Proceso Pasteurizacion Leche

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA LECHE

Los mecanismos de transferencia de calor en la leche son los siguientes:

La pasteurization:

La pasteurización ha sido el tratamiento térmico más extensamente usado para la conservación de la leche

Existen varios métodos para pasteurización, pero para la leche se pueden mencionar tres:

-Primer Método: Método de baja temperatura y largo tiempo (LTLT) Se aplican temperaturas de 63-66oC durante 30 minutos.

-Segundo Método: El segundo usa temperaturas de 71-75oC durante 15 segundos y es conocido como el método de altas temperaturas en un corto tiempo (HTST). En ambos casos el producto requiere refrigeración posterior al tratamiento para lograr una vida de anaquel de alrededor de un par de semanas.

-Tercer método: Este consiste en aplicar temperaturas de 135-140oC durante 2-10 segundos, por sus características es nombrado Ultra pasteurización (UHT).

Transferencia de calor por convección:

Usualmente la transferencia de calor en la industria lechera es por convección. La convección natural, inducida por los efectos de empuje térmico en un campo de fuerza gravitacional se observa en el tratamiento de pasteurización de baja temperatura y largo tiempo (LTLT), No obstante la transferencia de calor por conducción, se produce al mismo tiempo, sin embargo es intrascendente en comparación con la transferencia de calor por convección para este proceso (Erdogdu et al., 2010).

En la industria lechera los mecanismos más utilizados son los de “conducción” y “convección” en donde intervienen las operaciones de calentamiento y enfriamiento.

Durante la pasteurización por HTST, el alimento circula en un tubo o se desliza en una placa que se encuentra a una temperatura elevada. Esta placa o tubo será el medio que le transfiere calor al alimento y por lo tanto energía térmica (fase de calentamiento). Así este se calienta mediante un mecanismo de transferencia de calor por convección (Duarte y Cristianini, 2010).

La tasa de transferencia de calor está determinada por la ley de enfriamiento de Newton, que representa el efecto global de la convección.

q=hA (T_p-T_∞ )

Donde q es la transferencia de calor, T_p-T_∞ es el gradiente de temperatura, T_p es la temperatura del medio que transfiere calor y T_∞ la temperatura del alimento líquido, A es el área de transferencia de calor y h es el coeficiente de transferencia de calor, el cual depende de las propiedades del fluido (densidad, viscosidad, expansión térmica) y las propiedades del proceso como presión, velocidad y características del flujo (Duarte y Cristianini, 2010).

Transmisión de calor Mixta.

En la industria lechera sucede en la mayoría de los casos transmisión de calor mixta; es decir, por conducción y por convección; los cuales ocurren en paralelo pero no de manera simultánea. Un ejemplo de lo anterior, es la refrigeración de la leche utilizando un intercambiador de calor. En ese caso, hay transferencia de calor por convección entre el agua que enfría y la leche que es enfriada y transferencia por conducción a través de la pared de las placas que separa la leche del agua. Lo anterior se comprenderá de mejor manera cuando se revise el tratamiento térmico aplicado a la leche en la pasterización.

En la transferencia de calor mixta a través de capas sucesivas, la ecuación a aplicar es:

Q=U A ∆T

En donde,

U=Coeficiente global de transmisión de calor en W/m² ºC

Se tiene que en un sistema de transferencia de calor a través de varios componentes con igual superficie como por ejemplo, cámaras frías, la ecuación es:

1/U=1/(h int)+L1/K1+L2/k2+L3/K3+1/(h ext)

En donde,

h int .=coeficiente de transmisión de calor por convección en el interior de la cámara

h ext =coeficiente de trasmisión de calor por convección en el exterior de la cámara

L1/K1+L2/k2+L3/K3 =espesor y conductividad térmica de los materiales que componen y aíslan la cámara

. EL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN DE LA LECHE.

La leche es un alimento nutritivo de inestimable valor que tiene un reducido tiempo de conservación que exige una cuidadosa manipulación. Se trata de un alimento altamente perecedero porque es un medio excelente para el crecimiento de microorganismos, especialmente de patógenos bacterianos, que pueden provocar el deterioro del producto y enfermedades en los consumidores.

Primera Actividad:

La primera actividad al entrar a una fábrica de leche y derivados para su proceso, es pesarla, para determinar la cantidad de litros contenida, posteriormente le indican que se acerquen a la zona de recibo, o acopio.

-Primer proceso: Ahora viene el primer proceso al que se somete la leche una vez que ha llegado a la planta: Se avisa al área de Calidad, para que se inicie el proceso de control de calidad, allí personal debidamente entrenado realiza las diferentes pruebas y mide todos los parámetros esenciales que nos aseguran que la leche recibida cumple con los requisitos de calidad y frescura, entre estos se destaca los controles de calidad microbiológica, que realizan en la materia prima. Si el resultado es favorable viene el segundo proceso:

-Segundo Proceso: Mediante bombas, válvulas y manqueras se bombea la leche para que pase a través de unos equipos llamados “clarificadoras” estas funcionan con el principio de la centrifugación de alta velocidad y su efecto es limpiar la leche, es decir, quitan todas las partículas grandes (cierto volumen) y dejan pasar los fluidos, de tal modo que en las descargas de estos equipos podemos encontrar mocas, estiércol, pedazos de piel de la ubre, tierra, pelos etc. En cantidades importantes, aquí se empieza a quitar el riesgo a la leche.

El cálculo de la fuerza centrífuga:

F = m v² / r en donde,

F = Fuerza centrífuga en Newton (N)

ṁ = Masa en Kg

v = Velocidad tangencial en m/s

r = Radio en m

La fuerza centrífuga es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad tangencial y esta se calcula:

v= d π n / 60 = r π n / 30

En donde, d = diámetro, r = radio, π = al número (pi) y n = revoluciones por segundo en sˉ¹

-Tercer proceso: Luego viene el proceso de Re-enfriado: Una vez que se va centrifugando en un proceso continuo se re-enfría hasta los 4oC preferentemente y luego se envía a almacenamiento en grandes silos que pueden contener hasta 150 mil litros mientras la leche esta almacenada debe mantenerse en la temperatura señalada y con agitación continua y regulada para evitar que se separe la grasa de la leche y se mantenga como una emulsión.

Otros procesos a realizar en la transformación de la leche son:

-Descremado de la leche

Varios autores se refieren al descremado de la leche como desnatado o separación de la nata o separación de la nata o crema. El descremado de la leche aplica el principio de la centrifugación y se realiza en función de la fuerza centrífuga y la fuerza de fricción. El descremado de la leche puede hacerse de manera natural y mecánica. La primera es posible por cuanto si se deja en reposo la leche entera al cabo de unas horas se forma una capa de grasa en la superficie por cuanto los glóbulos grasos forman aglomeraciones en forma de racimos que ascienden a la superficie debido a la densidad menor de la grasa con respecto a la leche. Lo anterior se debe al fenómeno físico referenciado en la ley de Stoke que describe la razón de precipitación de una esfera en un medio líquido a partir del cual, es posible deducirla fórmula para encontrar la velocidad con que los glóbulos grasos pueden subir a la superficie. Así también se tiene en cuenta la viscosidad y en ese sentido, en cuanto más viscoso es la grasa, la velocidad de separación disminuye es por esto que la leche que se descrema de forma mecánica se calienta a temperaturas que oscilan entre 40 y 50ºC antes de descremarse.

Fórmula para encontrar la velocidad con que los glóbulos grasos pueden subir a la superficie:

V = 2r² (df – ds) g / 9N

En donde,

V = Velocidad de la esfera

r² = Cuadrado del radio de la esfera

df = Densidad de la esfera

ds = Densidad del medio de dispersión

g = Fuerza de la gravedad

N = Viscosidad del medio de dispersión.

Para el caso de la leche, la formula cambia la posición de df y ds de esta manera:

V = 2r² (ds – df) g / 9N en donde,

ds = Densidad del suero o leche descremada

df = Densidad de la grasa.

-Homogenización de leche:

Varios autores se refieren al término como homogeneización. En este material adoptaremos la palabra homogenización más usualmente empleada en nuestro país.

En términos generales; la homogenización tiene como propósito romper y disminuir el tamaño de los glóbulos grasos para que estos se dispersen en la leche de manera uniforme y evitar la formación de una capa de crema o nata en la superficie de la leche entera. Esta operación se realiza en un homogenizador de válvulas; en donde, por el golpe y fricción de la leche cuando pasa a través del equipo, los glóbulos grasos se rompen en muchos glóbulos más pequeños. Al respecto, se tiene que la leche fresca es una emulsión que contiene alrededor del 4% de materia grasa en forma de glóbulos del tamaño de 2 a 10µm. El homogeneizador

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