Procesos de Esterilizacin de Alimentos en Autoclaves

Ing. Edgar Benites PonceSOUTH SCIENCE S.A.C.

Introduccin Las conservas o enlatados tal

como los conocemos hoy se fabrican desde hace 200 aos gracias al aporte de Nicols Apert quien presenta este mtodo de conservacin, por primera vez, como solucin a un problema logstico del ejercito Francs de la poca de Napolen.

Introduccin

Este mtodo de conservacin de alimentos se basa en la aplicacin del calor o tratar trmicamente los alimentos en envases hermticamente cerrados con el objetivo de que estos alcancen la Esterilidad Comercial.

INTRODUCCION-AUTOCLAVE

La autoclave es un recipiente que soporta alta temperatura y presin que se utiliza para transmitir calor a alimentos en envases hermticamente sellados.

Los medios mas utilizados para transmitir el calor son el vapor y el agua por ser fciles de almacenar, transportar y controlar.

Introduccin

Hoy se conocen los productos y los envases que demandan los clientes pero en un mercado rpido y cambiante donde la apariencia y el costo son todo, es mejor estar preparado para poder producir todo tipo de productos y envases que demandaran los clientes

Debido a que la autoclave es generalmente el equipo mas costoso en una planta envasadora y tambin la que mas dura, es importante conocer lo que las nuevas tecnologas de autoclaves ofrecen en el mercado, los procesos que desarrollan y cuales son mas convenientes para sus envases y productos.

Procesos en autoclaves

ATMOSFATMOSFRICOSRICOS

((AA))

A PRESIA PRESINN

((PP) )

CONTINUOS

(CC)

BATCH

(BB)

CON AGITACICON AGITACIN N DEL ENVASEDEL ENVASE

((CA CA ))

SIN AGITACISIN AGITACINNDEL ENVASEDEL ENVASE

((SA SA ))

Giro alrededordel eje mayor

(EOEEOE) Giro con el eje mayor fijo

(AXAX)

VAPOR SATURADO(VV)

MEZCLA VAPOR/AIRE(V/AV/A)

MEZCLA AGUA/AIRE(A/AA/A)

AGUA SOBRECALENTADA(A/SA/S) A A

SOBRESOBRE

PRESIPRESINN

((SPSP) )

CON AGITACICON AGITACINNDE LA CARGADE LA CARGA

((SAC SAC ))

HIDROSTATICOS(HH)

drenaje

vlvulamanual

vlvula de compuertallave de purgados respiraderos

purgadores

manmetro termoregistro

termmetro

drenaje

vlvula proporcional

LEYENDA

AUTOCLAVE HORIZONTAL

Aire

Agua

Aire

VaporPurga de agua y

condensados

Termoregistro

Agua

Nuevas tecnologas de Autoclaves

Por batch estticas con sobre presin Spray : Vapor/Aire Cascada de agua Inmersin en agua Vapor / Aire

Continuas con sobre presin Esterilizadores horizontales continuos

Vapor saturado con rotacin axial Hidrostticos con sobre presin

Mayor Flexibilidad : Autoclaves por batch

Vapor Vapor saturado : Envases metlicos

Vapor/Spray de agua : Envases flexibles

Autoclaves con sobre presin Lo comn en las nuevas

propuestas tecnolgicas es la necesidad de mover mecnicamente el medio de calentamiento o enfriamiento

Con una bomba: Inmersin en Agua Spray Vapor/Agua Cascada

Con un ventilador de alta velocidad Vapor/Aire

Condicin optima de transferencia de calor en el envase

El mayor atributo que se busca en una autoclave es su habilidad para proveer un tratamiento trmico uniforme a todos los envases.

Esto se alcanza mejor cuando se dirige el medio de calentamiento de manera paralela a la superficie principal de transferencia de calor de cada envase: Para la mayora de envases

cilndricos : pared lateral Para pouches, envases de bajo

perfil y bandejas : tapas y fondos

Proceso:Agua sobrecalentadaInmersin

Uso por dcadas Modelos horizontales y

verticales Verticales:

Aire desde el fondo para ayudar a la circulacin y crear sobre presin

Horizontales: Bomba de recirculacin del

fondo a cabecera Aire sobre el nivel de agua o

vapor en tanque auxiliar.

Proceso: agua sobrecalentada -inmersin en aguaModelo Vertical

Modelo Vertical Carga con canastillas Llenado con agua pre-calentada Agua cubre envases Mezcla vapor/aire se inyecta desde el fondo

Envases: Ideal para envases cilndricos estibados en

torre vertical, flujo paralelo a superficie principal de transferencia de calor

No recomendado para pouches, bandejas, envases metlicos planos. Estos ofrecen una mayor resistencia al flujo, crean zonas calientes y fras en el autoclave

Modelo Horizontal: Carga con coches Llenado con agua precalentada desde

otro tanque Llenado por encima de los envases Bomba de recirculacin Vapor directo, en cmara separada o

intercambiador de calor El tanque de precalentamiento lleva el

agua a altas temperaturas para reducir el tiempo de levante o CUT.

La sobre presin se alcanza de modo ms complejo que en las verticales: existen modelos que controlan la sobre presin desde el tanque auxiliar y otros directamente en el tanque principal con aire comprimido

Proceso: agua sobrecalentada -inmersin en aguaModelo Horizontal

Proceso: Agua sobrecalentada-inmersin en agua- Modelo Horizontal

El diseo del reingreso del agua en estas autoclaves determinar la geometra del envase adecuado a ser procesado : Ingreso por la parte superior de 1 a 3

filas de ingresos : envases cilndricos, Ingresos mltiples por la parte

superior y costados : cualquier geometra.

La Rotacin facilita la distribucin de calor, debido a que el movimiento de los envases promueve la mezcla del agua.

La Rotacin reduce algunas de las limitaciones en para el uso de otras geometras de envases

Autoclaves rotatorias

La mayora de las autoclaves rotatorias son de tipo horizontales por inmersin

El agua provee un colchn a la carga, creando menor estrs al mecanismo de rotacin

Proveen una mejor transferencia de calor debido a que el sistema no es totalmente dependiente de la bomba de recirculacin para alcanzar una condicin isotrmica en el tanque de proceso

Proceso Agua sobrecalentada: Cascada de Agua

Conocida como de cascada, chorro, ducha o lluvia

El principio de operacin es simple: El agua de procesamiento se extrae del

fondo de la autoclave, se recircula a travs de un sistema de intercambiador de calor externo, donde el agua se calienta de modo indirecto y se redistribuye a la parte superior de la autoclave.

El agua de proceso recircula a travs de un plato de distribucin perforado colocado a lo largo de la parte superior de la autoclave y cae como una cascada sobre los coches con producto

El plato de distribucin es del mismo ancho de los coches y del largo de la suma de los coches de una carga completa.

El nmero y dimensiones de los orificios en el plato de distribucin es crtico para asegurar que el agua fluye de modo uniforme a toda la carga.

En la mayora de sistemas las 4 paredes de los coches son slidas lo cual ayuda a canalizar el agua a travs del coche. El fondo de los coches debe ser tal que no ofrezca resistencia al paso del agua.

El nivel de agua se mantiene por debajo de los coches.

Proceso Agua sobrecalentada: Cascada de Agua

Estas autoclaves son ideales para envases cilndricos (hojalata y vidrio) estibados de manera vertical

Los envases con superficies perpendiculares al flujo de la cascada (e.g., pouches, bandejas y envases de metal planos) generaran resistencia al flujo y desarrollaran zonas calientes y fras en la carga.

Debido a la dinmica del flujo, los envases en la parte superior se calientan ms rpido que los de la parte inferior especialmente durante el levante y el inicio del mantenimiento

Durante el enfriamiento los envases en la parte superior se enfran mas lento que los del fondo, de modo que hay cierto equilibrio del calor recibido por los envases.

Proceso Agua sobrecalentada: Cascada de Agua

Proceso en Vapor/Aire El principio operacional es simple El vapor es inyectado desde la parte inferior y

se mezcla con el aire dentro del tanque principal, creando un medio de vapor/aire.

El control de la sobre presin se mantiene venteando el exceso o ingresando aire comprimido al tanque.

La particularidad que distingue a estas autoclaves es el uso de uno o varios ventiladores de alta velocidad para recircular la mezcla de vapor/aire.

Es una funcin muy importante el mantener una mezcla homognea de vapor y aire, de otro modo la formacin de bolsas de aire pueden actuar como aislantes de la carga, lo cul puede dar origen a un producto subprocesado.

Adems debe tomarse en cuenta la formacin de condensado en el fondo de la autoclave debido a la transferencia de calor.

Proceso en Vapor/Aire La mayora de modelos consta de un slo

ventilador de alta velocidad montado al fondo de la autoclave.

La mezcla vapor/aire es dirigida hacia el ventilador y luego forzada de regreso hacia el otro extremo de la autoclave pasando por bafles slidos situados a los costados de las canastillas

Cuando la mezcla alcanza el extremo opuesto al ventilador la forma curva de la puerta fuerza la mezcla a travs de los coches hacia el ventilador

En estas autoclaves el flujo del medio de calentamiento de vapor/aire es horizontal o paralelo a la parte superior e inferior de la carcasa de la autoclave.

Proceso en Vapor/Aire En la mayora de los modelos de vapor/aire

de flujo horizontal los 4 lados verticales de los coches son abiertos para permitir un flujo irrestricto del medio de calentamiento.

Debido al flujo horizontal del medio, estas autoclaves son ideales para envases planos. Los pouches y las bandejas as como las latas de bajo perfil son los envases objetivo.

Otros modelos presentan ventiladores mltiples encima de cada uno de los coches y la direccin del flujo es vertical. Estas autoclaves al igual que las de cascada son ideales para envases cilndricos (lata y vidrio) estibados verticalmente.

Con cualquiera de las autoclaves de vapor/aire de flujo horizontal o vertical, el lado del coche mas prximo al punto de emisin de vapor calentar mas rpido porque estos envases estarn expuestos primero al calor. Queda menos calor para los envases opuestos al ingreso de la mezcla

La temperatura se equilibra al inicio del mantenimiento.

Proceso: Spray de Vapor/Agua Esta es una de las autoclaves mas verstiles. El principio de operacin es simple:

El agua de proceso se llena en la parte inferior de la autoclave a un nivel debajo de los coches. Si existe un difusor de vapor dentro de la autoclave, ste calienta el agua de proceso a la

temperatura inicial del producto, antes de cerrar e iniciar el proceso. Si no, empieza a temperatura ambiente.

El agua de proceso se toma del fondo de la autoclave y se recircula atravesando un intercambiador de calor externo donde el agua se calienta indirectamente y luego se redistribuye por un sistema de inyectores o toberas tipo aerosol posicionados alrededor de los coches, o puede evitar el intercambiador y distribuir el agua a los coches y ser calentado con inyeccin directa de vapor. Este ltimo sistema utiliza difusores de vapor nicos o duales a lo largo de la autoclave, ubicados debajo de los coches y el agua. Estos difusores son independientes de los utilizados para pre-calentar el agua de proceso y es importante mantener el nivel de agua por debajo de estos difusores.

Proceso: Spray de Vapor/Agua Cuando el calentamiento es por inyeccin

directa de vapor, la turbulencia creada por el agua saliendo de los inyectores tipo spray se mezcla con el vapor y aire circundante para crear un medio de calentamiento homogneo.

Como en el caso de autoclaves de vapor/aire se utiliza el aire contenido en el tanque de proceso para crear el medio con sobre presin. La sobre presin se controla purgando el exceso o adicionando aire comprimido al tanque.

La clave de las autoclaves de spray de vapor/agua es su habilidad de tomar el agua de proceso e inyectarlo de manera turbulenta a lo largo de la autoclave. El agua reingresa al proceso a travs de toberas especialmente diseadas que atomizan el agua a pequeas gotas o niebla. El patrn del spray que parte de las toberas es usualmente cnico y esto crea patrones sobrepuestos a lo largo de la autoclave. En algunas autoclaves de vapor/agua, virtualmente no existen zonas muertas.

Proceso: Spray de Vapor/Agua Es debido a este enfoque multi-direccional

del medio de calentamiento que estas autoclaves ofrecen el mayor grado de versatilidad para casi cualquier tipo de diseo o geometra de envase.

El spray de agua se dirige a la parte superior de los envases as como a la parte lateral de los coches y el vapor se inyecta desde la parte inferior de los coches. Adicionalmente el condensado creado debido a la transferencia de calor es expulsada del fondo de la carcasa de la autoclave.

El enfriamiento se realiza de modo tpico a travs de un plato intercambiador de calor externo y nuevamente el ingreso del medio de calentamiento es de los tres lados del coche, minimizando las zonas calientes que ocurren con medios de enfriamiento de una sola direccin.

Autoclaves de movimiento reciprocante (Shaka)

Es un tipo de autoclave por agitacin. Es una tecnologa relativamente nueva Los envases cilndricos son colocados en canastillas, los pouches o bandejas son colocados

en racks apilados de manera que forman un coche. Se aplica un movimiento reciprocante hacia delante y atrs a la carga. Tal como en el caso de la agitacin base-a-tapa (EOE) el movimiento controlado puede

inducir conveccin en el producto pero en una proporcin menor comparado con la agitacin base-a-tapa.

La velocidad del movimiento reciprocante es programable a velocidades de 0-60 movimientos por minuto

Un movimiento es definido como un movimiento completo de ingreso y retorno de la carga completa.

Autoclaves de movimiento reciprocante (Shaka)

Sin embargo a diferencia del procesamiento EOE, el movimiento controlado tiene lugar en vapor saturado, Spray Vapor/Agua o en cascada. Estas modalidades maximizan la penetracin del medio de calentamiento a lo largo de la autoclave.

Recurdese que el vapor saturado es lo mejor para envases de metal con doble cierre mientras que el spray vapor/agua y cascada de agua pueden ser utilizados para todo tipo de envases.

Los envases que son ms adecuados para el procesamiento en autoclaves de movimiento reciprocante son los pouches y bandejas de bajo perfil debido a que este proceso afecta menos a estos envases frgiles comparado con los de procesamiento EOE y la geometra de bajo perfil requiere de menor agitacin para forzar el calentamiento convectivo en los envases.

Gracias .

Edgar BenitesSOUTH SCIENCE S.A.C.edbenites@south-science.com