PASTEURIZAREA

Pasteurizarea este operaia care are ca scop distrugerea majoritii microorganismelor i, n particular, a bacteriilor patogene nesporulate prezente n produs, cu cea mai mic pierdere posibil a calitii senzoriale ale acestuia. Sporii de Bacillus i de Clostridium, dei sunt foarte termorezisteni, sunt incapabili s germineze i s se dezvolte la un pH < 4. Produsele ce posed un pH mai cobort dect aceast valoare pot fi stabilizate printr-un tratament termic moderat la o temperatur mai mic de 100C. Tratamentul termic sub 100C se numete pasteurizare. Efectele generale ale pasteurizrii Pasteurizarea urmrete aceleai obiective i are aproape aceleai efecte ca i termosterilizarea, dar cu intensitate mai mic. Principalele efecte ale pasteurizrii Efecte dorite Efecte nedorite

reducerea cu 15% a tendinei de precipitarea srurilor de calciu n proporie de separare a globulelor de materie gras 5% din cantitatea total de calciu. Aceast precipitare afecteaz consistena i elasticitatea coagulului precum i procesul de coagulare reducerea proceselor de denaturare i precipitare a proteinelor, n special a celor serice (lactoglobulina i lactalbumina) la o pondere de cel mult 10% o distrugere parial a dou enzime importante pentru faza de maturare, i anume lipaza i galactaza distrugerea microorganismelor patogene n proporie de 90-98% distrugere minim a microorganismelor utile; distrugere maxim a germenilor patogeni; degradare minim a calitii laptelui distrugerea parial a vitaminei B 1 (n proporie de 10%) i a vitaminei C (n proporie de25%)

o uoar modificare a gustului i mirosului laptelui

Efectele pasteurizrii asupra componenior laptelui Efectul termic al pasteurizrii provoac unele modificri asupra principalilor constituieni ai laptelui, cum ar fi: - materia gras, - substanele proteice, - cazeina, lactoza, - substanele minerale, - enzimele, - vitaminele. 1. Materia gras La prelucrri termice, materia gras poate suferi o denaturare parial la nivelul stratului lecitinic, precum i topirea si atomizarea globulelor. Are loc de asemenea o uoar separare a materiei grase la suprafaa laptelui care duce la o uoar colorare a laptelui n galben. Laptele pasteurizat capt consistena laptelui smntnit i la suprafaa lui se formeaz un strat mic de smntn. 2. Substanele proteice Denaturarea proteinelor poate fi accentuat i accelerat de prezena aerului combinat cu efectul termic, care pot exercita un efect de sinergie cu cel al ridicrii temperaturii. Proteinele pot suferi o denaturare ireversibil ncepnd cu o temperatur de 60C. La o temperatur de 70C, dup un timp de 30 minute, are loc o denaturare mai accentuat (aproape 90%) a anumitor proteine ( -globulina n proporie de 32% si -globulina n proporie de 6%). De asemenea, are loc o denaturare a aminoacizilor ce conin sulf (cistin si cistein) favoriznd astfel formarea de radical sulfhidric care se transform la rndul lui n grupri sulfit 2 2 (S03 ) i sulfat (S04 ), dnd un gust dezagreabil produsului. Sub efectul cldurii, pot aprea i unele procese chimice de oxido-reducere; acest efect are un inconvenient major ce const n modificarea activitii biologice. 3. Cazeina Instabilitatea termic a cazeinei afectez stabilitatea laptelui, din toate punctele de vedere. Transformarea structurii cazeinei prin aportul caloric duce la modificarea tuturor proprietilor fizico-chimice si senzoriale ale laptelui. Astfel, la o temperatur de 75-80C are loc denaturarea complexului fosfocazeinat de calciu cu formarea unui precipitat de trifosfat calcic insolubil. Acest efect duce la modificarea gustului, a compoziiei i a aspectului laptelui. nclzirea laptelui duce la o reacie dintre cazeina si -lactoglobulin cu formarea unui complex avnd drept efect modificarea structurii i a compoziiei chimice a laptelui. 4. Lactoza Lactoza este stabil termic pna la o temperatur de aproape 100C. Peste aceast temperatur lactoza se degradeaz cu formare de specii acide, alcoolice si aldehidice, care modific echilibrul chimic existent ntre diferitele procese enzimatice i biochimice. Formarea acidului formic modific favorabil activitatea lactobacterian pentru procesele ulterioare de fabricare a produselor lactate. ntre 80-100C, lactoza se combin cu acizi, conferind laptelui o nuan brun i un gust dezagreabil. Aceast reacie consum aminoacizi i micoreaz valoarea nutritiv a laptelui.

5. Substanele minerale La nivelul substanelor minerale, are loc o precipitare a trifosfatului de calciu i o modificare a compoziiei minerale a laptelui. Se formeaz dioxid de carbon care duce la o modificare a pH-ului i apare o solubilitate a compuilor minerali. La o temperatur mai mare de 100C, are loc precipitarea unor sruri de tip citrat de calciu i de magneziu care duce la scderea valorii nutritive a laptelui. 6. Enzimele Ridicarea progresiv a temperaturii duce la inactivarea treptat a diferitelor tipuri de enzime. Astfel: la o temperatur de 75C are loc distrugerea cvasiintegral a fosfatazelor; la o temperatur de 80-82C, are loc inactivarea rapid (n cateva secunde) prin distrugerea aldehidic a reductazelor i a peroxidazelor; la o temperatur de 85-90C are loc distrugerea cvazi-instantanee a lipazelor. Din punct de vedere al stabilitii laptelui distrugerea enzimelor are un efect benefic, dar formarea inevitabil a unor noi produi poate afecta, ntr-o mic masur, proprietile laptelui. 7. Vitaminele Sub efectul pasteurizrii, se produce o degradare a multor vitamine, n mod special a vitaminelor A, B 1 , B 2 , C. Efectul combinat al prezenei de pungi de aer si al cldurii duce la un fenomen sinergic i amplificat de distrugere a vitaminelor. n prezena oxigenului, degradarea acestora, n special a vitaminei C, ncepe la o temperatur de 60C, iar n absena acestui agent descompunerea vitaminelor ncepe abia la temperaturi de aproximativ 100C. Cu toate aceste inconveniente, prelucrarea termic a laptelui, i n mod special prin pasteurizare, rmne singura modalitate tehnologic de a produce lapte de larg consum sau ca materie prim pentru fabricare de derivate lactate, care prezint un interes economic.

NCLZIREA I RCIREA

Transmiterea cldurii este necesar n procesele tehnologice din industria alimentar pentru a modifica temperatura materiilor prime sau auxiliare n vederea nclzirii sau rcirii. Temperatura agentului termic de-a lungul procesului de nclzire sau rcire poate fi variabil dac acesta nu-i schimb starea de agregare (ex.: gaze calde care se nclzesc, ap rece care se nclzete) sau poate rmne constant dac i modific starea de agregare (ex.: aburul care se condenseaz, apa care fierbe). Agenii termici uzuali utilizai n industria alimentar sunt: apa cald, aburul saturant, apa rece i apa rcit. Apa cald. Pn la t=80C nclzirea cu ap cald se realizeaz la presiunea atmosferic. n intervalul de temperatur de t = 80-374C se utilizez ap sub presiune (ap supranclzit impropriu). Aburul saturant - cel mai uzual purttor de cldur. Avantajele pentru nclziri ce nu depesc 150-200C sunt: - cldur latent masic de condensare mare pentru temperaturile curente de nclzire; - valori mari ale coeficientului parial de transfer de cldur; - temperatura purttorului de cldur se menine constant; - este neinflamabil i netoxic; - cost redus (nu se impune n toate cazurile recuperarea i recircularea condensatului).

Apa rece utilizat ca agent de rcire se realizeaz n circuit deschis pentru debite mici i n circuit nchis pentru debite de ap de rcire mari i trebuie s aib aceleai caliti ca i apa cald. Apa rcit = agent de rcire secundar utilizat pentru temperaturi de rcire mai mari de 4C. Se utilizeaz la schimbtoarele de cldur cu plci. Agenii termici neconvenionali cu utilizri n industria alimentar: - microundele cu frecvena de 2450MHz ( pentru oprirea fructelor i legumelor); - cmpul electric de nalt intensitate, mai mare de 300 KW (pentru nclzirea produselor cu aciditate ridicat ). Operaiile de nclzire i rcire sunt utilizate n industria alimentar pentru: - a creea condiii pentru efectuarea unor transformri de ctre microorganisme (ex.: fermentarea mustului); - a favoriza realizarea unor operaii tehnologice din schema bloc de obinere a produsului respectiv (ex.: difuzia zahrului din sfecla de zahr ); - a trata termic unele materii prime i auxiliare din procesul respectiv (ex.: apa necesar difuziei n industria zahrului trebuie s aib 45C). Aparatele schimbtoare de cldur din industria alimentar sunt denumite dup numele operaiei tehnologice care se realizeaz n aparat: opritor (n industria conservelor de legume i fructe, industria crnii ), calorizator (n industria zahruliui).

TIPURI DE SCHMBTOARE DE CLDUR

Schimbtor de cldur cu plci utilizat pentru: - prenclzirea laptelui integral (6C 40C) - favorizeaz separarea globulelor de grsime n timpul operaiei de separare centrifugal; - rcirea laptelui pasteurizat (72C 4C) - constituie agent termic pentru laptele care se prenclzete; Vase cu manta utilizate pentru pasteurizarea laptelui destinat fabricrii brnzeturilor. Schimbtorele de cldur pot fi componente ale unor instalaii complexe (ex.: instalaii de uscare a laptelui integral sau degresat, instalaii de obinere a grsimilor topite) sau pot funciona independent.SURSE DE CLDUR Energia termic necesar diferitelor faze ale proceselor tehnologice poate fi obinut pe diferite ci i de la diferite surse. Energia termic poate fi asigurat de la un fluid mai cald, fie prin contact direct, fie prin intermediul unei suprafee de schimb de cldur, fluidul respectiv fiind agent purttor de cldur. Energia termic poate fi asigurat prin transformarea unei alte energii n energie termic. Cazul uzual este cel de transformare a energiei electrice sau radiante n energie caloric. Preluarea unei cantiti de energie termic se realizeaz de ctre un agent de rcire. Dac trebuie s se preia energie termic pentru rcirea unui produs sub temperatura mediului ambiant, agentul de rcire este denumit agent purttor de frig. Agenii purttori de cldur i agenii de rcire sunt fluide care particip la schimbul de cldur i se numesc ageni de schimb de cldur.

AGENI DE SCHIMB DE CLDUR Agenii purttori de cldur uzuali se prezint n faz gazoas sau n faz lichid. nclzirea cu agent purttor de cldur n faz gazoas se poate realiza n dou variante: - nclzirea cu meninerea agentului purttor de cldur n form gazoas fr schimbare de stare fizic i cu cedare de cldur sensibil; - nclzirea cu schimbarea strii fizice, prin condensarea fazei gazoase care cedeaz cldura de condensare. n prima variant se ncadreaz nclzirea cu aer cald, gaze de ardere, abur supranclzit care este meninut la o temperatur superioar temperaturii de fierbere. n cea de-a doua variant se ncadreaz nclzirea folosind ca agent purttor de cldur aburul saturant (sau ali vapori saturani) care cedeaz cldur de condensare prin schimbare de faz. nclzirea cu meninerea purttorului de cldur n faz gazoas se caracterizeaz prin: - transferul de cldur la un coeficient parial de schimb de cldur i la un coeficient total de schimb de cldur mic; - transfer de cldur cu variaia temperaturii purttorului de cldur, care cedeaz cldur sensibil. Prin cedarea cldurii sensibile, temperatura purttorului de cldur scade continuu n timpul procesului de nclzire. - cldura specific a purttorilor de cldur n faz gazoas este mai mic n comparaie cu cea a purttorului de cldur n faz lichid. furniza cldura necesar evaporrii umiditii din materialul care se usuc i de a transporta umiditatea evaporat n afara sistemului. Capacitatea de uscare a aerului depinde de temperatura lui i de umezeala relativ, aerul putnd s i modifice umezeala pn ajunge la umezeala de saturaie. Aerul cald presupune existena unei alte surse termice pentru a fi adus la temperatura necesar pentru realizarea schimbului termic.

nclzirea cu aer cald se aplic n operaiile de uscare. Aerul are rol dublu: cel de a

temperaturi ridicate. Gazele de ardere se obin prin arderea unui combustibil cu aer. nclzirea cu gaze de ardere, produse prin arderea direct a unui combustibil prezint i dezavantajul unui randament termic sczut, deoarece o mare parte din cldur se pierde n atmosfer, fiind eliminat cu gazele evacuate. Pentru mbuntirea randamentului termic n cazul utilizrii gazelor de ardere se folosete recircularea unei pri din gazele de ardere pentru scderea temperaturii iniiale a gazelor la temperatura cerut n instalaia n care are loc schimbul de cldur. Gazele de ardere pot fi ntrebuinate n locul aerului cald n unele operaii de uscare, avnd acelai rol dublu, ca i aerul. n cazul gazelor de ardere utilizate la uscare trebuie s se in cont de punctul de rou a gazelor, deoarece acestea pe lng umezeala din aer mai conin umiditatea rezultat din arderea combustibilului. Gazele de ardere trebuie s fie evacuate din sistem la o temperatur superioar punctului de rou.

nclzirea cu gaze de ardere este ntrebuinat n cazurile cnd trebuie realizate

nclzirea cu abur supranclzit. Aburul supranclzit nu poate fi folosit n procesele de uscare n condiiile n care se utilizeaz aerul cald sau gazele de ardere. n sistemele de nclzire n care se utilizeaz abur supranclzit, acesta funcioneaz n circuit nchis ntre cele dou sisteme de nclzire, ntre cel care primete cldura pentru a ajunge la temperatura iniial ,t i , i cel n care o cedeaz i ajunge la temperatura final t f .

nclzirea cu abur saturant sau vapori saturani se realizeaz pe seama cldurii latente cedat de abur (vapori) n timp ce se condenseaz la temperatur constant. Aburul saturant este cel mai uzual purttor de cldur din cauza avantajelor pe care le prezint: - cldur latent de condensare mare la temperaturile curente de nclzire. n condiiile de utilizare cu purttor de cldur, cldura latent de condensare reprezint peste 75% din entalpia aburului saturant, ceea ce face ca debitul de abur s fie redus n comparaie cu ali purttori de cldur, ceea ce reduce diametrul conductelor de transport; - coeficient parial de transfer de cldur foarte mare, cu influen mic asupra valorii coeficientului total de transfer de cldur; - temperatura purttorului de cldur constant cednd cldura de condensare i destul de uor de reglat prin reglarea presiunii aburului; - utilizarea aburului saturant nu provoac difilculti n respectarea condiiilor de tehnica securitii, deoarece nu este inflamabil i nici toxic; - costul redus care nu impune n toate cazurile recuperarea i recircularea condensatorului. Aceste avantaje sunt pentru nclziri care nu depesc 150200C, deoarece la temperaturi mai mari trebuie s se ridice prea mult presiunea. Cu creterea presiunii, ponderea cldurii de condensare din totalul entalpiei aburului saturant scade. Utilizarea purttorilor de cldur lichizi se realizeaz fie sub form de bi, fie circulnd n circuit nchis ntre un generator de cldur i aparatul care trebuie nclzit. Ultima form este cea mai uzual. Principalul avantaj al utilizrii purttorilor de cldur lichizi provine din volumul specific mic al acestora n comparaie cu al gazelor i din cldura specific mai mare dect a gazelor. Cel mai utilizat purttor de cldur lichid este apa cald. Pn la 80C nclzirea cu ap cald se realizeaz la presiunea atmosferic, peste aceasta pn la temperatura critic (374C) se folosete apa sub presiune numit impropriu ap supranclzit. Apa cald circul n circuit nchis, circulaia fiind asigurat cu ajutorul unei pompe sau pe baza circulaiei naturale datorit diferenei de densitate a apei la cele dou temperaturi (de intrare respectiv de ieire) i a diferenei de poziie ntre generatorul de cldur i aparatul care trebuie nclzit. n industria alimentar utilizarea apei ca purttor de cldur n unele cazuri este impus i de funcionarea aparatelor cu circulaie n contracurent a celor doi ageni i meninere a unei diferene de temperatur constant i redus. Pentru preluarea cantitilor de cldur pentru rcire, pentru condensare sau condensare i rcire se folosesc ageni de rcire. Peste temperatura mediului ambiant agenii de rcire uzuali sunt lichizi. Agentul de rcire utilizat la temperaturi peste temperatura mediului ambiant este apa, prin amestec sau rcire prin intermediul unei suprafae de schimb de cldur.

Apa ca agent de rcire. Rcirea nu impune ridicarea presiunii apei. Cnd rcirea se realizeaz prin intermediul unei suprafee circulaia apei se efectueaz n circuit deschis pentru debite mici sau n circuit nchis pentru debite de ap de rcire mari. Instalaiile n care se realizeaz rcirea apei n cazul circuitului nchis sunt turnurile de rcire, rcirea realizndu-se cu aer prin umezirea acestuia. Pentru temperaturi sub temperatura mediului ambiant, rcirea se realizeaz doar cu ajutorul frigului artificial, utiliznd ageni frigorifici primari care realizeaz rcirea prelund prin intermediul suprafeei de schimb de cldur cantitatea de cldur necesar trecerii din faz lichid n faz de vapori (cldura de evaporare). Uneori se folosesc ageni de rcire secundari, care sunt rcii prin intermediul agenilor frigorifici primari i realizeaz rcirea prin circulaie n circuit nchis, ntre aparatul prin intermediul cruia se realizeaz rcirea i cel n care se rcete. Circulaia se realizeaz cu ajutorul pompelor. Ca agent de rcire secundar n industria alimentar pentru temperaturi de rcire mai mari de 4C se folosete apa rcit, iar la temperaturi mai sczute soluie de saramur (cu clorur de calciu), amestec ap-alcool, amestec ap-glicerin sau etilenglicol dup caz.

UTILAJE I INSTALAII PENTRU PASTEURIZARE Utilajele utilizate pentru realizarea tratamentelor termice de stabilizare microbiologic trebuie s asigure nclzirea produsului la temperatura tratamentului termic, meninera lui la aceast temperatur i rcirea pn la temperatura de depozitare sau temperatura necesar pentru urmtoarea faz tehnologic. Au o construcie divers, majoritatea fcnd parte din clasa schimbtoarelor de cldur. Pasteurizatoarele lucreaz la presiune atmosferic pentru a asigura temperaturi de lucru sub 100C. n raport cu regimul de funcionare se disting: - instalaii cu funcionare discontinu (ex.: vanele de pasteurizare, autoclavele ); - instalaii cu funcionare continu, cum sunt majoritatea instalaiilor de pasteurizare. n funcie de modul cum se prezint produsul supus tratamentului termic instalaiile se pot grupa n: - instalaii pentru tratamente termice de stabilizare a produselor vrac; - instalaii pentru tratamente termice de stabilizare a produselor ambalate n recipiente. Ca agent termic se utilizeaz: apa cald, aburul, aerul cald, nclzirea direct la flacr sau nclzirea cu microunde. Ca medii de nclzire se utilizeaz: apa, apa rcit, glicolul, amoniacul sau saramura. Exist dou tipuri de baz de instalaii: - instalaii cu aciune indirect; - instalaii cu aciune direct. Instalaiile cu aciune indirect sunt schimbtoarele de cldur de suprafa de tip tubular, cu plci sau cu suprafa raclat, care utilizeaz ca agent de nclzire aburul sau apa cald. Instalaiile cu aciune direct pot fi ca injecie de abur sau cu infuzie de abur, dup cum aburul este injectat n produs sau produsul este injectat n abur. Singura condiie care se impune produsului pentru a putea fi supus unui tratament termic de stabilizare n vrac este ca el s fie pompabil (n aceast categorie se ncadreaz produsele lichide, ex.: laptele, smntna, etc.).

SHIMBTOARE DE CLDUR Aparatele care servesc pentru efectuarea unor operaii de transfer de cldur de la un fluid la altul se numesc schimbtoare de cldur. Schimbtoarele de cldur conin dou spaii delimitate pentru circulaia separat a dou fluide ntre care are loc schimbul de cldur. Peretele care delimiteaz separarea celor dou spaii este chiar suprafaa de schimb de cldur. Schimbtoarele de cldur funcioneaz de obicei n regim staionar, valorile temperaturilor celor dou fluide ntr-un punct considerat rmn constante tot timpul fucionrii. Sunt i schimbtoare de cldur care funcioneaz n regim nestaionar pentru a realiza nclzirea sau rcirea unui fluid n anumite condiii de temperatur prin transfer de cldur de la sau la un alt agent. Clasificarea schimbtoarelor de cldur se poate face innd cont de o serie de criterii: destinaie, starea de agregare a agenilor termici, direcia de deplasare a agenilor termici, dup materialul de construcie, dup tipul de construcie. Cel mai adecvat criteriu de prezentare este cel dup tipul de construcie, schimbtoarele de cldur folosite n industria alimentar putnd fi grupate n: schimbtoare de cldur cu manta, cu serpentin (spiral), cu evi coaxiale, multitubulare, n spiral, cu plci, cu evi cu aripioare, de construcii particulare sau mixte.

SCHIMBTOARE DE CLDUR MULTITUBULARE

Sunt ntrebuinate n cazurile n care este necesar o suprafa de schimb de cldur relativ mare i n scopuri multiple: prenclzitor, rcitor, condensator de suprafa, recuperator. n forma cea mai simpl sunt construite din evi fixate la capete n orificiile realizate n dou plci tubulare, spaiul exterior este nchis de o manta de care sunt sudate cele dou plci, spaiul din interiorul evilor este nchis la cele dou capete ale evilor prin dou capace, formnd la fiecare capt cte o camer colectoare. Unul din fluide care particip la transferul de cldur circul prin interiorul evilor i prin cele dou camere colectoare, ceea ce impune ca pe fiecare capac s existe un racord de admisie sau evacuare a fluidului. Cel de-al doilea fluid circul prin spaiul dintre evi, manta i plcile tubulare. Pe manta n apropierea fiecrei plci tubulare sunt montate racordurile pentru admisia i evacuarea fluidului care circul n acest spaiu. Cnd unul din fluide este n faza de vapori care se condenseaz (abur), n mod normal acesta circul n spaiul dintre evi i este necesar ca pe manta s fie montat i un racord de aerisire pentru evacuarea periodic a gazelor necondensabile. Racordul de evacuare al condensului trebuie s fie n legtur cu un separator de condensate, care s permit evacuarea lichidului i s rein faza de vapori. Dispunerea evilor n placa tubular se realizeaz n vrfurile unei reele de triunghiuri echilaterale sub form de hexagoane concentrice sau prin dispunerea de cercuri concentrice. Ambele variante fac ca n centrul plcii tubulare s fie o eav nconjurat de 6 evi fixate pe primul hexagon sau cerc, apoi de (2x6) evi pe al doilea hexagon sau cerc, de 6n evi pe al n-lea hexagon sau cerc. evile trebuie s fie fixate etan n placa tubular. evile se fixeaz prin mandrinare sau sudur. Exist: - schimbtoare de cldur cu o singur trecere n care circulaia fluidului din evi se face n paralel prin toate evile i a celui dintre evi n paralel printre toate evile; - schimbtoare de cldur cu dou treceri n care fluidul care circul n interiorul evilor este forat s treac numai printr-o parte din evi n paralel s ajung la cellalt capt i apoi s se ntoarc printr-un alt grup de evi n paralel (la aceast costrucie ambele racorduri sunt fixate n acelai capac, iar spaiul dintre capac i placa tubular este desprit printr-un perete etan); - schimbtoare de cldur cu mai multe treceri care permit s se mreasc viteza fluidului care circul prin interiorul evilor mrindu-se astfel coeficientul de transfer de cldur parial de la fluid la perete (racordurile de admisie i evacuare sunt fixate pe acelai capac dac numrul trecerilor este par sau cte unul pe un capac dac numrul trecerilor este impar).

SCHIMBTOARE DE CLDUR CU PLCI

Sunt utilizate n industria alimentar n cazurile n care apare necesar transferul de cldur. Construcia lor permite s se asigure o bun etaneitate din care cauz i-au gsit utilizarea pentru schimbul de cldur ntre orice tip de fluid (lichide sau vapori), prezint mai mult siguran la etaneitate pentru transferul de cldur ntre dou lichide (fr schimbare de faz). Aparatele din aceast categorie au un cadru metalic care prin grupul de bare susine plcile care sunt strnse sub form de pachet prin dispozitivul de strngere. Barele cadrului metalic se gsesc de obicei n acelai plan vertical. Dispozitivul de strngere pentru aparatele cu numr redus de plci este alctuit dintr-o serie de tije filetate care se strng cu piulia, numrul acestora este determinat de mrimea plcilor. Pentru aparate mari se folosesc dispozitive de strngere mecanic sau hidraulic. Plcile sunt din tabl subire din oel inoxidabil sau alte materiale care corespund ca rezisten la coroziune. ntr-un schimbtor de cldur sunt dou sau trei tipuri de plci: plci curente, plci de capt i plci intermediare sau de trecere. Toate plcile dintr-un schimbtor de cldur au aceeai dimensiune exterioar, aceleai locauri sau orificii pentru aezarea pe barele cadrului metalic. Feele plcilor curente au o serie de ondulaii de diferite forme care mresc suprafaa de schimb de cldur, ajut la dirijarea deplasrii lichidului sub form de pelicul i intensific turbulena necesar mririi coeficientului de transfer de cldur. Fiecare plac este prevzut cu patru orificii situate n colurile plcilor, care formeaz prin alturare canale pentru intrarea i ieirea celor dou lichide ntre care are loc transferul de cldur. Pe faa fiecrei plci este realizat o adncitur pe toat periferia, iar n adncitur se introduce o garnitur din cauciuc sintetic care are rolul s asigure etaneitatea plcii fa de exterior i etaneitatea a dou din canale care nu trebuie s comunice cu spaiul dintre dou plci. Plcile de capt sunt mai groase, au numai una din fee ondulate (faa din interior) i au numai dou orificii prin care intr sau iese unul din fluide. Plcile intermediare au i ele o construcie special, avnd rolul de a permite divizarea pachetului de plci i de a asigura trecerea lichidului de la un grup de plci la altul, evacuarea sau introducerea lui n sistem. Pentru a se reduce greutatea plcilor intermediare, interiorul lor are form de fagure. Avantajele schimbtoarelor cu plci sunt: - concentrarea mare de suprafa de transfer de cldur (se poate ajunge pn la 200 m 2 /m 3 de aparat); - transfer de cldur intens datorit grosimii mici a peliculei de lichid (max. 5mm) i turbulenei provocat de ondulaiile pcii (se poate ajunge la coeficieni de transfer de cldur ntre 2000-5000 W/m 2 xgrd); - rezisten hidraulic relativ mic la curgerea fluidelor; - curirea relativ uoar, evitarea depunerilor, posibiliti de adaptare uoar la diferite scopuri; - se pot realiza uor uniti cu suprafee de transfer de cldur mari (se poate ajunge la uniti care s aib pn la 220 m 2 suprafa de transfer de cldur); - se pot monta n serie, realizndu-se schimburi de cldur n zone consecutive ajungnduse la recuperri de cldur pn la 70 -80 %, aceasta contribuind la economia de cldur i la realizarea transferului de cldur la diferene de temperatur mici; - satisface cele mai exigente condiii de igien, curindu-se uor pe cale chimic cu ajutorul soluiilor de splare ct i pe cale mecanic. Transferul de caldur se realizeaz n condiii corespunztoare n contracurent. Fluxul caloric se determin prin ecuaiile calorimetrice obinuite, fluxul caloric cedat de unul din fluide fiind egal cu cel primit de cellalt fluid, transferul de cldur realizndu-se n contracurent.

Valorlle coeficieilor c, m, n i n cazul calculului lui pentru diferite tipuri de plci ale schimbtorului de cldura

Tipul de plci c Placa Alfa-Laval nclzire rcire Plac 0,5G i 0,5 E -pentru Re laptele sterilizat mecanic prin procedeele de bactofugare sau microfiltrare. laptele normalizat mbogit cu materie gras; laptele smntnit srcit n materie gras; diferitele sortimente de lapte concentrat i uscat. Laptele pasteurizat reprezint sortimentul cel mai comercializat de lapte de consum, fiind un aliment de baz n alimentaia uman, indiferent de vrsta consumatorului i de zona geografic n care acesta locuiete. Pasteurizarea are drept scop mrirea conservabilitii i producerea unui aliment foarte disponibil, uor de livrat i de larg consum, care s prezinte proprieti organoleptice similare cu cele ale laptelui crud integral. Principalele etape implicate n procedeele de fabricate a laptelui pasteurizat de consum sunt: - recepia calitativ i cantitativ; - filtrarea i purificarea laptelui; - normalizarea laptelui; - omogenizarea laptelui; - pasteurizarea laptelui; - rcirea i ambalarea laptelui. Recepia cantitativ se realizeaz prin utilizarea a dou moduri diferite dar care furnizeaz date complementare. Acestea sunt msurarea volumetric i msurarea gravimetric a cantitii de lapte recepionat. 1. Msurarea volumetric const n determinarea volumului cantitii de lapte primite, innd cont de temperatura acestuia. Acest tip de msurare poate fi realizat n dou moduri: manual, prin msurarea nivelului de lapte din butoaie i cisterne, avnd n vedere deformrile eventuale ale recipientelor, i cu ajutorul unor debitmetre speciale numite si galactometre. Aceste instrumente permit, n acelai timp, golirea cisternelor sau a bidoanelor i msurarea volumului recepionat. 2. Msurarea gravimenic const n msurarea laptelui recepionat prin cntrirea cisternelor i a autocisternelor. Aceast tehnic este mai precis dect msurarea volumetric, dar este mai puin folosit datorit costurilor ridicate ale dispozitivelor de cntrire.

Recepia calitativ se realizeaz prin prelevarea unor probe din laptele recepionat n recipiente uscate, sterilizate i nvelite ermetic, avnd o capacitate de 500ml. Aceste probe vor fi analizate sub trei aspecte diferite: examenul organoleptic, care const n analiza calitativ a consistenei, culorii, gustului i a mirosului laptelui primit, n comparaie cu un lapte etalon; examenul fizico-chimic, care const n determinarea compoziiei chimice (coninutul de grsime, proteine i sruri minerale), precum i determinarea aciditii, densitii, indicelui de refracie, tensiunii superficiale, capacitii calorice i a altor caracteristici fizico-chimici; examenul microbiologic, ce const n determinarea compoziiei microflorei bacteriene coninute n laptele recepionat. n acest caz, dac analizele nu sunt efectuate imediat dup recepionarea laptelui, se recomand conservarea la rece la o temperatur cuprins ntre valorile de 0-5C. Laptele recepionat, pentru a putea fi utilizat n procesul tehnologic de fabricare a laptelui de consum, trebuie s satisfac urmtoarele condiii: - laptele nu trebuie s provin de la animale bolnave; - laptele nu trebuie s provin de la animalele care sunt supuse unor tratamente medicale; - aciditatea laptelui trebuie s fie de cel mult 20T, deoarece apare riscul coagulrii n etapele ulterioare de prelucrare termic; - laptele nu trebuie s prezinte defecte de culoare, consisten, gust; - densitatea laptelui trebuie s fie cel mult 1,029; - laptele nu trebuie s conin o cantitate mare de impuriti solide, de microorganisme, de conservani, neutralizani i de alte substane strine. Filtrarea si purificarea laptelui Dup recepionare i n funcie de caz, laptele livrat este supus operaiei de filtrare pentru eliminarea impuritilor solide. Filtrarea are n vedere dou scopuri majore: - un scop igienic pentru evitarea degradrii ulterioare a laptelui sub efectul proceselor fermentative; - un scop tehnologic pentru evitarea afectrii proceselor sau a utilajelor n etapele ulterioare de prelucrare. Purificarea laptelui se realizeaz la dou niveluri diferite: - la nivelul golirii cisternelor; - la nivelul pomprii laptelui din rezervorul tampon, spre utilajele de prelucrare. Materialele filtrante utilizate sunt de mai multe tipuri: materiale refolosibile, de tip site metalice si filtre din fibre sintetice, care pot fi dezinfectate periodic, precum si materiale consumabile cum constau n filtrele din pnz i filtrele din vat. Dispozitivele de filtrare sunt de asemenea de diverse tipuri, cele mai des ntlnite fiind: filtrele tip plnie ce funcioneaz n regim discontinuu ; filtrele tip cilindrice care sunt conectate cu canalizrile i funcioneaz n regim continuu; filtrele cu tambur rotativ perforat, dispozitive functionnd cu viteze mici; filtrele centrifuge, care funcioneaz cu viteze mari de rotaie, cele mai folosite avnd capacitate de 10000 - 15000 l/h. Datorit vitezelor mari de rotire a filtrelor centrifuge, o parte din microorganismele existente pot fi separate sub forma unui nmol. n instalaiile moderne, laptele este nclzit la 30 - 40C naintea filtrrii, n vederea reducerii vscozitii lichidului i ameliorarea procesului de separare a corpurilor solide.

Filtrele cu tambur rotativ i filtrele centrifugale sunt cele mai performante cu toate c ele afecteaz, ntr-o anumit manier. compoziia chimic a laptelui. Analiza unui reziduu de filtrare (nmol) arat c acesta conine 73% ap, 3,3% materie gras, 17,8% proteine (microorganisme, fibre vegetale i altele) i circa 3% substan uscat, adic o compoziie uor diferit de cea a laptelui crud integral. Acest nmol conine o proporie ridicat n microorganisme, ceea ce nu permite valorificarea sa drept aliment pentru animale, dar poate fi folosit drept ngrmnt. Normalizarea laptelui Industria laptelui produce diferite sortimente de lapte care sunt comercializate n funcie de coninutul de grsime al fiecruia. Unele dintre aceste sortimente sunt prezentate n urmtorul tabel. Concentraia de materie gras pentru diferitele tipuri de lapte Tip de lapte Gras Concentraia de materie gras, % 3 2,5 Normal 2,2 2,0 1,8 0,1

Smntnit

Diferitele sortimente de lapte pot fi obinute prin normalizare, etap ce const n reglarea coninutului de materie gras prin diverse proceduri, cum ar fi: - adaugare de lapte smntnit n cazul reducerii coninutului de materie gras, - adaugare de lapte gras n cazul mririi coninutului de materie gras, - adaugare de smntn n cazul unei mriri accentuate a coninutului de materie gras. Determinarea cantittii de adaos pentru normalizare Pentru determinarea cantitii de adaos folosit n vederea normalizrii, se folosesc diverse metode de calcul, ale cror ecuaii sunt redate n cele ce urmeaz. 1.Metoda ptratului: Cantitatea de lapte smntnit sau de smntn ce urmeaz a fi adaugat n scopul unei normalizri poate fi determinat cu ajutorul metodei ptratului innd cont de natura operaiilor efectuate. A I = C-B \ / C / \ B I = A-C A este coninutul cel mai ridicat n materie gras B este coninutul cel mai sczut n materie gras C este coninutul dorit n materie gras I este un coeficient

2. Metoda ecuaiilor de bilan 2.1. Cazul unui adaos de lapte smntnit Cantitatea de lapte smntnit adugat pentru reducerea coninutului de materie gras poate fi determinat prin folosirea urmtoarei ecuaii: C L =C LN (G LN -G LS ) (G L -G LS ) C LS =C LN -C L C L = cantitatea de lapte adugat C NL = cantitatea de lapte normalizat C LS = cantitatea de lapte smntnit G LN = coninutul de materie gras n laptele normalizat G LS = coninutul de materie gras n laptele smntnit G L = coninutul de materie gras n laptele adaos 2.2. Cazul unui adaos de lapte gras sau de smntn Cantitatea de lapte gras sau de smntn adaugat pentru mrirea coninutului de materie gras poate fi determinat prin folosirea urmtoarei relaii: C L 2 (GLN GLS) = G LG -G L C L 2 (G LN -GL) G S -G L

C L1

pentru laptele gras

CL1 =

pentru smntna

C L1 = cantitatea de lapte nlocuit cu lapte gras sau cu smntn C 12 = cantitatea de lapte normalizat G GL = coninutul de materie gras n laptele gras G S = coninutul de materie gras n smantn. Omogenizarea laptelui Aceast operaie are n vedere stabilizarea emulsiei de materie gras n lapte, precum i evitarea separrii acesteia n etapele ulterioare de prelucrare. Un alt efect al acestui proces l constituie reducerea mrimii particulelor de materie gras, fenomen care poart denumirea de atomizare. Acesta se realizeaz de regul prin nclzirea prealabil a laptelui urmat de un efect mecanic, care poate fi: - o agitare forat cu ajutorul unor plci (palete) perforate ce prezint pori fini; - microvibraii la nivelul molecular provocate de ultrasunete, ce duce la atomizarea picturilor de materie gras.

Ca toate emulsiile, laptele are o comportare hidrodinamic ce poate fi guvernat de legile strilor de dispersie, cum ar fi legea lui STOKES: 2r 2 ( l - g ) x g v= ------------------

v = viteza medie de deplasare a unei globule de materie gras n lapte; r = raza unei globule de materie gras; v l = densitatea plasmei n lapte; v g = densitatea de materie gras n lapte; g = acceleraia gravitaional = vscozitatea laptelui smntnit (plasm i proteine). Mecanismul procesului de omogenizare Omogenizarea este un proces tehnologic foarte rapid, care nu dureaz dect cateva fraciuni de secund. Acest proces implic trei etape principale: - alungirea globulelor la trecerea lor prin orificiile dispozitivului; - scindarea globulelor alungite sub efectul temperaturii i al tensiunii superficiale a plasmei; - dispersarea microglobulelor obinute sub efectul agitrii. Temperatura optim pentru omogenizare este de 60 - 80C pentru o presiune de 120 200 kgf/cm2. n alte dispozitive, laptele traverseaz dou supape care funcioneaz la presiuni diferite. Prima supap funcioneaz la presiunea de 200 kg f/cm2 iar cea de-a doua supap la 30 - 50 kg f/cm2. Diferena de presiune dintre cele dou supape provoac o destindere a laptelui ce duce la atomizarea i la stabilizarea emulsiei de materie gras n plasm (ex.: prin omogenizarea unei globule de materie gras avnd un diametru de 6 se obin 200 microglobule cu un diametru de 1 ). Omogenizarea are drept efect: - mrirea vscozitii, - scdere a tensiunii superficiale, - albire a laptelui. - mbuntire a gustului dnd senzaia unui coninut ridicat de materie gras (un lapte normalizat are un procent de materie gras mai mic de 3% i omogenizat are acelai gust ca un lapte neomogenizat ce are un coninut de materie gras de 5%), - mbuntirea aromei. Laptele omogenizat este foarte sensibil la lumin, motiv pentru care este recomandat ca el s fie prelucrat sau stocat n ntuneric sau la o lumin de slab intensitate. Pasteurizarea laptelui Scopul pasteurizrii Pasteurizarea este un proces termic ce are n vedere urmatoarele obiective: - distrugere total a microorganismelor patogene, - distrugere maxim a celorlalte specii de microorganisme duntoare, - distrugere parial a microflorei banale. Pasteurizarea are n vedere aceleai obiective ca i sterilizarea termic dar aceast operaie se realizeaz, de regul, n condiii mai puin severe i din acest motiv, efectele secundare ale pasteurizrii sunt n general mai puin intense.

Ca orice metod de prelucrare termic, procesul de pasteurizare depinde de timp i de temperatur, parametri care favorizeaz eficiena procesului. Mrirea valorii unuia dintre aceti doi factori poate fi compensat de scderea valorii celuilalt parametru i invers. Efectele pasteurizrii Pe lng principalele efecte biologice i biochimice, procesul de pasteurizare produce i alte efecte secundare, cum ar fi: - o uoar scdere a valorii nutritive (distrugerea parial a vitaminelor i enzimelor); - o uoar modificare a proprietilor organoleptice (gust, arom, consisten); - o uoar modificare a compoziiei chimice i a structurii cazeinice; - o mrire a duratei de conservare. Parametrii de pasteurizare Temperatura i timpul de pasteurizare sunt principalii factori care influeneaz eficiena procesului. n alegerea valorilor acestor doi parametri, trebuie s se fac un compromis optim ntre distrugerea microflorei i minimizarea efectelor secundare nedorite. Laptele nu poate fi considerat bun pentru consum dect dup distrugerea total a bacilului tuberculozei care se poate realiza prin nclzirea laptelui prin dou moduri diferite: la temperatura de 62C, timp de 6 minute, urmat apoi de o rcire brusc la 4C, sau la temperatura de 72C, timp de 8-12 secunde, urmat de asemenea de o rcire brusc la 4C. n cazul ncrcturii microbiene anormal de mare se recurge la o pasteurizare realizat la o temperatur cuprins ntre 90 - 92C, timp de 20 secunde sau chiar o perioad mai lung, n unele cazuri. Mrirea valorilor parametrilor de pasteurizare are drept consecin dou efecte defavorabile: - mrirea rezistenei termice la anumite microorganisme; - modificarea structurii anumitor proteine i prin urmare modificarea anumitor proprieti ale laptelui, n special cnd este vorba de a fi folosit drept materie prim pentru procese ulterioare de prelucrare. Rcirea i ambalarea laptelui Dup o pasteurizare corespunztore, laptele este supus la o rcire naintea ambalrii i stocrii sale. 1. Rcirea Aceast operaie are loc la temperatura de 4 - 6C i are n vedere mai multe obiective, printre care se numar: - stoparea brusc a efectului pasteurizrii (ocul termic este mai eficient dect cldura nsi n distrugerea bacilului tuberculozei); - atingerea unei temperaturi ce permite ambalarea; - inhibarea proceselor biologice si biochimice, care au tendina s se redeclaneze din nou la temperatura ambiant.

2. Ambalarea

Ambalarea este modul cel mai comod ce permite o distribuie ct mai larg a unui astfel de produs finit de larg consum. Ambalarea poate fi realizat cu diverse materiale i sub diverse forme, innd cont de mai multe criterii, cum ar fi: - materialele folosite pentru ambalare; acestea pot fi sticl, aluminiu, inox, materiale plastice, carton hidrofobizat i altele; - formele ambalajelor: sticle, sticlue, cutii, pungi, bidoane i altele; - protejarea produsului de contactul cu factorii externi (aer, lumina, microorganisme); -asigurarea unui volum spaial steril; - asigurarea unei inerii chimice; suprafaa de contact a ambalajului cu laptele nu trebuie s reacioneze cu acesta; - asigurarea transportului i livrrii produsului s fie corespunzatoare; - evitarea falsificrii prin asigurarea unei anumite inviolabiliti; - evitarea baterii laptelui. Oricare ar fi forma i rigiditatea materialului folosit ca ambalaj, baterea lapteiui este un fenomen greu de evitat dar care poate fi minimizat: - printr-un grad de umplere maxim pentru reducerea suprafeei lichidului, - prin compartimentarea maxim a ambalajului, - prin minimizarea volumului ambalajului care are aceleai efecte.