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PASTEURIZACION
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Pasteurización
• Objetivos
– Estabilizar la cerveza biológicamente por medio de
temperatura y tiempo
– Optimizar los parámetros de temperatura y tiempo
para evitar deterioro en la calidad de la cerveza
– La tecnología y equipo a ser usado debe tomar en
cuenta:
• Calidad del producto final
• Acoplamiento a la línea de envase
• Costo adicional del proceso
• Retorno a la inversión del equipo
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Pasteurización
• Teoría
– Un poco de historia….por miles de años la cerveza fue una industria local. El producto solo podía ser vendido a distancias cortas de la cervecería por causa de la estabilidad biológica
– En 1870 Louis Pasteur descubre que al calentar la cerveza a cierta temperatura, los microorganismos presentes mueren y la cerveza puede durar mayor tiempo sin dañarse
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Pasteurización
• Teoría
– El crecimiento y consolidación de la industria
determina el desenvolvimiento de tecnologías
para estabilizar la cerveza y poder enviar el
producto a zonas más alejadas
– El mercado de cerveza en botella crece por el
invento de la tapa corona: 1892
– Adolphus Busch usa la primera
Pasteurizadora en 1899
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Pasteurización
• Teoría
– Estabilidad biológica
• Cerveza como medio de cultivo, pH, CO2,
• Solo ciertos microorganismos crecen en cerveza
• Levaduras; del cultivo puro o salvajes
• Bacterias anaeróbicas
• Microorganismos alteran el sabor y causan
turbidez : lactobacilus, pediococus
• Métodos: pasteurización del liquido en el envase,
pasteurización del liquido solo (flash), filtración
absoluta y adición de productos químicos
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Pasteurización
• Teoría
– Cada microorganismo tiene una temperatura
especifica de mortalidad
– El tiempo y temperatura de pasteurización
varia de acuerdo al producto
– Tiempo y temperatura=energía cinética
produce reacciones que cambian el sabor y
color y producen sedimentaciones en el
liquido
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Pasteurización
PRODUCTO TEMPERATURA TIEMPO
Cerveza 60 grados C 1-2 minutos
Jugo manzana 60 grados C 30 minutos
Leche 62 grados C 30 minutos
Cangrejo 63 grados C 30 minutos
Helado de crema 71 grados C 30 minutos
Crema de leche 71 grados C 30 minutos
Jugo de uva 77 grados C 30 minutos
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Pasteurización
• Teoría– El principal objetivo de la pasteurización de cerveza
es matar los microorganismos
– Levadura que no fue removida durante la filtración puede continuar la fermentación en la botella y cambiar la atenuación , sabor y causar turbidez
– Infecciones de lacto bacilos y pedio cocos durante el proceso cambian el pH e incrementan el acido láctico y diacetilo
– Durante el envasado microorganismos pueden ser introducidos por medio del CO2, aire o en los envases y tapa coronas (las botellas lavadas no son estériles)
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Pasteurización
• Microorganismos considerados indeseables en
la cerveza
– Lactobacillus
• Produce acido láctico, sabor a leche agria, bajo pH
• Forma de bastoncitos
• Presente en todo el medio ambiente
– Pediococcus
• Produce diacetilo, sabor a mantequilla rancia
• Pequeños cocos en conjuntos de cuatro
• Presente en majada de caballos, medio ambiente
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Pasteurización
– Acetobacter
• Produce acido acético, sabor a vinagre
• Mas común en el vino
• Presente en el medio ambiente
– Enterobacter
• Produce Dimetil sulfuro, sabor a maíz cocinado
• Presente en el medio ambiente
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Pasteurización
• Relación de tiempo y temperatura
– La mortalidad de los microorganismos es
directamente proporcional a la temperatura y
tiempo. A mayor T y mayor t mayor
mortalidad
– El sabor de la cerveza es indirectamente
proporcional a la temperatura y tiempo. A
mayor T y mayor t menor es la calidad y
sabor
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Pasteurización
Relación de tiempo y temperatura con la
Cantidad de microorganismos sobrevivientes
52° C
55° C
57° C
60° C
Tiempo (Minutos)
Ba
cte
ria
re
ma
ne
nte
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Pasteurización
• En el gráfico anterior observamos que a mayor tiempo
menor número de bacterias sobreviven
• También vemos que a mayor temperatura más rápido
se reducen los microorganismos
• En la pasteurización de cerveza la temperatura
estándar es 140°F o 60°C. En un minuto a esta
temperatura el número de microorganismos se reduce
en 90%
• Un minuto a 60°C se conoce como 1 UP (unidad de
pasteurización) o PU
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Pasteurización
• Unidades de Pasteurización
– A mayor número de UP’s menor número de
microorganismos
– Diferentes tipos de cerveza requieren
diferentes UP’s
– El rango usado en cervezas es de 9 a 30 UP
– Hay que anotar que el número de
microorganismos remanente depende de:
• El número con el que comenzamos
• Cuantas UP’s se aplicaron a la cerveza
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Pasteurización
• Unidades de Pasteurización
– Una UP (Unidad de Pasteurización) puede se
expresada matemáticamente de la siguiente
forma:
UP x t =
– Veamos el número de UP’s a tres temperaturas
• 1 min. @ 60°C = 1 UP
• 1 min. @ 65°C = 6.3 UP
• 1 min. @ 54°C = 0.15 UP
1
Log -1 (60-T)Z
t= minutos
T= Temperatura en °C
Z= 12.5 gradiente de la curva letal
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Pasteurización
• Cerveza sin alcohol
– Alcohol ayuda a inhibir microorganismos
– Cerveza sin alcohol requiere un mayor
número de UP’s
– Bebidas con alto contenido de azucares y
saborizantes son más susceptibles a
microorganismos y requiere mayor número de
UP’s y en algunos casos adición de
conservantes como benzoato de sodio
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Pasteurización
“Punto frío”
Al calentar, las
corrientes térmicas
empujan el liquido mas
frío hacia abajo/centro
Temperatura
uniforme fría
La medición de la temperatura de pasteurización debe se en el “punto frío”
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EQUIPO
• Pasteurizadores de Túnel
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Pasteurizadora de Túnel
• Usada para matar los microorganismos en el
producto envasado en botellas o latas
• Es un proceso continuo en base de tiempo y
temperatura
• El envase es gradualmente calentado hasta
llegar a la temperatura especifica letal, es
mantenida por algunos minutos y luego enfriada
para terminar con una temperatura en la cual la
cerveza no sufra deterioro
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Pasteurización
• Pasteurización con intercambiador o “Flash”
•Usada para pasteurizar el liquido antes
de ser envasado
•La cerveza pasa a través de un inter-
cambiador de calor
•Temperaturas elevadas de hasta 80°C
•Tiempo de exposición 10 a 20 segundos
•Efectivo solo para el liquido
•No elimina contaminación del envase
•Necesita poco espacio y es menos cos-
toso que un túnel
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Pasteurización
• Pasteurización con intercambiador o “Flash”
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Pasteurizadora/ Diseño
• Equipo es normalmente de acero inoxidable y puede ser de un piso o doble piso
• Las botellas son acumuladas sobre el medio de transporte y calentadas gradualmente por medio de duchas de agua caliente en las zonas de pre-calentado hasta llegar a la temperatura deseada
• Luego entran en la zona de pasteurización donde la temperatura es mantenida de acuerdo a las UP’s requeridas
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Pasteurizadora/ Diseño
Típico túnel de pasteurización
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Pasteurizadora/ Diseño
PASTEURIZACION ENFRIAMIENTOPRE CALENTAMIENTO
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Pasteurizadora/ Diseño
• Principio de Transferencia de Calor
– Para elevar la temperatura de 1 Kg. de
cerveza 1 grado Centígrado se requiere 1
Kcal. (cantidad de energía calorífica)
• El número de Kcal. necesarias es determinado por
la masa de la cerveza y la diferencia de
temperatura entre la salida y la entrada
Q = m c (t2 – t1)
.
.
Q = Cantidad de calor
m = Masa en Kg.
c = calor especifico
t = temperatura en °C
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Pasteurizadora/ Diseño
– El vidrio de la botella debe conducir la cantidad de
calor a la cerveza para obtener la temperatura
deseada
• H = K A (t2 -t1)
L
– El total de Kcal. necesarias en la pasteurizadora será
la suma de Q y H más todas las perdidas de calor en
el proceso
H=Cantidad de calor
K=Coeficiente de conductibilidad
A=Superficie de la botella
t=Temperatura
L=Espesor de la pared del envase
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Pasteurizadora/ Diseño
• Transferencia de Calor
– La energía calorífica para calentar el agua de
las diferentes zonas proviene de vapor
– Vapor puede se usado con intercambiadores
o directamente en los tanques de agua
– Pre calentamiento y enfriamiento es por
medio de regeneración. El agua que enfría
las botellas calientes es usada para pre
calentar las botellas frías. El agua usada para
pre calentar las botellas frías es usada para
enfriar las botellas calientes
©2010 Altamira LLC Diagrama de Regeneración
t=1° C
Botellas
t= 21°a 32°C
Botellas
Las Kcal./HL se incrementan si la
temperatura de salida sube
Alta
Temperatura
Pre
CalentamientoEnfriamiento
Energia para enfriamientoEnergia para pre calentamientoVapor
Pasteurizadora/ Diseño
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Pasteurizadora/ Diseño
• Sistema de Duchas
– Múltiples zonas de regeneración
– Zonas de calentamiento independientes
– Intercambio de calor de la cerveza fría que entra y la
caliente que sale
– Agua se calienta al enfriar la cerveza caliente y es
usada para pre calentar en la primera zona
– Las zonas de calentamiento y pasteurización son
independientes
– Cada zona tiene un tanque y bomba independiente. En
nuevos modelos hay un solo tanque con mezcladores
de agua para cada zona
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Pasteurizadora/ Diseño
• Sistema de Duchas
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Pasteurizadora/ Diseño
• Sistema de Vapor
– Diseños antiguos tienen intercambiadores y zonas
separadas
– Algunas máquinas tienen inyección de vapor directo
– Las nuevas máquinas utilizan un tanque único de agua
con mezcladores
– El control de vapor es típicamente con un sistema de
algoritmo PID (Proporcional, Integral Derivativo)
– Trampas de vapor para remover el condensado
– Tanque de condensación con bomba en modelos
nuevos
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Pasteurizadora/ Diseño
Agua caliente del intercambiador
o del tanque de agua caliente
Temperatura 80°C
PID
control
Transmisor de
temperatura
Temperatura de control
60°C
Zona de calentamiento•Control de vapor o agua
caliente con válvulas y PID
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Agua fríaAgua
caliente
80°Válvula de
calentamiento
Transmisor de
temperatura
PID
PID
Temp. calentamiento
Temp. enfriamiento Válvula
enfriamiento
2-4 °C
Pasteurizadora/ Diseño
Zona de Regeneración• Control de temperatura
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• Instrumentación
– Transmisores de Temperatura
– Sensores de Presión
– Sensores de Nivel
– Válvulas de Control
– I/P o posicionadores
Pasteurizadora/ Diseño
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Pasteurizadora/ Diseño
• Acumulación de UP’s
– Las UP’s comienzan a acumularse efectivamente a
los 57°C
– Durante una parada de 20 min. solo en la zona de
pasteurización se acumulan 20 UP’s
– Máquinas están diseñadas para mantener un balance
de energía durante operación continua
– En esta condición la máquina debe consumir muy
poca agua y energía
• Consumo excesivo de agua o energía demuestran
problemas mecánicos o de control en la máquina
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Pasteurizadora/ Diseño
• Sistemas de Control de UP’s
– El objetivo es obtener las unidades deseadas en el
“punto frío” de la botella y minimizar el aumento de
UP’s durante paradas que afectan el sabor de la
cerveza
– El método mas simple, durante paradas, es parar las
duchas de las zonas calientes y abrir las tapas
superiores
– Adicionalmente se puede introducir agua fresca
– Los sistemas son complejos y requieren de
instrumentación y programación adecuada
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Pasteurizadora/ Diseño
• Transporte y movimiento de los envases
– Movimiento excéntrico con platinas
– Malla de acero inoxidable
– Malla de plástico
– Guías laterales
– Guías de retorno deben
soportar la malla adecuadamente
– Velocidad del transporte es importante
para obtener las UP’s deseadas
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Pasteurizadora/ Diseño
Rexnord “Fortrex”
Cadena inoxidable con
rodillos plásticos
Stainless Steel “eyelink” Belts
Cadena de acero inox. Sin partes
plásticas
Regina “3120” Malla de
plástico
Totalmente plástica
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VFD
PLC PID
Encoders
Velocidad de la malla
0.3-0.6 m/min.
VFD
PLC PID
Motores
principales
Motores
principales
Pasteurizadora/ Diseño
Control de Velocidad
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Codificador de velocidad
Pasteurizadora/ Diseño
Control de Velocidad
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Pasteurizadora/Operación
• Máquina– Suficiente cobertura de las duchas en todas la zonas
– Amplia separación de duchas entre zona y zona
– Alineación de los ejes y la catenaria de la malla
– Preciso control de la velocidad del transporte
– Robusta fabricación de guías laterales y soportes de retorno de la malla
– Transición entre malla y cadenas de entrada y salida sin tropiezos
– Calibración adecuada de válvulas e instrumentos
– Pérdida minima de agua y vapor
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• Métodos
– Programa de tratamiento de agua
– Programa de limpieza
– Programa de mantenimiento preventivo• Lubricación
• Revisión de la malla, soportes y catenaria
• Moto-reductores y desgaste de piezas en movimiento
• Calibración de instrumentos
• Documentación y revisión de parámetros de base
Pasteurizadora/Operación
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• Métodos
– Manual de Procedimientos de Operación
• Programa de limpieza de la pasteurizadora
• Frecuencia de la limpieza de los filtros de tanques
• Procedimientos para cambio de marca/envase
• Procedimientos para verificar UP’s y temperatura
• Revisión de duchas
• Chequeo de los filtros y limpieza de los tanques
• Frecuencia del chequeo de temperatura y presión
• Verificación y chequeo de velocidad
• Protocolo para notificación a administración
Pasteurizadora/Operación
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• Tratamiento de agua de la pasteurizadora
– Biocida para control de olor y biomasa
• Productos: hipoclorito o bromuro de sodio
• Uso: en los tanques de la pasteurizadora
– Inhibidor de corrosión, incrustación y
manchas
• Productos: poli fosfatos con niveles de 5ppm
Soda cáustica para mantener pH entre 8 a 9
Molibdenitos y silicatos dependiendo de las
restricciones del efluente
– Sistemas automáticos de dosificación
Pasteurizadora/Operación
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Sin tratamiento
de agua!
Pasteurizadora/Operación
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• Miembros del Equipo
– Operadores y lideres entrenados en la teoría,
funcionamiento y mantenimiento de la
máquina
– Técnicos entrenados en la teoría y ejecución
de mantenimiento preventivo
– Operadores y técnicos entrenados en
solución de problemas
Pasteurizadora/Operación
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• Materiales
– Problemas de rotura de vidrio
– Dosificación de aditivos en el agua
– Calidad del agua
Pasteurizadora/Operación
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Pasteurización
Item Tunnel Flash
Beer flavor No perceptible difference No perceptible difference
Foot print Slightly larger than flash
pasteurizer alone
Similar when considering filling room
and bottle warmer requirement
Operation Less complicated More complicated – significant aseptic
preparation time required
Aseptic filling Not required Aseptic filling room and operation
required
Micro risk No micro risk Greater micro risk
Process loss Minimal Greater due to filler stoppages
Energy use More than flash pasteurizer
alone
Total use is similar or greater when
consider filler room and warmer
Cost More than flash pasteurizer
alone
Total cost is greater when consider
filler room and warmer