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CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA CONCYT
CENTRO UNIVERSITARIO DEL SUR
CONCYT UNIVERSIDAD DE S A N CARLOS DE GVATEMALA
CUNSUR-USAC
RED DE DESARROLLO AGROINDUSTRIAL RURAL DE GUATEMALA
REDAR
INFORME F INAL del Proyecto FODECYT
Diseño de un pasteurizador de leche Adaptado a las condiciones del
pequeño productor artesanal de queso
Investigador principal: Ing. René Filiberto Arias Barrios. Investigador Asociado: Ing. Estuardo Monroy/Ing. Sergio Penagos Auxiliar de investigación: TUPAI. J o s i Pérzz Coj
Período de ejecución: 1 diciembre 1999 al 31 septiembre 2000
Guatemala, marzo de 2001
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA CENTRO UNIVERSITARIO DEL SUR
" C U N S U R "
REF. DIR. 37-200 1. ESCUINTLA, 1 5 D E MARZO D E 200 1.
Licenciado Carlos Luna Villacorta COORDINADOR SECRETARIA CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOG~A
- ' C O N C Y T - Ciudad de Guatemala.
Licenciado Luna:
Al saludarlo cordialmente, me permito augurarle éxitos en sus actividades diarias.
Sirva la presente para comunicarle que el Informe Final de Investigación "DISE~~O DE UN PASTEURIZADOR DE LECHE ADAPTADO A LAS CONDICIONES DEL PRODUCTO ARTESANAL DE QUESO", cuenta con el aval del Programa de Investigación de esta Unidad Académica.
Al agradecer la atención a la presente, me suscribo,
Muy atentamente,
"Id y Enseñad a Todos"
ng. ,-/mas COORDINA O OGRAMA DE INVESTIGACI~N
/' U N I T T A A
C.C. Archivo, Correlativo.
Calzada Manuel Colom Argueta 2-75 Zona 2, Colonia Popular, Esculntla, Guatemala - Apartado Postal 52 PBX: 8880501 - FAX: 8898870 - Emall: usacescuQusac.edu.gt
ASOCilAClON RED DE DESARROLLO AGROINDaJSTRl,4L RURAL DE C;UATEh'g.ALA
REDLIR
Guatemala 16 de Marzo de 200 1
Licenciado: Carlos Luna Coordinador Nacional CONCYT
Licenciado Luna:
Reciba un cordial saludo y nuestros deseos por su biernestar personal.
Por este medio queremos manifestar el agradecimiento de esta Asociación por el apoyo
recibido del CONCYT en la ejecución del proyecto: Diseño de un pasteurizador de leche
adaptado a la condiciones del pequeño productor artesanal de queso, cuyo informe final
nos permitimos avalar con la presente.
Atentamente.
Ing. ~ecretkrio Y
Junta Directiva
RED D E DESARROLU) AGRO INDUSTRIAL RURAL D E
GUATEMALA, C. A.
cc. Archivo.
Edificio INCAP. Calzada Rooscvelt. zona 1 1, Guatemala. Teléfonos PBX: 471-5655,472-3762, FAX: 473-6529. Email: redar@,incap.ora.gt
INDICE
RESUMEN
I. INTRODUCCI~N
11. JUST~FICACI~N
III. ANTECEDENTES
3.1 Descripción de las empresas productoras de queso fresco en
la costa sur de Guatemala.
3.2 Calidad higiénica del queso fresco artesanal
3.2.1 Estándares de Calidad Establecidas por COGUANOR.
3.2.2 Calidad higiénica de la leche utilizada en la elaboración.
3.2.3 Calidad higiénica del queso fresco.
3.3 Efecto de la Pasteurización en la calidad microbiológica del
queso fresco artesanal.
3.3.1 Leche pasteurizada
3.3.2 Queso fresco elaborado a partir de leche pasteurizada.
3.3.3 Experiencias en la implementación del pasteurizador por
parte de los productores.
Página
i
I V . MARCO TEORICO
4.1 La Leche
4.1.1 Composición de la leche.
4.1.2 Proteínas de la leche.
4.1.3 Grasa de la leche.
4.1.4 Hidratos de carbono de la leche.
4.1.5 Reacciones de Mai l lard.
4.1.6 Sales minerales de la leche.
4.1.7 Densidad de la leche sin pasteurizar.
4.1.8 Calor especifico de la leche.
4.1.9 Conductividad eléctrica de la leche.
4.2 La Pasteurización.
4.2.1 Definición de leche pasteurizada.
4.2.2 Objetivos de la pasteurización.
4.2.3 Métodos de Pasteurización de la leche.
4.2.4 Equipo usado en la pasteurización.
4.3 Descripción del proceso de elaboración de queso fresco
artesanal.
4.3.1 Tipo de leche.
4.3.2 Recepción.
Páqina
17
17
17
17
18
19
19
20
20
20
20
21
2 1
22
22
25
4.3.3 Descremado.
4.3.4 Aditivos.
4.3.5 Preparación y adición del cuajo.
4.3.6 Cuajado de la leche.
4.3.7 Corte de la cuajada..
4.3.8 Desuerado.
4.3.9 Salado
4.3.10 Molienda.
4.3.11 Moldeo.
4.4 Diagrama de flujo del proceso de elaboración de queso
artesanal.
V. OBJETIVOS
5.1 General.
5.2 Específico.
5.3 Hipótesis.
V I . METODOLOGIA
6.1 Determinación de alternativas de diseño del pasteurizador.
6.2 Selección del diseño básico del pasteurizador de leche de
operación económica, efectiva y continua.
6.3 Diseño del equipo.
6.4 Elaboración del informe final.
V I I . RESULTADOS Y DISCVSION
7.1 Alternativas de diseño del pasteurizador.
7.2 Diseño final del proceso a utilizar.
7.3 Descripción del Equipo.
7.3.1 Deposito de alimentación.
7.3.2 Pasteurizador.
7.3.3 Cámara de enfriamiento.
7.4 Cálculos.
7.4.1 Depósito de alimentación.
7.4.2 Pasteurizador.
7.4.2.1 Caja envolvente del pasteurizador.
7.4.2.2 Depósito de aceite mineral para calentar el serpentín.
7.4.2.3 Cálculos estimados para la pasteurización durante 15 s.
7.4.2.4 Arreglo de los 3.5 metros en serpentín.
7.4.3 Cámara de enfriamiento.
7.4.4 Calor necesario para la pasteurización.
7.4.5 Calor a remover durante el enfriamiento.
7.5 Características del equipo diseñado.
VI11 . CONCLUSIONES
I X . RECOMENDACIONES
X. BIBLIOGRAFIA
X I . EJECUCION FINANCIERA RE CURSOS FONACYT
X I I . ANEXOS
Página
50
50
INDICE DE CUADROS
Cuadro 1: Páqina
REQUERIMIENTOS DE LECHE D I A R I A DE L A S QUESERIAS ARTESANALES E N L A COSTA SUR DE GUATEMALA. 1996 5
Cuadro 2:
CALIDAD MICROBIOLOGICA DE,LA LECHE ENTERA S I N PASTEURIZAR DE TRES QUESERIAS ARTESANALES DE LA COSTA SUR DE GUATEMALA. 1996 11
Cuadro 3:
CALIDAD MICROBIOLOGICA DEL QUESO FRESCO ELABORADO A PARTCR DE LECHE S I N PASTEURIZAR E N TRES QUESERIAS ARTESANALES DE L A COSTA SUR DE 12 GUATEMALA. 1996.
Cuadro 4:
CALIDAD MICROBIOLOGICA DE LA LECHE PASTEURIZADA E N TRES QUESERIAS ARTESANALES DE LA COSTA SUR DE GUATEMALA. 1996
14
Cuadro 5:
CALIOAO MICROBIOLOGICA DEL QUESO FRESCO ELABORADO A PARTCR DE LECHE PASTEURIZADA E N TRES QUESERIAS ARTESANALES DE LA COSTA SUR DE 15
GUATEMALA. 1996
I N b I C E b E FIGURAS
Páqi na Figura 1:
VISTA GENERAL DEL DISEÑO SELECCIONADO PARA LA CONSTRUCCION DEL PASTEURIZADOR DEL PEQUEÑO PRODUCTOR ARTESANAL DE QUESOS DE LECHE ADAPTADO
37
A LAS CONDICIONES
Figura 2:
VISTA GENERAL DE LA CAMARA DE PASTEURIZACION.
Figura 3:
DIMENSIONAMIENTO DE LOS ACCESORIOS DEL
ENFRIAbOR
Figura 4:
COBERTURA EXTERIOR DE LA CAMARA DE ENFRIAMIENTO. 41
IDENTIFICACION DEL PROYECTO
Nombre del proyecto:
Diseño de un pasteurizador de leche adaptado a las condiciones del pequeño productor artesanal de quesos.
Unidades ejecutoras :
Centro Universitario del Sur, CUNSUR, Universidad de San Carlos de Guatemala, USAC.
Red de besarrollo Agroindustrial Rural de Guatemala, REbAR.
Equipo de investigación y tiempo dedicado al proyecto:
Ing. Q. René Filiberto Arias Barrios, investigador principal, Ad- honorem, 2 horas/día- mes, durante 10 meses.
Ing. Q. Estuardo Monroy, investigador asociado 4 horas/día-mes, durante 2 meses.
I n g . Q. Sergio Penagos bardón, investigador asociado 4 horas/día mes, durante 1 mes.
T. U. José Pérez Coj, Auxiliar de investigación. 4 horas/día-mes, durante 6 meses.
RESUMEN
La elaboración de queso fresco en Guatemala es una actividad muy
diseminada en todo el país. En todas las poblaciones urbanas y rurales
existen pequeñas empresas artesanales dedicadas al procesamiento de la
leche, de la cual elaboraran, principalmente, queso fresco. Las condiciones en
que este producto alimenticio se procesa propician su contaminación con
microorganismos dañinos a la salud de los consumidores.
El proyecto se propuso diseñar y evaluar un equipo de pasteurización
de la leche adecuada a las condiciones de los productores que, al ser
construido y adoptado por ellos, permita garantizar la calidad higiénico-
sanitaria del queso fresco. El equipo diseñado es sencillo, práctico,
económico y de fácil operación y mantenimiento, susceptible de ser
incorporado a las pequeñas empresas procesadoras de leche en el país.
La construcción y evaluación del equipo diseñado no fue posible por
atrasos sufridos en el proceso de investigación. Sin embargo se considera
que al lograr efectuar estas actividades se estará contribuyendo
significativamente a incrementar la capacidad competitiva de los pequeños
productores de queso f,resco existentes en el país. - d h ' 1
INTRODUCCION
La elaboración de queso fresco en Guatemala es una actividad muy
diseminada en todo el país. En todas las poblaciones urbanas y rurales
existen pequeñas empresas artesanales dedicadas al procesamiento de la
leche, de la cual elaboraran, principalmente, queso fresco. Las condiciones en
que este producto alimenticio se procesa propician su contaminación con
microorganismos dañinos a la salud de los consumidores.
El presente proyecto pretendió desarrollar iina tecnología de
pasteurización de la leche adecuada a las condiciones de los productores que,
al ser adoptada por ellos, permita garantizar la calidad higiénico-sanitaria del
queso fresco. Esta tecnología consiste en un equipo sencillo, práctico,
económico y de fácil operación y mantenimiento, susceptible de ser
incorporado a las pequeñas empresas procesadoras de leche en el país.
La existencia de productos de alta calidad venidos del extranjero y la
inminencia de una ley de pasteurización obligatoria de los productos lácteos,
forzará a los pequeños productores a salir del mercado si no se logra adaptar
una tecnología, apropiada a sus condiciones técnicas y económicas, de
pasteurizar la leche. La desaparición de estas pequeñas empresas incidirá
en menos empleo, especialmente en el área rural del país y en el consiguiente
aumento de la pobreza.
Además de ello, mejorar la calidad higiénica y sanitaria permitirá reducir
la incidencia de enfermedades transmitidas por los alimentos en la población
consumidora con el consiguiente beneficio en el desarrollo que se deriva de una
población más sana, que incrementa su capacidad de trabajo y, al destinar
menos dinero al cuidado de su salud, emplea más recursos económicos en gastos
de educación y alimentación.
ANTECEDENTES
Guatemala, como país en vías de desarrollo, ha sido afectado por los
cambios mundiales tendientes a la globalización de la economía y a .la
preponderancia del mercado en la relaciones económicas; que ha conducido al
empobrecimiento de su población especialmente en las áreas rurales. Las cifras
oficiales reflejan niveles de pobreza superiores al 80% y además altos índices
de desnutrición y mortalidad infantil. Entre los alimentos de mayor consumo en
éstas áreas se encuentra la leche y sus derivados, especialmente queso fresco;
el cual lamentablemente carece de la higiene necesaria por falta de
pasteurización de la leche por parte de los productores.
En 1996, y con financiamiento de Programa Latinoamericano de
Desarrollo Agroindustrial Rural, PRODAR, REOAR ejecutó un proyecto
encaminado a identificar y diagnosticar a los principales productores de queso
fresco artesanal de la Costa Sur de Guatemala, así como a mejorar la calidad
sanitaria de sus productos a través de la incorporación del proceso de
pasteurización y de la capacitación de los productores en Buenas Prácticas de
Manufactura. Los principales resultados indicaron que el queso fresco
artesanal, elaborado con leche sin pasteurizar, presentó una elevada
contaminación fecal y de Staphy/ococcus aureus, la cual fue disminuida
significativamente con la tecnología de pasteurización de la leche y con la
capacitación de los productores.
Después del diagnóstico, se realizó una intervención piloto de
capacitación encaminada a resolver los principales problemas detectados. Se
3
eligieron tres queserías, situadas una en Escuintla, otra en Chiquimulilla y la
tercera en Guazacapán, lugares donde se produce la mayor cantidad de queso
fresco. Durante la misma se utilizaron las metodologías de Análisis de
Riesgos y Puntos Críticos de Control (HACCP, por sus siglas en inglés), Buenas
Prácticas de Manufactura (GMP, por sus siglas en inglés) y se implementó el
proceso de pasteurización de la leche. Para verificar la eficacia de las
metodologías y del proceso implementado, se realizaron análisis
microbiológicos a muestras de queso producido antes y después de la
intervención, permitiendo obtener un queso de acuerdo a las Normas
Sanitarias Guatemaltecas. La intervención realizada a las queserías redujo la
contaminación bacteriológica y la contaminación fecal del queso. También se
disminuyeron considerablemente los indicado res de contaminación por manejo
y manipulación directa en el procesamiento, esto medido por la presencia de
Staphylo co ccus aureus.
Los principales resultados de dicho proyecto se describen a continuación:
3.1 Descripción de las empresas productoras de queso fresco artesanal
en la Costa Sur de Guatemala.
El cuadro siguiente presenta los voliámenes de producción de las
queserías estudiadas.
CUADRO 1
REQUERIMIENTOS DE LECHE DIARIA DE LAS QUESERIAS ARTESANALES EN LA COSTA SUR DE GUATEMALA
1996
Fuente: Sanchez, Carlos. Mejoramiento de la calidad higiénico sanitaria del queso fresco artesanal producido en la costa sur Guatemala. Asociación Red de Desarrollo Agroindustrial Rural de Guatemala, REDAR. Guatemala, 1996
LITROS DE LECHE
'UTILIZADA POR DIA
Se encontró que existe un 61.5% de las queserías artesanales de los
municipios de Escuintla, Guazacapán, Chiquimulilla, Taxisco, Puerto de San
José, Iztapa y Siquinalá, que compran leche a los ganaderos directamente, el
11.5% la obtiene de su propio ganado, un 7.7% compra a intermediarios y el
19.2% hace una combinación de los anteriores.
El 52% de estas queserías tiene menos de 5 proveedores de leche, los
demás cuentan con un número entre 6 y 15 proveedores. Solo en pocos casos
No DE QUESERIAS
llegan a tener muchos proveedores. El aumento de proveedores de leche en
PORCENTAJE
< 200
201 < 400
401 < 600
601 < 800
>lo00
7
5
1
5
8
26.9
19.2
3.8
19.2
30.8
una quesería hace mas difícil el control de calidad de leche que se va a
procesar, sobre todo por la falta de condiciones para el proceso. Algunos
propietarios de queserías (muy pocos) tienen proveedores de mucha
confianza los cuales les abastecen de leche de buena calidad.
El precio de la leche está regulado por su disponibilidad según la
estación del año. El precio mas bajo durante la encuesta fue de 1.8 Q/I y
puede alcanzar precios hasta 2.3 y 2.5 Q/l. La mayoría (64%) compra el l i tro
de leche entre Q 2.00 y Q 2.30. Existe un compromiso de palabra entre el
productor y el comprador para realizar la comercialización de la leche.
3.2 Calidad higiénica del queso fresco artesanal.
Los análisis microbiológicos efectuados a los quesos indican que en su
mayoría presentan lana elevada contaminación por bacterias indicadoras de
contaminación fecal (coliformes fecales y Escherichia coli) debida
principalmente a la falta de pasteurización de la leche y a las condiciones
poco higiénicas en que se lleva a cabo el proceso de producción.
En todos los quesos analizados se encontró Escherichia col; (indicador 4
más preciso de contaminación fecal), en la mayoría de ellos, los niveles de
coliformes fecales fueron elevados. No se aisló Salmonella spp en ninguno de
los quesos analizados (ver Cuadro 2). Estos quesos son un riesgo para la salud
del consumidor, puesto que al encontrarse organismos indicadores de
contaminación fecal en un numero elevado, podrían estar presentes agentes
causantes de infecciones intestinales. Staphylococcus aureus estuvo
presente en todos los quesos en niveles mayores de 10' células/g. Este
organismo puede encontrarse presente en la piel intacta de los manipuladores
o con lesiones, secreciones nasales, o provenir de ubres de vacas infectadas.
Algunas de las cepas de Staphylococcus aureus son toxigénicas, es
decir, que cuando alcanzan niveles mayores o iguales a 10' células/g en los
alimentos pueden producir una enterotoxina que al ingerirse causa la llamada
i ritoxicación estaf i locóccida (período de incubación de 1-8 horas con
aparecimiento de náuseas, vómitos, do lores abdominales, diarrea, postración).
El énfasis en los alimentos susceptibles de contaminarse con S. aureus debe
ser sobre la prevención de la contaminación y su subsecuente crecimiento en
el alimento.
Para completar la información recabada en el trabajo anterior, el Centro
Universitario del Sur, a través de uno de sus estudiantes en trabajo de
Seminario, analizó muestras de queso en los expendios locales (tiendas y
abarroterías) de la cabecera municipal de Escuintla, determinando que el 85 %
de las mismas presentan altos niveles en uno o más parámetros indicadores de
baja calidad sani tar ia (salmonella spp, Escherichia col; y /o Staphylococcus.
aureus).
La elevada contaminación microbiana de estos quesos artesanales está
relacionada con la carencia de prácticas higiénicas en el ordeño y en el
procesamiento y a la falta de pasteurización de la leche. El 100% de las
queserías encuestadas no utiliza pasteurización.
El queso es fabricado a part i r de leche cruda y en condiciones
deficientes de higiene durante el proceso de producción de los quesos, lo que
hace que exista una elevada contaminación bacteriológica.
Al verificar la calidad de la leche se determinó por medio de un
recuento aeróbico total, que la leche cruda contenía más de 10' bacterias/ml.
Lo que hace tener desde el inicio del proceso, leche de mala calidad. Los
análisis de acidez y densidad resultaron satisfactorios de acuerdo a los
límites críticos.
3.2.1 Estándares de Calidad Establecidas por COGUANOR.
Los estándares de calidad exigidos por la Comisión Guatemalteca de
Normas, COGUANOR, se detallan a continuación.
LECHE DE VACA SIN PASTEURIZAR
(COGUANOR NGO 3 4 040) (*FAO. 1980)
1. Densidad * = 1.027 a 1.033 g/ml
2. Acidez máxima (ácido Láctico, Porcentaje en peso) = 0.18 1
3. Reductasa (Leche para pasteurización) = 4.0 horas mínimo
4. Microorganismos no patógenos, máximo por cm = 400.000 clase A inmediatamente antes de la pasteurización. 1,000,000 clase 0
LECHE PASTEURIZADA DE VACA
(COGUANOR NGO 3 4 041)
Criterios microbiológicos:
1. Recuento to ta l de bacterias/ml = 20,000 Recuento recomendado
50,000 Recuento máximo permitido
2. Coliformes/ml = 10 Recuento recomendado
3 0 Recuento máximo permitido
El número de muestras que. deben analizarse son 5 y se permite que
dos mi~estras tengan un recuento mayor del recuento máximo recomendado,
pero no mayor que el recuento máximo permitido.
QUESO FRESCO (NO MADURADOS)
El queso empacado después de producido debe cumplir con los límites que
dicta la Norma Coguanor NGO 3 4 197 para poder ser comercializados.
Criterios micro biológicos
1. Sfhaphylococcusaureus/g = 100 Recuento recomendado
1000 Recuento máximo permitido
2. Salmonella spp, en 25 g - - 0.0 Recuento recomendado
0.0 Recuento máximo permitido
El número de muestras que debe analizarse son 5 y se permite que dos
muestras tengan un recuento mayor del recuento máximo recomendado, pero
no mayor que el recuento máximo permitido.
3. Humedad máxima: 70 porciento
La Norma Guatemalteca solo distingue dos clase de leche. La de clase
A que contiene un máximo de 400,000 Microorganismos no patogenos/cm3. y
la clase €3 con 1x10' Microorganismos no patogenos/cm3.
3 -2.2 Calidad higiénica de la leche utilizada en la elaboración del queso.
El análisis de la leche procesada por los pequeños productores
presentó los resultados que muestra el cuadro 2.
La leche con que trabajan las queserías se encuentran dentro de los
valores máximos reportados y sólo en una ocasión se analizó leche con el
mínimo reportado.
' Los datos del Cuadro 2 indican que las muestras de leche analizadas se
encuentran muy por encima del numero fijado por la Norma guatemalteca
para leches sin pasteurizar. Las pocas muestras de leche tipo A que existen
en la región se mezclan con la leche más contaminada.
CUADRO 2
CALIDAD MICROBIOLOGICA DE LA LECHE ENTERA SIN PASTEURIZAR D E TRES QUESERIAS ARTESANALES D E LA
COSTA SUR DE GUATEMALA 1996
Fuente: Sánchez, Carlos. Meioramiento de la calidad higiénico sanitaria del queso fresco artesanal producido en la costa sur Guatemala. Asociación Red de Desarrollo Agroindustrial Rural de Guatemala, REDAR. Guatemala, 1996
3.2.2 Calidad higiénica del queso fresco .
CANTI DAD
ENCON TRADA
MÁX~MO
MhIM0
Según la Norma COGUANOR NGO 34 197 el recuento máximo
permitido es de 1000 Staphylococcus aureus/g y ausencia de Salmonella
spp/25 g de muestra. Esta Norma no especifica la cantidad de coliformes
totales, coliformes fecales y Escherichia coli los cuales son indicadores
importantes en la calidad sanitaria del queso.
RECUEN TO
TOTAL (BACTE
RIASI ml)
104x10~
57300
COL1 FORMES
TOTA LES
(NMPIml)
>110000
230
E. COL1 (NMF'Iml)
>110000
NEGATIV
O
COLIFOR MES
FECALES (NMFVml)
>110000
230
SALMO NELLA
SPP (en 23 ml)
NEGATIVO
NEGATIVO
S. aureus
w C / g )
4.4~10 '
320000
En el Cuadro 3 se muestra que se encontró Salmonella, esto se
reporto en una de las queserías en la que la crianza de cerdos está muy
cercana al lugar del procesamiento.
CUADRO 3
CALIDAD MICROBIOLOGICA DEL QUESO FRESCO ELABORADO A PARTIR DE LECHE S I N PASTEURIZAR
EN TRES QUESERIAS ARTESANALES DE LA COSTA SUR DE GUATEMALA.
1996
Fuente: Sánchez, Carlos. Meioramiento de la calidad higiénico sanitaria del queso fresco artesanal producido en la costa sur Guatemala. Asociación Red de Desarrollo Agroindustrial Rural de Guatemala, REDAR. Guatemala, 1996
CANTI DAD
ENCON TRADA
MÁXIMO
MÍNIMO
De acuerdo a lo establecido por la Norma guatemalteca para quesos no
madurados, el 100% de los quesos fabricados a nivel artesanal no cumplen
este requisito a pesar de que usan aditivos, lo que hace pensar que se deben
buscar mejores parámetros para controlar la calidad de queso elaborado a
nivel artesanal. Principalmente establecer los limites de coliformes y
ausencia de Escherichia coli, como medio de medir la calidad de los quesos.
RECUENTO TOTAL DE
BACTE RIASI
GRAMO
6 .9~10 '
6 . 7 ~ 1 o6
COLIF'OR MES
TOTALES (NMPk)
>110000
2300
COLIF'OR MES
FECALES ( N m g )
>110000
2300
E. coli (NMPk)
>110000
NEGATIVO
SALMOhíE LLA
EN 25 g
NEGATIVO
P O S m O
S. aureus UFCIg
4x106
2.3~10'
3.3 Efecto de la Pasteurización en la calidad microbiológica del queso
fresco artesanal.
3.3.1 Leche pasteurizada.
Un lote de 15 litros de leche fue procesado en un pasteurizador
calentado a base de corriente eléctrica. En cada una de las queserías se
realizo el proceso de pasteurización de la leche, la cual sirvió de materia
prima para la fabricación de queso. Las condiciones de pasteurización fueron
calentamiento de la leche a 63 "C por 30 minutos.
Puede verse que se logro la eliminación de coliformes totales, fecales,
Escherichia col; y Staphylococcus aureus. El recuento total máximo fue de
51,800 bacteriadml. La Norma Coguanor NGO 34 041 estipula para la leche
pasteurizada un máximo de 50,000 bacterias/ml de recuento total de
bacterias y un máximo permitido de 30 coliformes/ml. Los resultados del
efecto de la pasteurización se presentan en el Cuadro 4.
3.3.2 Queso fresco elaborado a par t i r de leche pasteurizada
Como se vio anteriormente la Norma guatemalteca para queso fresco
sólo verifica la presencia de Salmonella spp y de Staphylococcus aureus.
CUADRO 4
CALIDAD MICROBIOLOGICA DE LA LECHE PASTEURIZADA E N TRES QUESERIAS ARTESANALES DE LA COSTA SUR DE GUATEMALA.
1996
Fuente: Sánchez, Carlos. Meioramiento de la calidad higiénico sanitaria del queso fresco artesanal producido en la costa sur Guatemala. Asociación Red de Desarrollo Agroindustrial Rural de Guatemala, REDAR. Guatemala, 1 996.
Los resultados del Cuadro 5 muestran que no existe Salmonella spp.
S. aureus (UFCIml)
NEGATIVO
RECUENTO TOTAL DE
BACTE RIASIml
5 1800*
Luego Staphylococcus aureus, esta por encima de la Norma. De acuerdo a
esto los quesos no cumplirían con esta Norma. Sin embargo, podemos
COLIFOR MES
TOTALES (nmp1ML)
NEGATIVO
argumentar que la contaminación fecal disminuyó significativamente a 230
NMP/ml de Escherichia coli Esta contaminación proviene del procesamiento,
COLIF'OR MES
FECALES (nmp1ML)
NEGATIVO
ya que la leche no contenía Escherichia cok. En las queserías que siguieron las
normas de limpieza y adecuada adición de cloro al agua, no se encontró
E. coli (NMPIml)
NEGATIVO
presencia de Escherichia col¡ Es necesario mayor tiempo de capacitación ,
para que los productores cambien los patrones de conducta respecto a las
SALMONELA SPP
en 25 ml.
NEGATIVO
prácticas de manufactura y las nuevas técnicas de procesamiento.
CUADRO 5
CALIDAD MICROBIOLOGICA DEL QUESO FRESCO ELABORADO A PARTIR b E LECHE PASTEURIZADA
E N TRES QUESERIAS ARTESANALES DE LA COSTA SUR D E GUATEMALA
1996
Fuente: Sánchez, Carlos. Meioramiento de la calidad higiénico sanitaria del queso fresco artesanal producido en la costa sur Guatemala. Asociación Red de Desarrollo Agroindustrial Rural de Guatemala, REDAR. Guatemala, 1996.
.
3.3 - 3 Experiencias en la implementación del pasteurizador por parte de los
productores.
Los productores artesanales de queso fresco que procesan diariamente
entre 500 y 8 000 litros de leche, no están en capacidad económica de adquirir
los equipos que actualmente ofrece el mercado, tanto por el costo inicial del
mismo como por gasto en energía que requiere su operación. Los equipos más
económicos, adaptados a los volúmenes de producción indicados, se basan en
una operación tipo batch consistente en recipientes de doble fondo que
CANTI DAD
ENCON . TRADA
MÁX~MO
MkVLM0
COL1 FORMES
TOTA LES
(N MPIg)
930
230
RECUEN TO
TOTAL DE
B ACTE RIASIg
2 . 9 ~ 1 0 ~
3.0X101
COLIFOR MES
FECALES ( N m l g )
430
230
E. col¿ (NMplg)
230
NEGATIVO
SALMONE LLA
EN 25 g
NEGATIVO
NEGATIVO
S. aureus UFCIg
81000
4000
calientan agua, que a su vez calienta la leche contenida en el interior del
pasteurizador, mediante la combustión de gas propano.
Durante el proyecto efectuado por REDAR, una empresa nacional diseñó,
construyó e hizo una demostración en el CUNSUR de un equipo de
pasteurización tipo marmita con capacidad para '100 litros de leche, con la
intención de que el mismo fuera adquirido por los productores, sin embargo por
su costo y tiempo de operación (el enfriamiento ocurre en el mismo recipiente
previamente calentado, con lo cual el tiempo para llegar a la temperatura
correcta es muy alto) ninguno de ellos lo adquirió.
El proceso empleado es además de lento, caro en gasto de combustible
debido a que calentamiento y enfriamiento ocurren en el mismo recipiente por
lo que la energía empleada en calentar la leche se pierde al enfriarla. Esto
plantea la necesidad de diseñar un equipo de operación continua que pasteurice
directamente la leche y que la enfríe hasta la temperatura adecuada para la
producción de queso, en un recipiente adicional.
I V . MARCO TEORICO
4.1 La Leche
4.1 -1 Composición de la leche.
La composición de la leche emforrna general es la siguiente:
Proteínas 2.8 - 4.9 % (de ellas la caseína representa el 77-82 %)
Grasa 2.6 - 4.8 %
Hidratos 3.7 - 5.4 %
Sales 0.6 - 1.0 %
Agua 85.6 - 89.5 %
4.1.2 Proteínas de la leche.
La proteína principal de la leche es la caseína que al agregarle cuajo o
ácidos (proceso de cuajado) proporciona una mezcla de caseína, grasa,
agua y sales, conocida como queso.
Otras proteínas de la leche son la albúmina y la globuli na que precipitan a
. 90-100 grados centígrados. Las albúminas de la leche son la
lactoalbumina y la seroalbumina
Lactoglobulina: tiene un papel importante en el sabor de la leche cocida.
Tiene grupos sulfhídricos que se modifican o se separan cuando se
calienta la proteina esto provoca la desnaturalización de la proteína
dando lugar a sabores extraños.
besnaturalización de las proteínas: Ocurre cuando una proteina se
calienta y se pierde la estructura terciaria de esta proteína. las cadenas
de péptidos espiraladas se desdoblan para dar una configuración
aleatoria acompañada por una perdida de la actividad biológica de la
proteina. los enlaces covalentes S-S son importantes.
Lactosa: 1) Las bacterias Iácticas la vuelven ácido láctico y otros
2) Reacciona con las proteínas de la leche o suero, dándoles
un color pardo (Mai l lard)
3) Se degrada a 110-150 grados centígrados con lo que
provoca la coloración de la leche y también dándole un
sabor a cocido
4.1 -3 Grasa de la leche.
Acido oleico (aumenta al aumentar el consumo de hierbas de las
vacas)
Acido Láurico
Acido Mirístico
Acido Palmítico
Acido Esteárico
Acido Butírico
4.1 -4 Hidratos de carbono de la leche.
Contenido de Lactosa: 37-54 g/l
Lactosa + agua (ácidos diluidos o enzimas) = glucosa +
galactosa
Reacciones de Maillard.
= Ocurren a 120 grados centígrados
= Reacción entre los grupos aldehído de la lactosa y los
grupos amino de las proteínas dando lugar a pigmentos que
oscurecen la leche o suero perdiendo también su valor
nutritivo.
Es Catalizada por:
Metales (hierro y cobre)
Fosfatos
Temperatura
Destruye la lisina
4.1 -6 Sales minerales de la leche.
Contiene magnesio, calcio, sodio y potasio
En la pasteurización debe tomarse en cuenta que la espuma
baja la eficiencia de la pasteurización.
4.1.7 Densidad de la leche sin pasteurizar.
La densidad varía entre 1.027 y 1.033 g/ml
4.1 -8 Calor especifico de la leche.
Temperatura Q? ("C) (calorías/g-"C)
O 0.92
15 0.90
40 0.93
60 0.92
4.1.9 Conductividad eléctrica de la leche.
4.2 La Pasteurización.
4.2.1 Definición de leche pasteurizada
Es la leche natural, entera o desnatada sometida a un calentamiento
uniforme a una temperatura comprendida entre 30 - 72 grados Celsius
durante el tiempo, que asegura la destrucción de los gérmenes patógenos
y la casi totalidad de la flora microbiana, sin modificación sensible de la
naturaleza físico-química, características y cualidades nutritivas de la
leche. ya pasteurizada debe presentar un color uniforme blanco y
ligeramente amarillento con olor y sabor característícos. su acidez
máxima debe ser de 0.19 % expresada en peso de ácido láctico por
mili litro de leche. sus exigencias microbiológicas deben ser:
Gérmenes patógenos = Ausencia
Recuento de colonias aerobias mesófilas (31 +/- 1 c)
- - Máximo de 100 000 col/ml
Entero bacteriacae totales
- - Máximo 10 col/ml
Prueba de la f osfatasa = Negativa
Después de la pasteurización, el enfriamiento rápido detiene la pérdida
de la calidad sensorial y del valor nutritivo de la leche. idealmente debe
enfriarse a 4-10 grados Celsius, pero esto es particularmente difícil sin
refrigeración. a pequeña escala, una alternativa es el uso de un baño de
agua fría en el que se sumerge el recipiente. con la leche caliente en otro
más grande lleno de agua fría en circulación. la leche debe agitarse para
acelerar el enfriamiento. el uso de hielo, cuando está disponible, ayudará
la mantener suficientemente fría el agua del baño.
4.2.2 Objetivos de la pasteurización
1) Destrucción de microorganismos patógenos que puedan transmitir
enfermedades
2) Destrucción de microorganismos que puedan producir sabores y
olores desagradables
3) Conseguir una completa disolución de los ingredientes de la mezcla
en el caso de leches especiales (batidos, helados, etc.)
4.2.3 Métodos de Pasteurización de la leche.
Tipo
Baja temperatura
(convencional)
Temp. Tiempo Producto lácteo
63 OC 30 min Leche fresca, queso
22
Alta temperatura 72 O C 15 S Yogurt,
corto tiempo (HTST) manteqi-ii lla, queso
Ultra alta temperatura 135-150 "C 2-4 S Lec he
(UHT) esteri I i zada
Cámara de expansión en la pasteurización
Un componente clave es la cámara de expansión donde tiene lugar el
enfriamiento rápido. la entrada es tangencia1 por la parte inferior lo que
permite la máxima exposición superficial del producto, con lo que los
gases escapan hacia la parte alta de la cámara donde son extraídos
Método HTST
En 40 segundos llega a 78 grados centígrados luego se mantiene por 15
segundos esa temperatura. luego baja a 30 grados centígrados en otros
10 segundos. total 50 segundos. el tiempo de mantenimiento de la
temperatura de esterilización se consigue haciendo pasar el producto por
un tubo cuyo volumen esta calculado para que el tiempo de paso sea
exactamente el fijado. debe haber una esterilización previa antes de
empezar el proceso de HTST haciendo circular agua caliente por 30
minutos.
Pasteurización intermedia
A una temperatura de 70-72 grados centígrados durante un tiempo de
15-30 segundos.
Pasteurización alta
A una temperatura de 83-85 grados centígrados por un tiempo de 15-20
segundos
Ventajas de la pasteurización intermedia
1) Proceso muy rápido, lo que significa mas capacidad
productiva
2) A horro energético
3) Temperatura suficiente que asegura la destrucción de
todos los microorganismos patógenos
Nota: Si por cualquier causa no se produce la pasteurización,
una válvula recircula la leche nuevamente
4.2.4 Equipo usado en la pasteurización.
Intercambiador donde se calienta la leche entrante en contracorriente
con la leche ya pasteurizada
El salto térmico hasta 70-72 grados centigrados se produce en
circulación alternativa con agua caliente
En la penúltima sección del pasteurizador se mantiene la temperatura de
70-72 grados centigrados durante 15-20 segundos y luego sale hacia el
enfriamiento
4.3 bescripción del proceso de elaboración de Queso fresco artesanal.
El diagrama de flujo fue verificado en tres queserías artesanales. cada
una de ellas realiza las mismas operaciones en el proceso de elaboración
del queso, pero con algunas variantes. 1
' . r
4.3.1 Tipo de leche I . , *
Existen dos tipos de leche que puede comprar el fabricante de quesos:
a) leche entera y b) leche descremada. Según las necesidades de
fabricación, la leche es descremada o reconstituida.
4.3.2 Recepción
En la recepción de la leche se calcula la cantidad a procesar. Se separa
la leche a descremar para hacer queso de media leche, este
procedimiento se realiza de acuerdo a las necesidades del tipo de queso
a fabricar.
4.3.3 Oescremado
El descremado se realiza por medio de una centrífuga descremadora ya
sea eléctrica o manual, la crema es envasada en bolsas plásticas en
presentaciones de medio o de Lin litro.
Aditivos
El uso de aditivos como nitrato de sodio o potasio, clor~iro de calcio y
colorante, se realiza antes de agregar el cuajo. Estos productos son
proporcionados por los vendedores de cuajo a los queseros.
Otro producto que se puede considerar un aditivo es la crema de un día
anterior y/o queso almacenado. Estos productos son utilizados para
disminuir la espuma que se forma después del proceso de descremado.
4.3.5 Preparación y adición del cuajo
De acuerdo con el volumen de leche recibida, el operador determina la
cantidad de pastillas a diluir en agua salada. Se disuelven las pastillas
por medio de un objeto que realiza las funciones de un mortero. En
algunos casos se utiliza suero de un día anterior para diluir el cuajo
(liquido o en pastilla).
4.3.6 Cuajado de la leche
El cuajo preparado se agrega a la leche fluida para iniciar el proceso de
coagulación. La leche se agita para lograr un buena mezcla y se deja
reposar por varios minutos (generalmente de 20 a 30 minutos). El
operador verifica con la mano o visualmente si ya se formó el coágulo.
4.3.7 Corte de la cuajada
El corte de la cuajada se realiza con un cuchillo, machete o con la mano.
la cuajada formada en el recipiente se corta en trozos sin importar el
tamaño.
4.3.8 besuerado
El desuerado se realiza en una o más etapas.
a. Inicialmente el suero es sacado con un recipiente plástico
tratando de no arrastrar pedazos de queso.
b. Luego de remover la mayor cantidad de suero, la cuajada
es transferida a un escurridor. El escurridor es una batea
de madera, con fondo de lamina de cinc o madera con
inclinación. Al final de la batea se ponen recipientes
plásticos con cedazo y/o manta para recibir el suero y
recuperar el cuajo (queso) arrastrado por el suero.
c. Cuando el suero ha sido escurrido, algunos acostumbran
amasar un poco la cuajada y agregarle la sal (proceso de
salado).
Salado
En la tolva de alimentación del molino se acostumbra realizar el proceso
de salado cuando éste no fue realizado en el desuerado.
La cantidad de sal es calculada por el operador degustando el producto
cada vez que se agrega una cantidad de sal hasta quedar en el punto
adecuado, según el tiempo que se requerirá para su venta así es la
cantidad de sal que se agrega.
4.3.10 Molienda
La mayoría de queserías util iza molinos de discos de nixtamal para la
molienda del queso. El queso es obligado a pasar por el molino por medio
de una "paleta" de madera. El queso se recibe en la batea del molino,
construida de madera o cemento, en donde se amasa antes del moldeo.
4.3.11 Moldeo
El queso se coloca con un fuerte movimiento en moldes de madera o pvc.
Los moldes se llenan completamente y se almacenan en el refrigerador o
se dejan en el lugar del procesamiento para su comercialización.
4.4 Diagrama de flujo del proceso de elaboración de queso fresco
artesanal.
Las queserías artesanales realizan las operaciones que se muestran en el
diagrama de f lujo de la página siguiente.
El diagrama de f lujo fue verificado en t res queserías artesanales. Cada
una de ellas realiza las mismas operaciones en el proceso de
elaboración del queso, pero con algunas variantes.
Diagrama de flujo
Las queserías artesanales realizan las siguientes operaciones:
1 DESCREMADO (
A D I T I V O S Y CUAJO CUAJADO - SAL AMASADO I
1 MOLDEO 1
QUESO FRESCO
CREMA
SUERO
Nota: Los aditivos consisten en cloruro de calcio. que solamente aplica un productor.
V. OBJETIVOS
Generales:
Proporcionar a los productores artesanales una tecnología adecuada, de
operación económica y eficiente para pasteurizar la leche y enfriarla a
las condiciones de operación.
Específicos:
biseñar Lin equipo de pasteurización de leche adaptado a las condiciones
del pequeño productor artesanal de queso fresco.
Hipótesis:
Es factible diseñar un equipo eficiente y económico de pasteurización de
leche a pequeña escala susceptible de ser adoptado por los productores.
VI . METODOLOGIA
La investigación incluyó las fases siguientes:
6.1 Determinación de alternativas de diseño del pasteurizador.
El proyecto f i jó inicialmente los siguientes criterios para el diseño del
equipo:
Consta de tres secciones: calentamiento, conservación de la
temperatura y enfriamiento.
De operación continua o semi continua.
Capacidad mínima: 150 litros por hora.
Desplazamiento del producto: por gravedad, por lo que la velocidad de
flujo será lenta.
Completamente cerrado.
Método de pasteurización: HTST (Alta temperatura y corto tiempo,
por sus siglas en inglés) con un tiempo de pasteurización de 15
segundos a una temperatura de 72 "C.
Materiales no contaminante en contacto con el producto.
Fuente de calor: gas propano.
De fácil operación y limpieza manual con cepillo y solución de cloro al
final del día.
En base a ello el equipo de investigación prediseñó diferentes
alternativas que se muestran en el anexo.
6.2 Selección del diseño básico del pasteurizador de leche de
operación económica, efectiva y continua.
En esta fase se analizaron comparativamente las siguientes opciones:
Calentamiento a través de una pared metálica calentada mediante
llama directa.
Calentamiento mediante capa de fluido (aceite mineral o agua )
Calentamiento mediante corriente de aire caliente.
Del análisis de la alternativas prediseñadas, tomando en consideración su
ventajas y desventajas, se seleccionó en diseño básico.
Si bien en el mercado existen modelos de pasteurizador eficientes, los
mismos están diseñados para un alto volumen de producción y además
utilizan bombas, resistencias u otros equipos que emplean altos consumos
de electricidad. Estos equipos son construidos así mismo totalmente en
acero inoxidable, incrementando el costo de los mismos. El diseño
seleccionado pretende reducir al minino el uso de electricidad y acero
inoxidable para hacerlo adaptable a las condiciones del pequeño
productor artesanal de quesos.
6.3 Diseño del equipo.
Seleccionado el diseño básico se procedió a su dimensionamiento en
función de la capacidad esperada y las condiciones de proceso requeridas
por la pasteurización HTST.
6.4 Elaboración del informe final.
V I 1 . RESULTADOS Y DISCUSION
7.1 Alternativas de diseño del pasteurizador.
En esta etapa se elaboraron varios diseños preliminares, de acuerdo a las
propuestas de los miembros del equipo de investigación, que luego fueron
discutidas tratando de identificar sus ventajas e inconvenientes. Los
prediseños analizados fueron los siguientes:
Pasteuri zador horizontal con baf les, consistente en un
recipiente rectangular con láminas separadoras que obligan a la
leche a hacer un recorrido simultáneo de descenso-ascenso y
avance horizontal sobre una superficie calentada por aceite
mineral.
Pasteurizador de serpentín vertical calentado con gas propano,
consistente en un recipiente vertical con un serpentín interior
por el cual circula la leche. El liquido se calienta por medio de la
combustión de gas propano cuyos gases circulan por baf les
horizontales dentro del recipiente.
Pasteurizador de serpentín vertical calentado mediante aceite
mineral, es un equipo similar al anterior, con la diferencia de
que, en lugar de calentar mediante gases de combustión, se hace
calentado un aceite mineral en el cual está inmerso el serpentín.
Pasteurizador de calentamiento y enfriamiento directo a través
de tubos metálicos, consistente en cuatro secciones
independientes con 3 tubos cada una en flujo paralelo de 61 cm
de largo calentados a fuego directo mediante la quema de gas
propano.
Pasteurizador de calentamiento directo a través de superficie
circulas (media caña) y doble enfriamiento a través de tubería,
consistente en una sección circular "media caña" cerrada.
Después del análisis respectivo se acordó el diseño que se describe a continuación.
7 .2 Diseño final del proceso a utilizar.
FIGURA 1: VISTA GENERAL DEL DISEÑO SELECCIONADO PARA LA CONSTRUCCION DEL PASTEURIZADOR DE LECHE ADAPTADO A LAS CONDICIONES DEL PEQUEÑO PRODUCTOR ARTESANAL DE QUESOS.
PASTEURIZADOR. Está compuesto por los siguientes accesorios: l. Quemador a gas. 2. Cobertura de material refractario MB-40, adherido a una malla metálica. 3. Depósito interno para alojar el medio de calentamiento del serpentín [aceite mineral]. 4. Serpentín que conducirá el producto a pasteurizar, extendido horizontalmente.
OBSERVACIONES: Este diseíio permite aprovechar el calentamiento indirecto y los gascs de combustión que se alojan en el enchaquetamiento que existe entre el material refractario y la caja que aloja el aceite, se dcíiectarán los gases para que se vuelvan a aprovechar. En la figura 2, se puede observar el arreglo interno dc este equipo.
1. Canal de distribución 2. Cortina de enfriamiento 3. Canal de recuperacidn
I / I /
FIG. 2 : V I S T A GENERAL b E LA CAMARA b E PASTEVRi iACiON.
DEPOSITO DEL ACEITE MINERAL
0.60 cm
CAJA CON ADHERENCIA DE MB-40
30 cm
AREA DE CIRCULACION DE LOS GASES DE COMBUSTíON.
A GAS PROPANO
40 cm
VISTA AEREA: AL FONDO DEL
SERPENTIN ' ( J
60 cm --
TANQUE SE OBSERVA EL
TUBERIA: % plg
DESCARG 4 HACIA CAhtAR.~ DE ENFRI.A\mN DE 'A PLG DE DI.&\ETRO
SOBRE LA CAJA DE MATERIAL REFRACTARIO.
Fig.3: OIMENSIONAMTENTO O€ LOS ACCESORiOS bEL ENFRZAbOR
/ / VISTA AEREA DISTRIBUIDOR " w/ T-3.r- a - . T.". T-.,
15 AGUJEROS SEPARADOS A 1 PLG C/U .
NOTA: Se construirán dos unidades, una como canal distribuidor con perforaciones y otra como canal de recuperación sin perforaciones y con un accesorio que conecta a una tubería. Ambas con las mismas dimensiones, ver fig. 1.
LAMINA TROQUELADA DE ACERO TNOXDABLE PARA TAPA DEL ENFRIADOR
La cm Iáinina -epandos posee 'S a una pulgada c/u. /
RECIPIENTE DE AGUA CON HIELO / CAMARA DE ENFRIAMIENTO
ENTRADA DE AGUA ENFRIAMIENTO 'A plg.
FIG. 4 COBERTURA EXTERIOR OE LA CAMARA DE ENFRIA MIENTO.
ESTRUCTLRA DE METAL PARTES LATERALES DE PLASTICO
TRANSPARENTE
* SOPORTE PARA COLOCAR BANDEJA DE ENFRI AblIENTO
7.3 Descripción del Equipo.
El sistema de pasteurización esta conformado por un depósito
cilíndrico de 240 litros. un pasteurizador tipo serpentín instalado dentro de
una caja de calentamiento y una cámara de enfriamiento. Los equipos
anteriores poseen las siguientes especificaciones y los esquemas pueden
verse en las otras figuras adjuntas:
7.3.1 DEPOSITO DE ALIMENTACION.
radio: 25cm
volumen: nr h =3.1416~25 2x123
considerando un espacio vacío.
Consiste en un depósito cilíndrico de 240 litros, con una altura de 1.23
m y un diámetro de 0.5m, que se fabrica en lámina de acero inoxidable
de 1/16", el fondo del cilindro posee un cono de 15 grados con salida de
3 11 $" de diámetro, un niple y codo de $" con llave de compuerta de 7 ,
todo en inoxidable. Las patas de la escalera se fabrica en tubo
proceso de 1 plg, en hierro negro pintado, con altura de patas de, 70
cm.
7.3.2 PA STEURIZA DOR.
El pasteurizador posee un serpenl-ín elaborado en tubo inoxidable de
:" con 8 tramos de 38 cm de largo y secciones curvas de 180 grados
de 8 cm. Un extremo del serpentín se une al depósito principal por una
copla y el otro extremo se une por otra a la cámara de enfriamiento
donde se localiza una llave de paso en la salida de +". El material
. refractario MB-40 se f i j a por medio de una malla metálica tipo
gallinero de f." x f" . Todo esto dispone de una estructura de soporte
de 2 5 x 4 5 ~ 8 0 cm, con patas fabricada en angular de 1/8" x 1" de hierro
negro Incluya un tapón de carga de aceite mineral.
7.3.4 CAMARA DE ENFRIAMIENTO.
Compuesta por dos canales (distribución y recuperación) con caras
laterales en forma de triangulo de 50x3.81x2.54cm, una cortina de
enfriamiento compuesta por una lámina acanalada de 50x50 cm con 15
canales separados a 2.54 cm (1 pulgada) y un depósito para agua de
enfriamiento de 1 0 x 4 0 ~ 5 cm. El canal de distribución posee agujeros
de 4" donde se conecta el tubo de salida del pasteurizador y 15
agujeros en el fondo de f" separados a 1 pulgada. El canal de
recuperación posee un agujero de P" para conectar tubo de descarga
hacia la tina de cuajado. Los canales, la lámina acanalada y el depósito
de enfriamiento se construyen en acero inoxidable de 1/16". El
soporte de la cámara de enfriamiento se construye en angular
inoxidable de 1/8" x 1" y se conforma por una estructura en forma
43
cúbica de 3 0 x 7 0 ~ 7 0 cm, con soportes de bandeja, lamina acanalada,
depósito de enfriamiento y recubierto lateralmente por plástico
transparente u otro sustituto.
NOTA: No se incluye la tina, ya que esta puede reemplazarse por un depósito
plástico para cuajar la leche, con la ventaja de que después de cada batch se
higieniza ya que no esta conectada al sistema.
El sistema de calentamiento será un quemador a gas propano.
7.4 Cálculos.
Tamaño del Batch: 240 I/h.
Temperatura de pasteurización: 72°C
Tiempo de residencia: 15 segundos
Temperatura inicial de la leche: 25"
En base a estos datos, puede verse primeramente el diseño general en
la figura No 1, y a continuación se presentan los cálculos de las partes
constituyentes.
7.4.1 Depósito de alimentación.
radio: 25cm
volumen: z r h = 3 . 1 4 1 6 ~ 2 5 ~ ~ 1 2 3 = 240 litros.,
considerando un espacio para cinco l i tros de luz.
Debido a que el flujo definido es 240 litros/hora por gravedad, es
necesario calcular la velocidad de salida del depósito previo a ingresar
al pasteurizador, a través de un orificio de 9 plg de diámetro situado
por debajo del tanque. Aplicando el teorema de Bernoulli en los
puntos 1 y 2 Pi = P2 = Presión atmosférica y Vi se supone igual a cero y
luego del desarrollo del teorema nos queda: V Z = ~
El orificio de salida es de $ de pulgada es decir 0.01905m y el radio
es entonces 0.009525 por lo que el área es: x r '= 0.0002850m2
Por lo tanto el caudal en la tubería de ) de pulgada será:
Q = Area x velocidad = 0.0002850m * x4.88m/s
= 0 .001391m3/s = 1.391/s
Debido a que la velocidad deseada es de 0.0666671/s, se colocará una
válvula de paso para graduar experimentalmente, el caudal de entrada
al deseado previo a SU ingreso al pasteurizador. Ver f i g 1.
7.4.2 Pasteurizador.
7.4.2.1 caja envolvente del pasteurizador.
Las dimensiones establecidas, se pueden observar en
la figura No. 2, estas dependen de las dimensiones
establecidas para el serpentín de pasteurización que se
45
colocará dentro de un depósito con aceite mineral para
el calentamiento indirecto.
Prácticamente constituye un horno ya que esta caja envolvente será
cubierta internamente con material refractario M040 para que una
vez alcanzada la temperatura de pasteurización esta se mantenga y el
consumo de gas sea bajo ya que los gases de combustión también se
aprovechan. Si hubieran otros batch que procesar el consumo de gas
se hace siempre mínimo.
7.4.2.2 Depósito de aceite mineral para calentar el serpentín.
A ~ A Este depósito, se colocará dentro de la envolvente de
rft(7 material refractario, sus dimensiones se pueden
observar en la figura No2 y proporciona una capacidad
para alojar 48 litros.
Sin embargo considerando un desnivel de 5 por ciento en el
serpentín para ayudar al paso de la leche por gravedad, no es
necesario llenarlo, sino solo cubrir la tubería. Al considerar el
diámetro de tubería a usar que es de f de pulgada [1.90 cm], es
suficiente cubrir una altura de 4.0 cm.
Por lo tanto el volumen de aceite se reduce a 4 x 6 0 ~ 4 0 = 9.61, si
se considera además, que el serpentín al estar sumergido desaloja un
volumen de 1.00 litros, en base a sus dimensiones que aparecen en el
numeral respectivo, se utilizara finalmente 9.60 - 1.00 = 8.60
litros, de aceite mineral como medio de calentamiento indirecto hacia
el producto a pasteurizar.
7.4.2.3Cálculos estimados para la pasteurización durante 15 segundos.
[dimensionamiento del serpentín].
Batch: 240 I/h ó 0.0666671/s
Diámetro del tubo a utilizar: f pulgada; 1.905cm
Radio del tubo: 0.9525cm
Area transversal del tubo; 7cr * = 3.1415926~0.9525~
= 2.85cm2
Volumen deuna pulgadade tubo: 7cr2h:
Tiempo en recorrer 1 pulgada: [0.066667!/s] / [0.0072391]
9.20942 segundos.
Velocidad lineal: 9.2094 plg /S
Recorrido en 15 segundos: [9.2094 plg/s] x 15 S :
138.141 plg. Ó 3.50 metros de
tubería en acero inoxidable.
Volumen de leche en 138.141 plg = n r 2 h
3.1415926X0.9525 2x350
1000.08 cm
o sea 1 l i t ro de leche
aproximadamente fluye cada
15 segundos saliendo
pasteurizada, y descargando
en una hora los 240 l i t ros que
contiene el tanque.
7.4.2.4 Arreglo de los 3.5 metros en serpentín.
La caja donde i rá sumergida ya fue presentada por lo tanto esta
obedece al arreglo que se presenta.
Total: 3.5metros distribuidos a lo largo de 60 centímetros
queda:
Los extremos a donde quedan separados a 6 cm c/u y las curvas a
part i r década centro con una separación de 12 cm c/u.
Temperatura de pasteurización: 72 grados centígrados.
Efecto germicida a esta temp.: 99.99 por ciento.
7.4.3 Cámara de enfriamiento.
Las dimensiones se pueden observar en la figura No 3, en base a la
cámara que alberga el serpentín dejando un espacio de 10 cm a cada
lado para que mantenga similar el ancho en el resto del equipo.
Los accesorios que lleva dicha cámara también aparecen en esta misma
figura y en la siguiente aparece dimensionada la cobertura de dicha
cámara de enfriamiento.
7.4.4 Calor necesario para la pasteurización.
Para elevar la temperatura de 240 l i tros de leche (1.032 kg/l) de la
temperatura original, 25 "C, a 75 "C, considerando un Cp de la leche de
0.4 Kcal/kg "C, se necesitan:
Q = 240 1 x 1.032kg/1 x 0.94 Kcal/kg "C x (75 "C - 25 "C)
Q = 11,641 kcal
Considerando una eficiencia calórica de 70 %, la cantidad de calor a
suministrar es de 16,630 Kcal por lote de 240 l i tros de leche.
Esta cantidad de calor es equivalente a 0.70 galones de gas propano.
7.4.5 Calor a remover en el enfriamiento.
El calor a remover es el necesario para reducir la temperatura de la
leche de 75 "C a 30 "C, que es la temperatura a la cual se efectúa el
proceso de cuajado de la leche.
Q = 240 1 x 1.032 kg/l x 0.94 kcal/kg "C x (75 "C - 30 "C)
Q = 10,477 kcal
Considerando la misma eficiencia calórica del 70 %, la cantidad de
calor a remover en el enfriamiento es de 15,000 kcal.
7.5 Características del equipo diseñado.
El equipo diseñado se caracteriza por lo siguiente:
El proceso de pasterurización es el de alta temperatura y corto
tiempo, HTST, que representa una tecnología intermedia de
procesamiento.
No requiere de energía eléctrica para el desplazamiento de la
leche, en virtud de que el flujo se produce por gravedad.
Todas las partes en contacto con la leche son de acero inoxidable.
Su capacidad de producción está acorde con los volúmenes de
elaboración de queso fresco de los productores artesanales de la
costa sur de Guatemala.
La leche pasteurizada sale a una temperatura apropiada para la
cuajada de la misma.
El calentamiento ocurre a través de un líquido intermedio (aceite
mineral) que permite controlar la temperatura.
La fuente de calor es la combustión del gas propano, cuya energía
se aprovecha al máximo mediante aislamiento y circulación de los
gases de combustión.
V . CONCLUSIONES
8.1 El equipo diseñado posee características que indican una
operación económica y sencilla.
8.2 El volumen y los requisitos de operación son adecuadas a las
condiciones del pequeño productor artesanal de quesos.
8.3 La construcción y posterior evaluación del prototipo
desarrollado, permitirá determinar la calidad de la
pasteurización que el mismo efectúa en la leche.
RECOMENDACION
A las instituciones participantes en el proyecto se recomienda
gestionar los recursos necesarios que permitan la construcción del
prototipo, con la certeza de que el desarrollo de i.in proceso de
pasteurización económica y sencilla contribuirá a mejorar
sustancialmente la calidad del queso fresco que consume la
población guatemalteca, especialmente en el interior del país.
I X . BIBLIOGRAFIA
9. i Intermediate Technology Development Group, ITDG.
Procesamiento de Lácteos. AECI, Fondo de las naciones Unidas
para el Desarrollo de la Mujer, UNIFEM, Perú 1998.
9.2 REDAR, INCAP, CUNSUR-USAC. biaqnóstico de la producción
artesanal de queso fresco en la costa sur de Guatemala y
aplicación del método HACCP para mejorar su calidad
sanitaria. REDAR, Guatemala, 1998.
9 .3 Revilla, Aurelio. TecnoloqÍa de la leche. Editorial I ICA, San
José Costa Rica. 1985.
9 .4 Sánchez, Carlos. Mejoramiento de la calidad hiqiénico
sanitaria del queso fresco artesanal producido en la costa
sur Guatemala. Asociación Red de Desarrollo Agroindustrial
Rural de Guatemala, REDAR. Guatemala, 1996.
3
9.5 Spreer, Edgar. Techoloqie der milch verarbeitunq; - LactoloqÍa
industrial alemana. máquinas. instalaciones. aparatos y
productos lácteos. Za Edición alemana. 1992
x. EJECUCI~N FINANCIERA
DE LOS RECURSOS SOLICITADOS AL FONACYT
Ejecutado Q 12,493.00
Presupuestado Q 85,575.00
Lo ejecutado representa el 14.6 % de lo presupuestado.
Opciones de equipo y su d 9 m
Se presentan varias opciones de diseño de equipo e instalaaón y en particular se amplían consideraciones en uno de ello, para que se tome y pueda evaluar en este infome de avance y análisis, la metoddogia de investigaaones.
Una vez definido o seleccionado el diseño adeciiado, se continuará con mayores detalles en la opción semi - desarrollada y se completaran los datos y cálculos de diseño para las otras opciones o en otro caso particular de diseño si así se requiere.
1. Pasteweadordecaknfam'idkecQeinanriaiala~&Miiosaniegks de tubería cn#liar m e t W i y enfriamiento ¡ M i a través de una inmersión entanquedeaguafría.
2 P a s ~ d e c a l e n f a m i e n t o d i i a b a v é s & uiasupeñiciepiana metáiica(Camapiana)yenhSami¡abavárde chmlaciónentuberíae inmersión en un tanque de agua fría.
O P d h 1
Semi-Desandlado wra la evduaÚh del mismo como tal v de la metoddwía de invesb'uauh:
1. Principio General:
Flujo Laminar, Consistencia en la aplicaaón del calor (sección de aRa temperatura), que llegue completamente a todo el área seccionál, mayor control en los parámetros de calentamiento y enfn'amiento.
Sistema de Flujo de leche m Tres(3) tuberías de
Cisterna de Recirculaci6n de Agua
2. Vista General lateral.
En esta vista se presenta una sola sección de arreglo de tubos(3 juntos), pero existirán 4 juegos de 3 tubos cada uno (distribuaones), que todos parten del mismo tanque de almacenamiento, y cada juego posee individualmente su sistema de calentamiento y enfriamiento. La Circulaaón y aireación del agua de enfriamiento puede diseñarse con un solo equipo de bombeo y diferentes tomas y entregas de agua. La Sección de enfriamiento se divide en dos partes, una zona de inmersión a agua fría (con aplicación de hielo) , que rebalsa a otra sección de enfriamiento a la temperatura final de entrega de la leche al proceso de quesería.
3. Análisis de Diseño
1) Sección de almacenamiento y distribuaón:
O De acuerdo a las estadísticas el 30.8% de las queserias en la costa sur consumen mas de 1,000 litros por día y un 26.9 % son productores que consumen menos de 200 litros por día, el resto 42.3 % están en valores intennedios entre 200 y 800 litros por día.
Tanque de material plástico (polietileno) con capaadad para 750 litros, que incluye válvulas de distribución y drenaje de lavado, multiconedores, tapadera plástica roscada y color negro exterior para impedir el paso de rayo solar que incrementa microorganismos. (Puede incluirse un medidor de nivel o un flotador, etc.). Diámetro y attura es de 1.1 0 metros y 1 .O2 respectivamente.
O Posibles Batchs de operaaón
1 Rango de Productor % del Mercado 1 Batch necesarios de operaciónldía
I 201 a 800 l 42.3 1 1 (Promedio)
< 200 litros por día
1 I I I
Nota: Para un flujo de 150 litros por hora, el tanque conteniendo 750 litros, se descarga en 5 horas.
26.9
> 1000 litros por día
2) Sección de cálculos y estimaciones:
1 (Con capacidad de crecer)
30.8 1 ó 2 (Promedio)
Tabla de fluios Y equivalencias:
Cálculos vanos:
1 pie3 = 28.31 7 litros
Litros
Pies3
Velocidad = flujo @ie3/seg ) / Area @ie2)
Diámetro de tubo de: %" (0.0625 pies)
Radio de tubo: 0.03125 pies
Area del tubo: 0.00306796 pies2 = (3.1415926) (0.03125)~
Perímetro del tubo de %" es: 3.1415926 * 2 * 0.03125 = 0.196349 pies
Volumen de 1 pie de tubo: .O0306796 pie3
Velocidad lineal en un tubo de %" es: 0.47961 3 piedseg. = 5.75535 pulg Iseg.)
Si se requiere la suficiente tubería para almacenar el volumen total del batch:
Cantidad teórica de tubería para 5.2965 pie3 / hora: 1,726.39 pies
Largo de tuberías para 4 secciones de calentamiento de 3 tubos c/u: 61 pies
por Segundo
0.0416666
0.001 471 43
por Hora
150
5.2965
Estimaciones de calentamiento:
por Minuto
2.5
0.0882765
Zona de calentamiento a 72 oC x 15 segundos: 86.330 pulgadas ó 7.1 941 pies
Cantidad de leche en 86.330 pulgadas de tubería: 0.0220714 pie3 (0.624995 Litros)
Densidad de la leche: 1 .O30 gramos/ml (63.961 6 lbs / pie3)
Presión atmosférica: 14.7 l WpuIg2 (21 20 libradpie2)
Altura del tanque (con cabeza acorde a flujo definido de 150 litroc/hora por gravedad)
3) Sección de Calentamiento:
Tubería de inoxidable de %" en contado directo con el produdo, 4 secciones independientes con 3 tubos cada uno con flujo en paralelo y largo de 61 pies.
Calentamiento diredo en una seaion con llama a gas propano, utilizando quemadores industriales graduables.
Area de transferenaa de calor por tubo es de: 1.4125 pie2
Superficie de la tubena es curva.
Veloadad de desplazamiento lineal x tubo: 0.479613 piedseg.
Distancia a recorrer el producto: 86.33 pulgadas.
Angulo de inclinación: 2.8189" (3 pies en 61 pies de largo).
Quemador Industrial: (Con capacidad en BTU acorde)
Cajuela metálica f m d a con material plástico y cenada de aislamiento de calor
4) Sección de enfriamiento: (pendiente de realizar cálculos y estimaciones)
Tubería de inoxidable de %" en contado directo con el producto.
Enfriamiento rápido en una sección (Estanque ~ o . 1 de cemento) en la salida del calentamiento, con inmersión en agua fna.(adición de hielo en maqueta).
Posterior enfriamiento en la sección continuada del enñiamiento rápido con agua de rebalse anterior y recirculación de la misma. (Estanque No.2 fundido).
Area de transferencia de calor y distancia a recorrer en sección fría en función del calor a adicionar en la sección de calentamiento y las temperaturas máxima aceptable en esta etapa.
Area de transferencia de calor y distancia a recorrer en sección de enfriamiento posterior en función de la temperatura máxima aceptable anterior y la temperatura final de la leche que va hacia el proceso de fabricación de quesos.
Superficie de la tubena es curva.
Velocidad de desplazamiento lineal x tubo: 0.47961 3 piedsegundo.
Angulo de inclinación: 2.81890
Nota: Se debe analizar mayores diámetms de tubería que no cause turbulencia, y mantenga la estabilidad de temperaturas, ello lograría, menos cantidad de tubos por arreglo o menos arreglos.
Opcmbnes de equipo y su dm-
1. Vista General lateral.
Nota: Se presenta el mismo sistema de tanque, acceso y circulación de agua. El cambio en sí, estaría en evaluar el calentamiento en una sección plana con cierta aitura y luego el enfriamiento del producto, conduciéndose el mismo en una sola tubería metálica de menor grosor de pared y mayor diámetro.
La Sección de enfriamiento se divide siempre en dos partes, una zona de inmersión a agua fn'a (con aplicación de hielo) y otra sección de enfriamiento a la temperatura final de entrega de la leche al proceso de quesería.
Sistema de Flujo de leche en Una o mrias
tubetias de Acero oxidable T J Sistema de Recirculacibn de
Aoua
2. Vista General lateral.
Nota: Se presenta el mismo sistema de tanque, acceso y arculaaón de agua. El cambio en sí, estaría en evaluar el calentamiento en una sección cirailar 'media caña" cenada con cierto diámetro y aitura, para luego el enfriamiento del producto, conducirlo en una sola tubería metálica de menor grosor de pared.
La Sección de enfriamiento se diviide.siempre en dos partes, una zona de inmersión a agua fn'a (con aplicación de hielo) y otra sección de enfriamiento a la temperatura final de entrega de la leche al proceso de quesería.
Sistwna de Flujo de 1 9 z 1 lecheen Una ovanas 1
ti ' '
L - ' Jcenas ae , Acero ,-,,oxidable _ 1 Sfsterna de Aaua Recirculacidn de 1
L . . . . u J.. -T-+.* -.s.. - - - - -1
Consideraciones económicas
Ante todo, en todos los diseños se persigue los objetivos siguientes:
Mínimo costo de inversión
Mínimo costo de operación
Facilidad de operación (proceso y limpieza), la cual básicamente se puede dividir en limpieza química semanal con soluciones de soda cáustica para prevenir incnistaciones y limpieza química diaria con soluaones de hipodorito de calcio para prevenir contaminaaón baderiológica.
Pasteurizador horizontal con bafles
sal ida acei te caliente.
Aug f r í a / hielo
'., Leche
y 8 o=m m. e
A r e a d e calentamien to
'\ I 1 . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50 cm. . . . . . . . . . . . . . , . . . .
. . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . ..... . . . . .. ..... . . . . . . , . . . . . ... ... . . . . . . .
1.2.2 Especi f icac iones y cálculos d e l diseco:
Condiciones d e pasteurización.
c,' pj
1 m. 1 Ace i te quemado+
I l
- Caudal necesar io eri pas teur izar :
- S is tema d e pasteur izac ión:
- Duración d e l ca lentamiento:
- Tempera tura d e calentamiento: - E f e c t o ge rm ic ida teó r i co en porc
Leche
200 l i t r o s p o r h o r a
Pas teur izac ión a l t a
15segundos
85 C. :enta je: 99.9
Mate r ia les necesar ios para e l diseño
- Par tes e x t e r n a s de la t ina:
2 p a r t e s la te ra les d e 5 0 x 5 0 cm
4 p a r t e s d e 100 x 50 crn
- Par tes in te rnas d e l pasteur izador : 4 secciones d e placas con aditamento i n te rno p a r a j a circulación d e acei te cal iente con dimensiones d e 40 x 5 0 cm.
1 sección de placa con aditamento in te rno de 1 x 5 0 cm. 6 placas sólidas de 50 x 4 5 cm.
Accesoríos; tales como tubos d e 2 pulgadas d e d iámet ro ,
p o r 3 p ies d e largo y 5 llaves de paso d e 2 pulgadas.
Sis tema de calentamiento:
S e usará acei te quemado caletandolo con un quemador a gas propano, liquido que f l u i r á a t ravés d e l s is tema d e placas creando a l ingreso de la leche un precalen tamien to y seguidamen t e la ester i l izac ión.
Cálculos d e l diseco:
S e presentan 5 secciones, donde 4 d e ellas t ienen una a l t u ra de
40cm en las caras, es dec i r que la super f i c ie a lo largo d e l paso d e la leche ser ía d e 80 cm más un espesor d e pared d e 2 cm y 10 cm d e separación en t re placas genera un r e c o r r i d o d e la leche d e 92 cm.
Como son cuat ro secciones la supe r f i c i e en e l reco r r i do sera de
368cm. A esto se suma la o t r a sección que se rá de 14 cm. Es to genera un t o t a l de 382 cm d e r e c o r r i d o , po r lo tanto:
E l área d e calentamiento generado con este diseño es de 382 cm x 50 cm : 19,100 cm2
E l caudal requer ido es ' 9 : 200 L/h y la velocidad con que r e c o r r e r á la leclie d e n t r o d e l p a s t e ~ ~ i z o d o r será: V : Q /A
La masa es; M : [2001/fi] [1.0279/1] [ l kg i iOOOg] : 0.2054 kg/h
PASTELIRIZAEOR DE SERPENTIN VERTICAL
ador
' f ~ i ...WCIO:&:x4 !TE:kA1O: de gas
Lt-i lvclir c-t-~itii-i il~~ji-i'stz poi- lji-i~~?~tf;zti't'il 1i-i pc.it.tc. s t i ~ ) ~ - ~ t i t v - < i 2 ( - s ~ b - p ~ t 1 t í t 1 i, F P C O ~ - ~ - P ~ í - t t ~ j s t ~ ~ o P ~ I f i ) t - i i 1 ~ 7
n i w - e ) i c ~ ~ i te .
10s .cjtzsc>s ti;' c o ~ t ~ l ; l i s t i ~ ~ ~ t - i s ( - i ~ t ~ t f k f ~ ~ t 1 r ~ e h 7 f i 8 s
PASTEIJRIZADOR DE SERFENI-IN VERTICAL leche cruda CON GLICERINA
I T
