concentradas estratificadas en las que la homogenizacin no ha sido correcta y las leches, ms o menos coaguladas, que aparecen si la agitacin durante el tratamiento trmico ha sido insuficiente, o si la correccin del equilibrio salino por medio de las sales estabilizadoras no se realiza de manera adecuada.

Las alteraciones se deben siempre al crecimiento microbiano que origina la acidificacin y facilita el cuajado de la misma (una leche normal no supera los 40D), as como el abombamiento caracterstico cuando la proliferacin de los grmenes contaminantes se acompaa de desprendimiento de gas.

Se recomienda que el almacenamiento de la leche concentrada estril se efecte en un local a baja temperatura (inferior a 15C). Durante el almacenamiento se observa a veces un espesamiento de la leche concentrada que puede llegar a la coagulacin.

Durante mucho tiempo se ha atribuido este fenmeno a reacciones de asociacin entre las casenas y las protenas del lactosuero. Ahora bien, se admite actualmente que la fase micelar es la nica responsable del fenmeno. El espesamiento va acompaado de cierta prdida de la estabilidad de las casenas en presencia de calcio. Si la casena asegura la estabilidad de las otras casenas frente al calcio, puede pensarse que esta fraccin sufre un proceso degradativo en el almacenamiento.

El aumento del nitrgeno no proteico durante el almacenamiento, observados por varios autores parece confirmar esta hiptesis. Esta degradacin va acompaada del desenmascaramiento se grupos SH que forman enlaces S-S- provocando la aglomeracin de las micelas. El papel de los grupos SH puede evidenciarse con la adicin de un reactivo capaz de bloquearlos (para-cloro mercurio benzoato o N-etil-mealeimida). Con bloqueo la gelificacin no se produce. Los mecanismos que producen la degradacin de la casena no se an bien conocidos (Ventanas, 1988).