La esterilización a ultra alta temperatura y la pasteurización son procesos de esterilización comúnmente utilizados en los productos lácteos. La leche esterilizada UHT es preferida por innumerables consumidores y fabricantes de todo el mundo debido a su larga vida útil, la ausencia de necesidad de refrigeración y su buena retención de nutrientes. A mediados y finales del siglo XX, la tecnología de llenado aséptico comenzó a comercializarse y se aplicó y promovió ampliamente en el envasado aséptico de productos lácteos líquidos y bebidas líquidas de zumo. Los equipos de tanque aséptico, como depósito de almacenamiento temporal para productos líquidos estériles, se utilizan ampliamente en líneas de llenado aséptico debido a sus características de prolongar el tiempo de producción continua de la llenadora, evitar el calentamiento circulante de la leche cruda y estabilizar la presión de llenado. Especialmente al producir productos con granulado de fruta, es imprescindible utilizar tanques asépticos. Este artículo toma los tanques asépticos como ejemplo para presentar su estructura y uso, y resume sus ventajas de aplicación y los puntos de control de calidad en el procesamiento lácteo.

Introducción a los tanques estériles
El equipo de tanque estéril puede utilizarse como depósito de almacenamiento para productos líquidos estériles, conectado a equipos de esterilización y llenado de productos (Figura 1), y se emplea para el almacenamiento intermedio de productos lácteos procesados por UHT. Es uno de los equipos clave en la línea de producción de llenado estéril. Incluso si alguna de las máquinas realiza mantenimiento o limpieza planificados, la producción puede continuar con la otra.

La aparición de los tanques estériles ha desempeñado un buen papel de impulso en el desarrollo de la tecnología de llenado aséptico. Para garantizar la integridad del estado aséptico del producto durante el almacenamiento, se imponen estrictos requisitos al rendimiento aséptico del equipo. Algunos equipos presentan problemas como corto tiempo aséptico, rendimiento aséptico inestable, bajo nivel de automatización y bajo rendimiento.

2.1 Construcción del tanque aséptico
El tanque estéril consta principalmente de tres partes: el cuerpo del tanque, el grupo de válvulas y el armario de control. La Figura 2 muestra una visión general de los tanques estériles y del equipo utilizado para el procesamiento del producto. El tanque estéril adopta un diseño modular, que incluye principalmente los 7 módulos siguientes.
(1) Tanques estériles. Almacenan el producto en estado estéril. El sensor de pesaje pesará el cuerpo del tanque; el sensor de nivel superior controla la válvula de entrada para evitar el desbordamiento; el sensor de nivel inferior mide si todavía hay líquido en el tanque estéril; y el dispositivo agitador superior del tanque garantiza que el producto se mantenga en estado fluido para evitar la sedimentación.
(2) Entrada del producto. El dispositivo controla el producto desde el esterilizador hasta el tanque estéril, mediante múltiples válvulas neumáticas y protegido de la contaminación por barreras de vapor. Cuando el nivel de líquido en el tanque alcanza 1 L, los productos aguas abajo pueden llenarse y transportarse para la producción; cuando el nivel de líquido en el tanque alcanza un nivel alto, la leche esterilizada UHT deja de transportarse al tanque.
(3) Entrada de agua de enfriamiento. Después de la esterilización, la temperatura del cuerpo del tanque se reduce llenando la capa intermedia de enfriamiento con agua de enfriamiento y luego se descarga. La cantidad de agua de enfriamiento utilizada es de 800 L por vez, y cada enfriamiento requiere 2 operaciones de llenado y descarga.
(4) Entrada de vapor y CIP. El vapor garantiza el suministro de vapor durante el proceso de esterilización, utilizado para la esterilización de diversas tuberías y tanques, así como para el suministro de barreras de vapor durante el proceso de producción; la entrada CIP garantiza el suministro de solución CIP durante el proceso CIP.
(5) Salida de vapor y CIP. El vapor se descargará en modo de esterilización y el CIP se descargará en modo de limpieza.
(6) Salida de producto. Esta parte garantiza que el producto salga del cuerpo del tanque hacia la llenadora, y hay un sensor de temperatura en la salida inferior del tanque para detectar la temperatura del producto; para asegurar una alimentación estable de la llenadora, la presión en la parte inferior del tanque se mantiene constante, controlada por un sensor de presión en la parte inferior del tanque y un grupo de válvulas de control de aire estéril.
(7) Entrada de aire estéril. Se utiliza para suministrar y descargar aire estéril; hay un sensor de presión en la parte superior del tanque que detecta la presión del aire estéril en la parte superior.
2.2 Conexión de señales de los tanques asépticos
(1) Señales de la esterilizadora y del tanque aséptico. CIP (limpieza in situ); PAM (señal de producto); PDS (señal de llenado); RFP (señal de solicitud de producción); RFW (señal de solicitud de suministro de agua); SPS (señal de parada de producción); SST (esterilización de la esterilizadora); WAM (señal de suministro de agua); CSB (barrera de vapor limpio); RSB (barrera de vapor de enjuague).

(2) Señales de los tanques asépticos y de la llenadora. CIP (limpieza in situ); FST (esterilización de la llenadora); PAM (señal de producto); PFM (señal de producción de llenado); RFP (señal de solicitud de producción); RFW (señal de solicitud de suministro de agua); TST (esterilización del tanque aséptico); WAM (señal de suministro de agua).

3. Uso de tanques asépticos
3.1 Modo de esterilización
Todo el circuito del producto se llena de vapor, y el equipo y las tuberías de producto conectadas se calientan y esterilizan con vapor saturado, incluido el filtro de aire estéril. La temperatura alcanza los 140 ℃ y se mantiene durante 1200 s. El sensor de temperatura en la salida inferior del tanque medirá y supervisará la temperatura de esterilización. Después de iniciar el programa de esterilización, el sistema realiza automáticamente los siguientes pasos: precalentamiento, presurización, evacuación del aire estéril, temporización de esterilización, enfriamiento con aire estéril en el tanque, enfriamiento con agua de refrigeración en la camisa, y selección manual del programa de enjuague con agua estéril para enfriar el tanque y vaciar el agua estéril. Una vez completado el modo de esterilización, la máquina quedará estéril y lista para la producción.
3.2 Modo de producción
El tanque aséptico recibe una señal PAM de la UHT, abre la válvula de alimentación de producto y el producto fluye desde la UHT hacia el tanque aséptico guiado. Después de que la llenadora envía una señal de solicitud de producto, se abre la válvula de suministro de producto y el producto se transporta hacia la válvula de entrada de producto de la llenadora. Hay una tubería de retorno desde la línea de producto aguas abajo de la llenadora hacia el tanque aséptico, y el grupo de válvulas al final de esta tubería está protegido de la contaminación mediante barreras de vapor.
3.3 Modo de enjuague estéril
Después de producir un tipo de producto, antes de cambiar a otro, todo el equipo se enjuagará con agua estéril suministrada por la UHT para eliminar los residuos de producto, y también se puede alimentar agua estéril a la llenadora para el enjuague estéril. Cuando la llenadora envía una señal RFW, el tanque aséptico solicitará agua estéril a la esterilizadora; cuando el nivel de líquido en el tanque alcance el nivel de enjuague estéril, se enviará una señal WAM a la llenadora.
3.4 Modo CIP
Los agentes de limpieza alcalinos y ácidos se introducen en el equipo a través de la tubería CIP, y todo el circuito se limpia en un ciclo cerrado de acuerdo con el proceso CIP. La temporización comienza solo después de alcanzar la temperatura y la conductividad establecidas. El circuito de limpieza incluye dos vías: el cuerpo del tanque y la tubería de producto de la válvula de alimentación. La solución de limpieza CIP entra en el tanque desde la bola rociadora superior para limpiar la pared interior y la tubería de suministro del tanque. Después de iniciar el programa CIP, el sistema realiza automáticamente los siguientes pasos: evacuación, presurización, preenjuague, lavado alcalino, evacuación, enjuague con agua, lavado ácido, evacuación, enjuague final con agua, evacuación y alivio de presión de escape.
3.5 Modo de espera
El equipo está en estado abierto, drenado y limpio, y no hay programa de activación. El modo de esterilización debe activarse antes de que pueda comenzar la producción.
Características de aplicación de 4 tanques asépticos en el procesamiento lácteo
4.1 Permite que la llenadora produzca de forma continua durante mucho tiempo
En todo el proceso de producción de leche esterilizada UHT, el equipo de esterilización UHT suele ser un factor importante que limita la capacidad de producción continua. Si se equipa con un tanque aséptico, cuando el equipo UHT aguas arriba necesita limpieza CIP durante un cierto periodo de producción, el producto ya está almacenado en el tanque aséptico, y el equipo llenador aguas abajo puede seguir llenando. Cuando la UHT se esteriliza después de la limpieza CIP, los productos estériles pueden transportarse a los tanques asépticos, y la llenadora puede continuar produciendo, aumentando así el tiempo de producción continua, reduciendo los costos de limpieza y aumentando la producción.
4.2 Bajo contenido de furfurales en la producción de leche neutra como la leche pura
La furosina en los productos lácteos es uno de los productos de la serie generados por la reacción de Maillard entre la proteína y la lactosa en condiciones de alta temperatura. Cuanto menor sea el contenido de furosina, mejor será la calidad nutricional de los productos lácteos. En 1992, los países de la UE tomaron la furosina como un indicador importante para juzgar la calidad de los productos lácteos. En 2004, la Organización Internacional de Normalización (ISO) publicó la ISO 18329-2004 para detectar el contenido de furosina en productos lácteos mediante cromatografía líquida de alta resolución y determinar si hay leche reconstituida detectando el contenido de furosina en productos lácteos. En 2005, el antiguo Ministerio de Agricultura formuló la "Identificación de la leche reconstituida en leche pasteurizada y leche esterilizada UHT" (NY/T 939-2005), y en 2016, la versión revisada de la "Identificación de la leche reconstituida en leche pasteurizada y leche esterilizada UHT" (NY/T 939-2016) también incluyó el furfural como un indicador importante para detectar leche reconstituida, estipulando que cada 100 g de proteína en leche esterilizada UHT contiene más de 190 mg de furfural, o cuando la relación entre el contenido de lactulosa (mg·L-1) y el contenido de furosina (mg de proteína/100 g) es inferior a 2 cuando el contenido de furosina de la leche esterilizada UHT es de 140 a 190 mg por cada 100 g de proteína, se identifica como que contiene leche reconstituida.
En el proceso de producción de leche pura y otras leches neutras mediante conexión directa aguas abajo de la UHT con la llenadora, si la llenadora aguas abajo se detiene por avería, la leche volverá al sistema UHT para un calentamiento cíclico. Cuando el tiempo de calentamiento cíclico supera cierto límite, con la intensificación de la reacción de Maillard, el color y el sabor del producto cambiarán significativamente. Si se instala un tanque aséptico aguas abajo de la UHT, esta situación puede evitarse en gran medida, porque tanto si la llenadora está en producción como si presenta una avería, el producto siempre se transporta al tanque aséptico y no regresa al sistema UHT para un calentamiento repetido. Por lo tanto, al utilizar tanques asépticos, el contenido de ácido fúrvico en el producto suele ser inferior al de los productos sin tanques asépticos.
4.3 Sin pérdida de leche por retorno
Cuando la leche no puede llenarse durante mucho tiempo, se someterá a múltiples ciclos de calentamiento, lo que provocará cambios significativos en el color y el sabor del producto. Las medidas industriales suelen consistir en vaciar la leche durante este ciclo de calentamiento y reconducir la leche fresca al sistema UHT, lo que puede generar pérdidas de varios cientos de kilogramos de leche. Si se instala un tanque aséptico aguas abajo de la UHT, esta situación puede evitarse y se puede reducir la pérdida de leche cruda.
4.4 Puede producir productos con gránulos de fruta
Añadir gránulos de fruta a los productos lácteos combina frutas ricas en vitaminas y leche, lo que puede lograr un equilibrio nutricional y aumentar el valor añadido y la experiencia del cliente en los productos lácteos. Por lo tanto, los productos lácteos UHT con gránulos de fruta son uno de los productos investigados y desarrollados por muchas empresas lácteas en los últimos años, pero también afrontan problemas como la distribución desigual de los gránulos y su fácil rotura. En la actualidad, existen dos procesos posibles para la producción de productos lácteos con gránulos de fruta: el proceso de premezcla y el proceso de adición posterior. Ambos procesos requieren el uso de tanques asépticos para almacenar temporalmente los productos esterilizados. El dispositivo de agitación en la parte superior del tanque aséptico garantiza que los productos se mantengan en estado de flujo para evitar la acumulación de partículas de fruta, lo que provocaría una distribución desigual de las mismas.
4.5 No requiere mantenimiento frecuente
En comparación con las llenadoras y los equipos UHT, los tanques asépticos casi no tienen piezas móviles ni desgastables, salvo las paletas de agitación, por lo que normalmente solo es necesario sustituir periódicamente los anillos de sellado de las válvulas de la tubería, etc., sin necesidad de grandes planes de mantenimiento periódico.
4.6 Alto grado de automatización
Salvo la necesidad de desmontar la unión acodada al cambiar entre el modo de producción y el modo de limpieza, los operarios completan principalmente la operación a través del panel de control hombre-máquina. Después de seleccionar el modo de operación requerido, todos los pasos del programa se ejecutarán automáticamente, con una intervención manual mínima.
Control de calidad de 5 tanques asépticos en el procesamiento lácteo
5.1 El vapor debe estar limpio
Debido al uso de una gran cantidad de vapor durante el proceso de esterilización para esterilizar el cuerpo del tanque, y a la necesidad de suministrar vapor para mantener la barrera de vapor durante el proceso de producción, debe garantizarse el contacto directo entre el vapor y el producto o su superficie para asegurar que el vapor cumpla con los estándares de grado alimentario. Además de instalar filtros de vapor, también se puede considerar el uso de un generador de vapor limpio para garantizar la pureza del vapor.
5.2 Sustitución del anillo de sellado del eje de la paleta de agitación
Durante el proceso de producción, se inyecta continuamente vapor de alta temperatura en el sello mecánico del eje de la paleta de agitación para evitar la contaminación del producto a través del eje mezclador. Sin embargo, los componentes de sellado del eje mezclador suelen ser propensos al envejecimiento a altas temperaturas, lo que genera un riesgo de contaminación del producto en el tanque.
5.3 Sustitución de la malla del filtro de aire estéril
El aire estéril es aire comprimido deshidratado y desengrasado, que pasa a través de dos mallas filtrantes de aire estéril de 0,01 μm y una válvula reguladora de presión. El filtro de aire estéril debe esterilizarse con vapor antes de comenzar la producción. Para garantizar el efecto de filtración, es necesario sustituirlo periódicamente. Se recomienda utilizarlo 100 veces en condiciones de esterilización de 140 ℃ y 30 minutos.
5.4 Garantizar un buen efecto de limpieza CIP
La limpieza CIP debe limpiar a fondo el tanque y la tubería, y debe adoptarse un procedimiento de limpieza razonable. Al mismo tiempo, deben utilizarse la concentración adecuada del agente de limpieza, la temperatura, el tiempo, el caudal y otros parámetros para garantizar el efecto de limpieza, especialmente cuando no hay ángulos muertos en las paletas de agitación.
5.5 Presión del aire estéril
Durante el proceso de producción, el aire estéril en la parte superior del tanque debe mantener una cierta presión positiva para evitar que el producto se contamine con el aire exterior. Cuando la presión del aire estéril en la parte superior del tanque es inferior al límite de seguridad, puede aumentar el riesgo de contaminación del producto dentro del tanque.
5.6 Otros

El tanque estéril se encuentra en la etapa estéril posterior del proceso UHT, y mantener su esterilidad es fundamental. Además, es necesario considerar múltiples factores, como la esterilización del equipo, la temperatura de la barrera de vapor, las fugas del conjunto de válvulas de la tubería, el tiempo de almacenamiento, etc. Es necesario evaluar los riesgos correspondientes y desarrollar medidas de control adecuadas para garantizar la esterilidad del producto.

6 Conclusión

En los últimos años, con el rápido desarrollo de las industrias láctea y de bebidas, la tecnología de llenado aséptico se ha vuelto cada vez más madura, y el uso de tanques asépticos se ha generalizado cada vez más. En la actualidad, existe una gran demanda de equipos de tanque estéril en el mercado chino, y algunos fabricantes nacionales también están desarrollando tanques estériles. Sin embargo, todavía existe cierta brecha en el rendimiento aséptico y el nivel de automatización de los tanques estériles nacionales en comparación con los importados. Las empresas lácteas deben equipar de forma selectiva los tanques asépticos en función de las características de sus productos, la tecnología de procesamiento y la disposición de la línea de producción, y desarrollar medidas de control de calidad razonables para garantizar el estado aséptico de los productos, logrando así el objetivo de prolongar el tiempo de producción continua.

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