Principio de esterilización de la línea de producción de leche
La leche es un producto que se deteriora con facilidad. Desde la perspectiva de los fabricantes, los productos lácteos pueden almacenarse durante más tiempo antes de ser entregados a los consumidores que los necesitan. La leche debe esterilizarse durante el proceso de producción para que los productos lácteos tengan un mayor valor de consumo y puedan satisfacer plenamente la demanda del mercado en zonas geográficas más amplias.
Desde la perspectiva de los consumidores habituales, los productos lácteos que se conservan mejor también son muy populares, porque brindan a las personas más tiempo para consumirlos.
La leche tratada a alta temperatura debe ser de buena calidad. En particular, la proteína de la leche cruda no debe presentar inestabilidad térmica. La estabilidad térmica de la proteína puede determinarse rápidamente mediante la prueba del alcohol. Cuando la muestra de leche se mezcla con una cantidad igual de solución de etanol, la proteína puede volverse inestable y la leche floculará. Cuanto mayor sea la concentración de la solución de etanol que se añada sin que se produzca floculación, mejor será la estabilidad térmica de la leche. Si la leche permanece estable (sin precipitarse) incluso después de añadir una solución alcohólica con una concentración de alcohol del 75 %, se pueden evitar en gran medida los problemas de producción y de vida útil.
La prueba del alcohol se utiliza normalmente para rechazar la leche que no es adecuada para el tratamiento UHT porque:
Es ácida, porque el número de microorganismos productores de ácido es muy alto.
Presenta un equilibrio salino incorrecto
Contiene altos niveles de proteína sérica, una característica típica del calostro
La leche cruda de mala calidad tiene efectos adversos sobre el rendimiento del procesamiento y la calidad del producto final. La disminución de la estabilidad térmica de la leche con un valor de pH inferior a 6,65 a 20 °C no solo provocará problemas de procesamiento, como un corto tiempo de funcionamiento debido a la incrustación en la superficie de calentamiento, sino que también dificultará la limpieza y provocará la precipitación de proteínas en el fondo del envase durante el almacenamiento.
La leche almacenada a baja temperatura durante mucho tiempo puede contener una gran cantidad de bacterias psicrófilas, que pueden producir enzimas termorresistentes difíciles de inactivar completamente mediante el tratamiento térmico. Durante el almacenamiento, estas enzimas pueden provocar cambios sensoriales, como rancidez, amargor e incluso gelificación (envejecimiento, espesamiento o dulcificación).
La calidad bacteriológica de la leche debe ser alta. Esto se aplica no solo al número total de bacterias, sino, más importante aún, al recuento de bacterias formadoras de esporas que afectan la esterilidad.
El término «esterilidad comercial» se utiliza a menudo para los productos tratados con UHT. Los productos comercialmente estériles son aquellos que no contienen microorganismos capaces de crecer en las condiciones principales. En los productos de baja acidez (productos con un pH superior a 4,5), las esporas son los microorganismos más resistentes al calor que pueden crecer. Como su resistencia térmica es mucho mayor que la de los microorganismos nutricionales, el proceso de esterilización se centra únicamente en el efecto de destrucción de las esporas. Este grupo de productos de baja acidez incluye no solo la leche, sino también la mayoría de los productos a base de leche.
Cuando los microorganismos y/o las esporas bacterianas se someten a tratamiento térmico o a cualquier otro tipo de procedimiento de desinfección, no todos los microorganismos mueren de inmediato. En su lugar, en un periodo de tiempo determinado, algunas partes se destruyen mientras que el resto sobrevive. Si los microorganismos supervivientes reciben el mismo tratamiento durante el mismo periodo de tiempo nuevamente, los microorganismos restantes morirán en la misma proporción, y así sucesivamente. En otras palabras, la exposición a fungicidas o desinfectantes siempre elimina la misma proporción de microorganismos.
Eficiencia de esterilización de la línea de producción de leche
La eficiencia de esterilización de una línea de producción de leche está relacionada con dos factores: la temperatura y el tiempo de exposición, así como la resistencia térmica de los microorganismos.
Otros factores como la composición del producto, la viscosidad, la uniformidad y el pH también pueden afectar la eficiencia de esterilización. El equipo de esterilización en flujo, mediante tratamiento a ultraalta temperatura (UHT), suele esterilizar esporas bacterianas que crecen a temperaturas ambiente de alrededor de 9-10.
Las esporas de Bacillus subtilis o Bacillus stearothermophilus suelen utilizarse como organismos de prueba para determinar la eficacia de esterilización de los equipos UHT, ya que estas cepas (especialmente Bacillus stearothermophilus) forman esporas bastante resistentes al calor. Tradicionalmente, se utiliza Botox para calcular la eficacia de la esterilización en envase (véase el cálculo del valor F0).
El proceso de esterilización debe diseñarse de modo que el riesgo de que el producto se estropee o contenga microorganismos patógenos viables y en crecimiento antes de su consumo sea insignificante. Clostridium botulinum se ha considerado durante mucho tiempo el microorganismo más importante para la salud pública. El proceso de esterilización está diseñado para destruir las esporas de este microorganismo. Sin embargo, la probabilidad de supervivencia y crecimiento de las esporas de botulino en la leche y los productos lácteos tratados térmicamente es, de hecho, baja.
El efecto letal sobre las esporas bacterianas comienza a temperaturas de alrededor de 115 °C y aumenta rápidamente a medida que la temperatura se eleva.
Las bacterias pueden dividirse en dos categorías:
las que existen solo como células vegetativas (fáciles de eliminar por calor u otros medios),
las bacterias que existen en forma vegetativa y como esporas, es decir, bacterias formadoras de esporas. Aunque estas bacterias se eliminan fácilmente mientras están en estado vegetativo, sus esporas son difíciles de destruir.
El producto que se va a esterilizar suele contener una población mixta de células vegetativas y esporas bacterianas, como se muestra en la figura 9.1. Por desgracia, la correlación entre ambas no es muy buena. Pueden encontrarse recuentos elevados de esporas en productos con recuentos totales bajos y viceversa, por lo que las determinaciones del recuento total no pueden utilizarse como base fiable para estimar el recuento de esporas en los productos alimentarios.
Como se mencionó anteriormente, el efecto de esterilización del proceso de esterilización térmica aumenta rápidamente al incrementarse la temperatura. Por supuesto, esto también se aplica a las reacciones químicas que ocurren después del tratamiento térmico. ¿Cuántas veces aumenta la velocidad de reacción si la temperatura del sistema aumenta en 10 °C?
Si la temperatura del proceso aumenta en 10 °C, la velocidad de las reacciones químicas puede duplicarse o triplicarse. La variación es tan grande porque las distintas especies de esporas bacterianas responden de manera diferente al aumento de temperatura. En el rango de temperatura UHT, el efecto de eliminación bacteriana aumenta significativamente con la temperatura, mientras que los cambios químicos siguen siendo leves. Esto ilustra claramente las ventajas del tratamiento UHT frente a la esterilización en tanque, que opera a bajas temperaturas durante largos periodos de tiempo.
La línea de producción de leche integra un esterilizador, de modo que tiene la capacidad de esterilizar rápidamente en un ciclo, y una gran cantidad de productos lácteos puede esterilizarse durante el proceso de producción de la línea. De esta manera, los fabricantes pueden obtener productos lácteos esterilizados que cumplen con las normas alimentarias del mercado. La tecnología y los equipos de esterilización de la leche se actualizan constantemente. Cada vez más tecnologías de esterilización avanzadas se aplicarán a las líneas de producción de leche, y también entrarán al mercado nuevos productos lácteos esterilizados; estos productos satisfarán en gran medida los diferentes tipos de necesidades del mercado.
