COMPOSICIÓN DE LA LECHE Agua Grasas en emulsión Sustancias en disolución Sustancias en suspensión coloidal

Agua Agua: el agua es el medio en el que se encuentran disueltos, suspendidos o emulsionados el resto de los constituyentes de la leche. Se encuentra en un 87% del peso aproximadamente, y presenta dos estados: Agua libre: es la mayor parte del agua y constituye el disolvente de la lactosa y las sales. Es independiente de las sustancias insolubles. Agua ligada: supone aproximadamente un 3.1% de la leche y se encuentra energéticamente retenida por las sustancias insolubles. La proporción del agua ligada no se fija, si no que existe un equilibrio.

.Lípidos: la fracción conocida como lípidos lácteos, que constituyen normalmente entre un 3 y un 4% de la leche, esta formada por tres tipos de sustancias asociadas: Materia grasa propiamente dicha, constituida principalmente por triglicéridos (98% lípidos). Fosfolípidos que suponen del 0.5 al 1%. Otras sustancias insaponificables, diferentes químicamente de las anteriores, pero insolubles en agua y disolventes orgánicos (1%). Los lípidos se encuentran en la leche en forma de glóbulos de diámetro comprendido entre 2 y 10 un, constituyendo una emulsión del tipo de aceite en agua. En estos glóbulos se pueden diferenciar las siguientes zonas: una pseudomembrana exterior de naturaleza proteica, una capa, a continuación de naturaleza fosfolipídica y una zona interior del glóbulo graso en la que están los glicéridos distribuidos de fuera a adentro de mayor a menor punto de fusión. De los lípidos que constituyen la leche los más importantes son los glicéridos, los fosfolípidos y los esteroles.

.Proteínas: las proteínas son polímeros de ciertos aminoácidos que son sintetizados por organismos vivos. Constituyen normalmente el 3% de la leche y contienen el 95% del nitrógeno de la leche. Dado que las caseínas son la fracción proteica más fácilmente separable, las proteínas de la leche clásicamente en dos fracciones: caseínas y proteínas del suero. El grupo de caseínas esta constituido esencialmente por caseínas S1, S2, B, y X. Estas proteínas se distinguen del resto de las proteínas de la leche por el hecho de que coagulan por la acción del cuajo o una edificación próxima a pH 4,6. Las proteínas no caséicas constituyen un grupo mucho más heterogéneo que el anterior, tanto desde el punto de vista de su origen, desde del de su composición química. Son principalmente las proteínas del lactosuero junto a numerosas enzimas y a las proteínas de la membrana del glóbulo graso.

.Glúcidos: la leche de vaca contiene tres tipos de glúcidos desde el punto de vista químico, que son: Glúcidos neutros: lactosa y poliósidos que contienen lactosa y fructosa. Glúcidos nitrogenados Glúcidos ácidos: ácidos siálicos Dada la pequeña proporción en que se encuentran estos glúcidos, excepto la lactosa, solo nos detendremos en este último.

Lactosa: el contenido de lactosa en la leche de vaca es normalmente comprendido entre 40 y 50 gr./l. El principal factor de variación de este contenido es la infección de la mama (mamitis) que produce un descenso en el contenido de lactosa, al disminuir la capacidad de síntesis de la mama. Como consecuencia de esto y para mantener el equilibrio osmótico se produce un incremente en el contenido salino de la leche, por lo que se puede decir que el contenido en lactosa de la leche es inversamente proporcional a sus contenidos en sales. La lactosa es sensible al calor. De especial interés resulta de la facilidad con la que la lactosa experimenta fermentaciones, por la acción de determinadas bacterias, siendo la más importante las que la transforma en ácido láctico.

Sales: las sustancias minerales en la leche se presentan en dos estados: una en disolución y otras en estado coloidal. La forma clásica de determinar el contenido en sales de la leche es por calcinación, o sea, obteniendo las enzimas. Hay que aclarar que el contenido en sales no coincide con el contenido de enzimas, ya que al calcinar se producen perdidas y modificaciones de los componentes minerales. El contenido medio de enzimas es del orden de 0.7%, mientras que el contenido en sales es del orden de 0.9%. Dentro de la fase de disolución, la parte más importante la componen los cloruros, que expresados en cloruro sódico comportan el 0.18%, aproximadamente, de la leche. Los fosfatos solubles representan únicamente el 33% del fósforo total, siendo el más abundante el fosfato disocio. Hay indicios de sulfatos, yoduro, bromuros y fluoruros. El citrato cálcico es muy poco soluble y está poco disociado todo el sodio y el potasio se encuentran en disolución ioniza. Dentro de la fase coloidal, los componentes más abundantes son el calcio y es el fósforo. Van acompañados de pequeñas cantidades de magnesio y ácido cítrico. El fósforo y el calcio formando principalmente las micelas de fosfocaseinato, siendo un factor determinante de la estabilidad de la leche.

.Sustancias nitrogenadas no proteicas: se trata de pequeñas moléculas pertenecientes a diferentes familias químicas, que se solubilizan en ácido tricloracético al 12%. El contenido es estas sustancias varía con la alimentación. El componente más abundante es la urea, que se halla en una proporción media de 0.52gr. /l. Además se detectan aminoácidos libres nucleótidos, bases nitrogenadas, ácido órtico, vitaminas nitrogenadas... El contenido en sustancias nitrogenadas no proteicas aumenta en leches sometidas a fuertes calentamientos debidos fundamentalmente a la degradación de las proteínas.

FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA LECHE TEMPERATURA HUMEDAD CLIMA PRESION VARIACIONES EN LOS ÁCIDOS GRASOS ALIMENTACIÓN EFECTOS DE LA SALIDA AL PASTO

LA CALIDAD HIGIENICA DE LA LECHE HIGIENE QUIMICA Metales y Plásticos Detergentes y Desinfectantes Pesticidas y Fertilizantes Micotoxinas Antibióticos y Quimioterápicos Residuos radiactivos HIGIENE MICROBIANA Interior de la ubre Exterior de la ubre Medio ambiente Equipo de ordeño

PASTEURIZACION La pasteurización es la operación a la que se someten determinados productos alimenticios para destruir por acción del calor los microorganismos patógenos y la mayoría de los gérmenes restantes, con fines higiénicos o de conservación, preservando al máximo las características físicas, bioquímicas y organolépticas del producto.

El organismo más resistente es el bacilo de la tuberculosis (B. T El organismo más resistente es el bacilo de la tuberculosis (B.T.), que se puede destruir mediante calentamiento de la leche a 63ºC durante 10 minutos. La completa seguridad se puede conseguir mediante calentamiento de la leche a 63ºC durante 30 minutos. El B.T. es considerado como el organismo de referencia en la pasteurización: cualquier tratamiento que destruya el B. T. se supone que destruye a todos los demás patógenos de la leche

Perioxidasa (punteado) La figura muestra las curvas de tratamiento térmico con efectos letales sobre las bacterias Coliformes, bacterias del Tifus y sobre el bacilo de la Tuberculosis. Según estas curvas, las bacterias coli presentes en la leche mueren cuando son calentadas a 70ºC y mantenidas a esta temperatura durante 1 segundo. A la temperatura de 65°C se necesita un tiempo de mantenimiento de 10 segundos para conseguir el mismo efecto. Estas dos combinaciones, 70c/1 s y 65°C/ 10 s tienen, por lo tanto, el mismo efecto letal. 60 65 70 75 80 85 90 temperatura 2.5h 2h 1h 30´ 20´ 10´ 5´ 2´ 1´ 10s 1s MICROCOCOS BT BACTERIA DEL TIFUS BACTERA COLLI (VIOLETA) Fosfatasa (negro) Perioxidasa (punteado)

PROCESOS DE PASTEURIZACION Termización Pasteurización LTLT Pasteurización HTST Ultra pasteurización Tratamiento UHT Esterilización UTH Esterilización en envase

Pasteurización LTLT Al principio el tratamiento de la leche se realizaba de manera discontinua. de forma que la leche se calentaba hasta 63ºC en envases abiertos y se mantenía a esta temperatura durante 30 minutos. Este método se denomina método discontínuo o método de baja temperatura, largo tiempo (LTLT, del inglés low temperature. long time). Actualmente, la leche es casi siempre tratada por calor en proceso continuo mediante la termización. pasteurización HTST o tratamiento UHT.

Pasteurización HTST HTST es la abreviatura del inglés High Temperature Short Time (temperatura alta-tiempo corto). La combinación de tiempo/temperatura, aplicada en cada caso, varia según la calidad de la leche cruda, el tipo de producto tratado y las propiedades del mismo. Leche El procesado HTST de la leche implica su calentamiento hasta 72-75ºC con un tiempo de mantenimiento de 15-20 segundos antes de proceder a su enfriamiento. La enzima fosfatasa es destruida por esta combinacion de tiempo y temperatura. Por ello, la prueba de la fosfatasa se utiliza para comprobar si la leche ha sido correctamente pasteurizada El resultado de la prueba debe ser negativo, ya que no debe existir actividad detectable de la fosfatasa.

Ultra pasteurización La ultra pasteurización se puede utilizar cuando se necesita conseguir una determinada vida útil. Para algunas industrias conseguir dos días extras es suficiente, mientras que otras tratan de conseguir 30-40 días además de los 2-16 dias que tradicionalmente se asocian a los productos pasteurizados. El principio fundamental es reducir las principales causas de reinfección del producto durante el procesado y el envasado con el fin de extender la vida útil del producto. Esto requiere niveles extremadamente altos de higiene de producción y una temperatura de distribución de no más de 7°C. Cuanto mas baja es la temperatura mayor será la vida útil.

Termización . En muchas centrales lecheras de gran tamaño no es posible pasteurizar y procesar toda la leche inmediatamente después de la recepción. Parte de la leche debe, almacenarse en tanques silo durante horas o días. Bajo estas condiciones, incluso '" un enfriamiento intenso no es suficiente para prevenir serios deterioros de la calidad. Muchas industrias entonces precalientan la leche hasta una temperatura inferior a la de pasteurización para inhibir eventualmente el crecimiento bacteriano. Este proceso se denomina termización. La leche se calienta a 63-65ºC durante 15 segundos, una combinación tiempo/temperatura que no inactiva la enzima fosfata. La doble pasteurización está prohibida por la ley, en muchos paises, ya que la termización no debe sustituir las condiciones de pasteurización. La base de la ampliación de la vida útil es el calentamiento de la leche a 125- 138°C durante 2-4 segundos y su enfriamiento a menos de 7ºC. Generalmente, se utiliza el término Vida Util Ampliada (VUA, en inglés ESL = Extended She/f Life) para los productos tratados por calor que han sido mejorados en cuanto al mantenimiento de su calidad por uno u otro método. En cualquier caso, los productos VUA se deben de mantener refrigerados durante la distribución y venta al detalle.

Tratamiento UTH UHT es la abreviatura en inglés de Ultra High Temperature (temperatura ultra elevada). El tratamiento UHT es una técnica aplicada para la conservación de productos alimenticios líquidos, por exposición de los mismos a un breve pero intenso calentamiento, a temperaturas que suelen oscilar entre los 135 y 140ºC. De esta forma se destruyen los microorganismos que podrían estropear los productos alimenticios. El tratamiento UHT es un proceso continuo que se desarrolla en un sistema cerrado, que impide que el producto se contamine por microorganismos presentes en el ambiente. El producto en cuestión pasa a través de etapas de calentamiento y enfriamiento, en rápida sucesión. Una parte integral del proceso es el envasado aséptico, que elimina los riesgos de reinfección del producto. Se utilizan dos métodos alternativos de tratamiento UHT: Calentamiento indirecto y enfriamiento en intercambiadores de calor. Calentamiento directo por medio de inyección de vapor o infusión de leche en vapor y enfriamiento por expansión bajo vacío.

Esterilización La forma original de esterilización, aún utilizada, consiste en la esterilización en el envase, normalmente a 115-120ºC durante unos 20-30 minutos. Tras la normalización del contenido en grasa, la homogeneización y calentamiento a unos 80ºC, la leche se envasa en envases limpios normalmente botellas de vidrio o plástico para leche líquida, y latas para leche evaporada. El producto, aún caliente, se transfiere a los autoclaves discontínuos o a una torre hidrostática con funcionamiento continuo.

Procesos de transferencia de calor en la industria láctea Calentamiento La leche se calienta utilizando un medio de calentamiento como vapor a baja presión (muy raramente utilizado actualmente) o agua caliente. Una cierta cantidad de calor pasa del medio calefactor a la leche, deforma que la temperatura de esta última aumenta y la temperatura del medio calefactor cae. Enfriamiento Inmediatamente después de la llegada a la central, la leche se enfria normalmente hasta una temperatura suficientemente baja, 5ºC o menos, para prevenir durante algún tiempo el crecimiento de microorganismos. También, después de la pasteurización la leche se enfría hasta una temperatura suficientemente baja, alrededor de 4°C. Si se dispone de agua fría natural, se puede utilizar directamente para preenfriar tras la pasteurización y el intercambio de calor regenerativo. En cualquier caso el calor se transfiere de la leche al medio de enfriamiento. La temperatura de la leche se reduce al valor deseado, al mismo tiempo que el medio de enfriamiento se calienta. El medio de enfriamiento puede ser agua fría, agua helada, solución salina o una solución alcohólica (agua glicolada)

Intervambiadores de calor: Datos necesarios para el dimensionado de un ntercambiador de calor El tamaño y la configuración o solución de un intercambiador de calor dependen le muchos factores. Los cálculos pueden ser muy complejos por lo que actualmente normalmente se realizan con la ayuda de un ordenador. Los factores que han de ser considerados son: Velocidad de flujo o caudal del producto Propiedades físicas de los líquidos . Programa de temperaturas Caidas de presión admisibles Diseño del intercambiador de calor Necesidades de limpieza Tiempos de funcionamiento necesarios

La fórmula general utilizada para el cálculo del tamaño (area de transferencia e calor) de un intercambiador de calor es: A = V x  x Cp x  t /(tm x K) A = area de transferencia de calor requerida V = caudal de producto p = densidad del producto Cp = calor específico del producto t = cambio de temperatura del producto V1 x p1 x Cp1 x t1= v2 x p2 x Cp2 x t2 tm = diferencia de temperaturas media logarítmica (DTML) k = coficiente global de transmisión de calor

Ejemplo: 20000 l/h de leche para fabricación de queso (V1,) se ha de calentar desde 4ºC hasta 34ºC por medio de 30000 I/h de agua caliente (V2) a 5ºC. La densidad (p) y el calor específico (Cp.) de la leche será de 1020 kg/m3 y 3.95 kJ/kg.kK y para el agua 990 (a 5ºC) y 4.18. El cambio de temperatura para el agua caliente se calculará entonces como: 20000x1020x3.95x(34 -4) = 30000x990x4.18xt2 t2 = 19.5ºC. La temperatura del agua caliente caerá 19.5ºC, desde 50 hasta' 30.5º

Intercambiadores de placas

Intercambiadores tubulares

Intercambiadores multimonocanal

Intercambiador de cara roscada

PASTEURIZACION La leche debe tratarse térmicamente de tal manera que sean destruidos todos los microorganismos patógenos. Se debe conseguir una combinación mínima tiempo/temperatura de 15 segundos a 72°C.

EQUIPAMIENTO NECESARIO PARA PASTEURIZAR · Tanques silo para almacenamiento de la leche cruda Intercambiador de calor de placas para calentamiento y enfriamiento, dotado de tubo de mantenimiento y de una unidad de agua caliente. · Clarificadora centrífuga. · Tanque de almacenamiento intermedio para almacenamiento temporal de leche procesada. · Tuberías y accesorios de conexión de los componentes principales, y válvulas accionadas neumáticamente para el control y distribución del flujo de producto y de los fluidos de limpieza. · Bombas para el transporte de la leche a través de toda la planta de tratamiento de leche. · Equipo para el control de capacidad, temperatura de pasteurización y posiciones de las válvulas.

Abastecimiento de agua; producción de vapor Distintos sistemas auxiliares: Abastecimiento de agua; producción de vapor -Refrigeración para enfriamiento , -Aire comprimido para abastecer a las unidades accionadas neumáticamente -Potencia eléctrica -Evacuación de aguas residuales

Tanques silo El número y tamaño de tanques silo se determina una vez que se conocen los ritmos de recepción y los volúmenes de cada suministro. Con el fin de operar la . planta de forma continua, sin paradas debidas a la falta de materia prima. Intercambiador de calor de placas El objetivo principal de la pasteurización de la leche es destruir los microorganismos patógenos. Para conseguir esto, la leche normalmente se calienta hasta una temperatura superior a 72ºC durante más de 15 segundos y a continuación se enfría rápidamente

Sistemas de calentamiento con agua El agua caliente o el vapor saturado a presión atmosférica se pueden utilizar como medio de calentamiento en los pasteurizadores Bomba de refuerzo para prevenir la re infección Se debe tener especial cuidado para evitar cualquier riesgo de contaminación del producto ya pasteurizado por producto no pasteurizado o medio de enfriamiento. Si ocurriese cualquier fuga en el pasteurizador, se debe producir desde el producto pasteurizado al no pasteurizado o medio de enfriamiento.

Controlador de caudal El controlador de caudal mantiene el caudal a través del pasteurizador en el valor correcto. Esto garantiza un control estable de la temperatura y un valor constante del tiempo de mantenimiento para conseguir un determinado efecto de pasteurización. Normalmente el controlador de caudal se coloca tras la primera sección regenerativa. Pasteurización El calentamiento final hasta la temperatura de pasteurización con agua caliente, normalmente a una temperatura 2-3°C más alta que la temperatura de pasteurización , tiene lugar en la sección de calentamiento. La leche caliente continua por el tubo de mantenimiento. Transmite una señal continua al controlador de temperatura situado en el panel de control. La misma señal se transmite también hasta un instrumento de registro de la temperatura de pasteurización.

Enfriamiento Tras la sección de calentamiento la leche se retorna a las secciones de regeneración para su enfriamiento. Aquí la leche pasteurizada cede calor a la leche fría entrante. La leche pasteurizada saliente es entonces enfriada con agua fría, agua helada, una solución glicolada o algún otro refrigerante, dependiendo de la tempera- tura requerida. La temperatura de la leche fría se registra normalmente junto con la temperatura de pasteurización y la posición de la válvula de desvío de flujo.