Pasteurizacin de alimentos - Seleccin de materiales del proceso de pasteurizacin de la cerveza.

Pea Rincn F. Aa, Molano J. P.bafapenar@unal.edu.co, bjpmolano@unal.edu.coCurso - Ingeniera de MaterialesFacultad de Ingeniera y Arquitectura, Departamento de Ingeniera Qumica, Universidad Nacional, Manizales, Colombia 11 Junio 2014

RESUMEN

Diferentes procesos trmicos y de pasteurizacin utilizados en la industria de alimentos son mostrados. El efecto del calentamiento sobre los microorganismos, enzimas y el contenido nutricional es analizado. Se explica el proceso de produccin de cerveza y su paso por un proceso de pasteurizacin HTST. Se realiz una seleccin de materiales del equipo integrado de pasteurizacin de cerveza en cuanto a aspectos como corrosin y seguridad. Palabras Clave: Pasteurizacin, esterilizacin, preservacin, materiales1. IntroduccinEl procesamiento de alimentos ha marcado una de las grandes preocupaciones por las cuales se desarrollan y mejoran tecnologas de tratamiento y conservacin, con el fin de obtener productos adecuados para su consumo. Existen varias razones por las cuales los alimentos se someten a procesos de calentamiento, una de las principales es inactivar microorganismos patognicos o que deterioren el alimento. Otra razn incluye la inactivacin de enzimas, pues diferentes reacciones pueden ser catalizadas por la presencia de estas, convirtiendo el alimento inaceptable para su consumo [1]. Los procesos trmicos surgen como respuesta a la necesidad de extender el tiempo de vida de algunos alimentos como el vino, la leche y la cerveza.1.1 Clasificacin del proceso trmico1.1.1 Segn su intensidadDependiendo de su intensidad, los procesos de preservacin trmica estn clasificados en dos categoras [2]:a. Pasteurizacin: proceso de calentamiento a condiciones relativamente leves de temperatura (70 100C). Se destruyen clulas vegetativas de microorganismos pero tiene casi un efecto nulo sobre esporas.b. Esterilizacin: proceso de calentamiento a altas temperaturas (por encima de 100C) con el objetivo de destruir todas las formas de microorganismos, incluyendo esporas.La esterilizacin solo proporciona una conservacin a largo plazo de los alimentos, con la condicin de que se evite la recontaminacin con buen empaquetamiento. La pasteurizacin, por otro lado, slo proporciona estabilidad a corto plazo o si se requiere eficacia a largo plazo, otros factores de preservacin como refrigeracin o pH bajo deben ser tenidos en cuenta. Los siguientes son algunos casos en los que la pasteurizacin da resultados satisfactorios [2]: El objetivo del proceso es destruir los agentes patgenos no formadores de esporas (por ejemplo, Mycobacterium tuberculosis, Salmonella, Listeria). El producto est destinado al consumo dentro de un corto periodo de tiempo despus de la produccin y se distribuye bajo refrigeracin. La acidez del producto es suficientemente alta (pH < 4.6) para prevenir el crecimiento de patgenos formadores de esporas, como Clostridium botulinum (zumos de frutas, frutas enlatadas y encurtidos). El objetivo del proceso es evitar la fermentacin salvaje y/o detener la fermentacin (vino, cerveza).1.1.2 Segn el tipo de calentamientoLas diferentes tcnicas y equipos desarrollados dependen en gran medida del tipo de calentamiento que se le realiza al alimento. El tipo de calentamiento puede ser directo o indirecto. El calentamiento directo se da cuando se hace pasar vapor por el alimento y el contacto de estos dos medios es directo (se mezclan). El vapor puede pasar a travs del producto y este mtodo se conoce como inyeccin de vapor o vapor en producto. Cuando el producto es bombeado en una cmara de vapor como un spray, el proceso se conoce como infusin o producto en vapor [1]. Los mtodos indirectos de calentamiento se pueden dividir en dos nuevos subgrupos de acuerdo al momento de calentar el producto dentro de la secuencia del proceso en planta, -el procesamiento trmico en contenedores cerrados hermticamente y el procesamiento trmico de alimentos a granel antes del empaquetamiento (ver Tabla 1).1.1.3 Segn el tiempo y temperatura de calentamientoDiferentes procesos han sido desarrollados en cuanto al tiempo al que debe exponerse el alimento para obtener un producto de buena calidad y con el mayor porcentaje de eliminacin de microorganismos incrementando el tiempo de vida del mismo. Dicho esto, el tiempo y la temperatura de calentamiento del producto deben ser adecuados para obtener una gran eliminacin de agentes patgenos o microorganismos indeseados. Sin embargo no solo esto basta, pues la relacin temperatura-calidad del producto es uno de los principales factores a la hora de elegir entre una tecnologa u otra.Tabla 1. Clasificacin de procesos trmicos segn la forma de calentamiento y esquema secuencial del procesamiento (Adaptado de [2])

Procesamiento en el empaqueProcesamiento a granel

Llenado en calienteLlenado asptico

Alimento

Alimento

Alimento

Precalentamiento

Calentamiento

Calentamiento

Llenado

Holding

Holding

Agotamiento

Llenado en caliente

Enfriamiento

Sellado

Sellado

Llenado asptico

Calentamiento en el empaque

Enfriamiento en el empaque

Sellado asptico

Enfriamiento en el empaque

Los procesos trmicos aplicados en funcin de la relacin temperatura/tiempo pueden ser: LTLT (Low Temperature Long Time) donde se utilizan tiempos de calentamiento de alrededor de 2 a 30 minutos o ms, a temperaturas leves (50 70 C). HTST (High Temperature Short Time) o pasteurizacin flash utiliza tiempos de unos pocos segundos (10 40 s) a temperaturas (> 70C). El proceso UP (Ultrapasteurizacin) lleva el producto a temperaturas mayores (> 90 - 138 C) con tiempos (0.01 4 s). UHT (Ultra-High Temperature) hace parte de un proceso de esterilizacin donde el producto se mantiene a temperaturas elevadas (por ejemplo 138C para la leche) por alrededor de 2 segundos [1, 3, 4] y luego es empacado aspticamente. Es importante resaltar que el tiempo y la temperatura del tratamiento afectan de las caractersticas fisicoqumicas y tiempo de vida del producto (ver Fig. 1). Como consecuencia de esto se pueden requerir diferentes condiciones que no necesariamente se encuentran dentro de los rangos anteriormente mencionados [1].

Fig. 1. Influencia del proceso UHT y HTST en la prdida de vitamina B de la leche (Adaptada de [6]).1.2 Alimentos pasteurizablesDesde la aparicin de los procesos trmicos para el tratamiento de productos como el vino y gracias a la identificacin de la problemtica de conservar y erradicar enfermedades (como tuberculosis) por consumo de alimentos, diferentes estudios se han realizado para expandir dicho tratamiento a gran cantidad de alimentos, con el objetivo de aumentar las posibilidades de presentacin y consumo de los mismos. Los procesos de pasteurizacin se pueden aplicar a los siguientes alimentos: leche, bebidas basadas en leche, cremas, helado, huevos lquidos, jugos de frutas, bebidas basadas en frutas, tomates, cervezas y vinos.

2. Pasteurizacin de Cerveza descripcin del proceso La cerveza tradicional proviene de un proceso de fermentacin en el cual se usan materias primas tales como cebada, malta y trigo. El producto final de la fermentacin es una bebida de carcter alcohlico y gaseoso con bajo pH (4 - 5). El proceso comienza con la molienda de los granos de cebada y trigo, los cuales se mezclan con agua y dems nutrientes en una cuba (fermentador) al cual se agregarn las levaduras que inician el proceso de fermentado. El producto filtrado es enviado al proceso de pasteurizacin.Las condiciones para la pasteurizacin de la cerveza son aproximadamente 75 C durante 30 segundos. Para evitar la ruptura de gas y asegurar que alrededor de 2.2 volmenes de CO2 se conserven hasta una temperatura de 78 C se requiere una presin mnima de equilibrio de hasta 7.5 bar [1]. Es comn pasteurizar la cerveza en contenedores sellados (como botellas o latas) aunque tambin es posible hacerlo en un proceso con intercambiadores de calor de platos. Este ltimo proceso presenta una eficiente recuperacin de energa debido a la configuracin de los flujos aunque requiere condiciones aspticas en todos los equipos hasta el proceso de llenado. A continuacin se muestra un esquema del proceso y la disposicin de aprovechamiento energtico (ver Fig. 2, Fig. 3).

Fig. 2. Esquema simplificado de recuperacin energtica de un pasteurizador [7].Beer pasteurizedBeer fermentedCondensateCold WaterIce Water

Fig. 3. Trazado de un tpico pasteurizador HTST (por Tetra Pak en [8]).3. Seleccin de MaterialesEn lo que se refiere a la industria de alimentos, los materiales de los equipos en contacto con los productos deben tener lo ms altos estndares. Los aceros inoxidables son los materiales ms utilizados en la industria de alimentos pues son ideales para dicha industria [9]. Actualmente el 30% de todo el acero inoxidable producido se destina al sector se alimentos y bebidas [10]. Adems la cerveza es un producto que a largo plazo genera corrosin (por su moderada acidez) sobre la superficie de los materiales con que se encuentre en contacto, por esta razn el uso de un acero inoxidable, en todos los equipos y lneas de flujo dentro del proceso de pasteurizacin, es preferido sobre otros materiales. Para las dems partes del proceso integrado de pasteurizacin que no tienen ningn tipo de contacto con los alimentos como: el sistema de control y los soportes estructurales de los equipos, se pueden utilizar otro tipo de aceros de responsabilidad estructural. 3.1 Seleccin del tipo de acero inoxidableDadas las caractersticas previamente mencionadas, el acero necesario para cumplir la funcin requerida, en este caso la construccin de equipos para pasteurizacin de alimentos, especficamente tratada en el presente trabajo la pasteurizacin de cerveza, tiene que ser un material con una resistencia mecnica alta primero que todo, ya que sern construidos recipientes y tuberas de gran capacidad; segundo tiene que tener la capacidad de trabajar con cambios de temperaturas repentinos, que iran aproximadamente desde los 70 C hasta los 5 C en cuestin de minutos o segundos; tambin al trabajar con sustancias de un pH acido, debe tener una resistencia a la corrosin considerable y al mismo tiempo, tener la capacidad de ser moldeado en forma de tuberas y recipientes. Dadas estas especificaciones, y revisando los muchos tipos de aceros inoxidables existentes, sacando las caractersticas de cada uno de ellos, dimos con la mejor opcin para nuestro equipo en cuestin: Acero Inoxidable AISI 3043.1.1 Acero Inoxidable AISI 304El acero inoxidable AISI 304 es una aleacin de hierro con una composicin aproximada de 18% de cromo y 8% de nquel. Sus caractersticas se obtienen mediante la formacin de una pelcula adherente e invisible de xido de cromo. La aleacin 304 es un acero inoxidable austentico de uso general, es decir es una aleacin ferrosa que presenta microestructura predominantemente austentica, estabilizada por la gran cantidad de elementos gamagenos, que son principalmente nquel, manganeso, nitrgeno y carbono, siendo que en la aleacin resistente a la corrosin y en las ligas resistentes a temperaturas extremas en el cual el principal papel del carbono no es el de estabilizar la austenita o acero gamma, sino el de garantizar la resistencia mecnica [11]. Dicho acero cuenta con una estructura cbica de caras centradas o FCC. Es esencialmente no magntico en estado recocido y slo puede endurecerse en fro. Su bajo contenido en carbono con respecto a otras aleaciones como la 302 le otorga una mejor resistencia a la corrosin en estructuras soldadas. Cuenta con una resistividad elctrica de 70 a 72 Ohm*cm lo cual comparado con otros metales como la plata y el cobre, tiene una gran capacidad de oponerse al paso de la corriente elctrica. Tiene una densidad de 7,93 g/cm lo cual le da una gran resistencia mecnica. Otras de sus propiedades mecnicas son un porcentaje de alargamiento de