Laptele UHT reprezint de fapt laptele sterilizat, denumirea de UHT revenind de la metoda de sterilizare i anume ULTRA HIGH TEMPERATURE, sterilizare la temperaturi inalte. Prin sterilizare se intelege nczirea laptelui la temperaturi de peste 1000C cu sau fr meninerea laptelui la aceste temperaturi. Scopul sterilizrii este distrugerea integral a microflorei din lapte, att a speciilor vegetative, ct i a celor sporulate. Laptele sterilizat, ambalat n conditii aseptice, are o durat de pstrare de 2-3 luni i este absolut igienic. Valoare nutritiv i biologic a laptelui sterilizat este mai scazut n comparaie cu a celui pasteurizat, ntruct denaturrile unor componeni sunt mai profunde. n industria laptelui se utilizeaz dou tipuri de sterilizare: sterilizarea de lung durat nclzirea laptelui la temperatura de 115-1200C, meninerea timp de 13-15min., i sterilizarea de scurt durat nclzirea laptelui la temperatura de 135-1400C/2-4sec. Ultima metod a captat i denumirea de sterilizare la temperaturi ultranalte. Avantajul acestei metode de sterilizare const in faptul c, sub aciunea temperaturii nalte, viteza de distrugere a micoorganismelor este mult superioar vitezei reaciilor chimice care au loc n lapte i deci se poate micora la minim durata aciunii cldurii asupra laptelui i ca urmare, se evit denaturarea multor componeni ai acestuia. n comparatie cu sterilizarea de lung durat, pierderile de vitamina A i caroten scad de doua ori, iar a vitaminelor C i B12 de 4-5 ori fa de sterilizarea de lung durat. n funcie de modul de realizare, sterilizarea laptelui se realizeaz prin doua mari procedee: sterilizarea laptelui n ambalaje ermetice i sterilizare laptelui n flux continuu. 1. Sterilizarea laptelui n ambalaje ermetice Aceast metod de sterilizare n ambalaj se poate realiza : a) sterilizarea n autoclave (proces discontinuu); b) sterilizarea n instalatii continue: b.1) sterilizatoare verticale cu coloane hidrostatice; b.2) sterilizatoare orizontale; c) metode netradiionale de sterilizare a laptelui (sterilizarea la rece). a) Sterilizarea n autoclave Sterilizarea sticlelor cu lapte nchise ermetic se poate realiza n autoclave(fig.1), care funcioneaz n regim static sau prin rotirea unei cuti n care se afl sticlele cu lapte. Metoda ratativ fa de cea static are o eficient mai bun deoarece transferul de cldur este mai intens i mai uniform. Procesul de sterilizare n autoclave ncepe prin nclzirea laptelui la temperatura de 800C, urmat de ambalarea acestuia n sticle curate i uor nclzite pentru a evita ocul termic. Sticlele sunt apoi nchise ermetic, ntroduse apoi n autoclav i sterilizate cu ajutorul aburului la temperatura de 110-1250C/3-40min. Apoi sticlele sunt rcite cu apa rece i procesul se reia cu o nou sarj. Sterilizarea n autoclave se preteaz mai bine alimentelor solide ambalate n conserve dect produselor lichide, i dei ofer avantajul c nu necesit condiii aseptice dup ambalare (care sunt dificil de meninut) trebuiesc utilizate doar materiale de ambalat termorezistente.

Fig.1 Autoclava b) Sterilizarea n instalatii continuee Aceast metod se preteaza fabricilor care produc mai mult de 10000 de litri de lapte pe zi. b.1) Sterilizatorul vertical cu coloane hidrostatice (prezentat in fig.2)

1. prima etap de nclzire 2. a doua etap de nclzire 3. a treia etap de nclzire 4. zon de sterilizare 5. prima etap de rcire 6. a doua etap de rcire 7. a treia etap de rcire 8. a patra etap de rcire 9. rcire finale 10. roi acionate individual

Fig.2 Sterilizatorul vertical cu coloane hidrostatice Aceast metod se preteaza fabricilor care produc mai mult de 10000 de litri de lapte pe zi.

Este cunoscut i sub denumirea de sterilizatorul cu turnuri i const de fapt dintr-o camer central meninut la temperatura de sterilizare cu ajutorul aburului sub presiune. Apa care circul n turnul de intrare este nclzit iar cea din turnul de ieire este rcit la nite valori a temperaturii care s asigure eficiena transferului de cldur, dar care s evite spargerea sticlelor datorit ocului termic. n turnurile sterilizatorului stcilele cu lapte nchise ermetic sunt dirijate prin zonele de nclzire/sterilizare/rcire cu ajutorul benzilor transportoare, zonele fiind dimensionate n funcie de temperatura de proces i durata de meninere la temperatura de proces. n majoritatea cazurilor laptele este pre-sterilizat ntr-o instalaie asemntoare instalaiei UHT. Laptele este nclzit la temperatura de 1350C timp de cateva secunde i apoi rcit la temperatura de 30-700C ( in funcie de materialul utilizat pentru fabricare ambalajelor, deoarece se pot utiliza ca materiale de ambalare i mase plastice),i transferat ctre secia de ambalare n recipiente curate si prenclzite. Pre-sterilizarea poate avea loc n instalaii de sterilizare n regim direct sau indirect. Motivul pentru care se procedeaz la pre-sterilizare este fie acela de a scdea numrul de spori care vor fi eliminai in etapa de sterilizare final sau de a ajunge la acel nivel de sterilizare ca n etapele premergtoare sterilizarii n instalaiile UHT. Astfel sterilizarea final ar elimina doar micoorganismele care au ajuns n produs datorit ambalrii n conditii nonaseptice. Ambele etape de sterilizare sunt aplicate n vederea reducerii schimbrilor organoleptice i denaturrilor componenilor importani din lapte cu obtinerea unei calitti a laptelui sterilizat apropiat de cea obtinut prin tratment UHT urmat de ambalare aseptic. Durata procesului de sterilizare este de aproiximativ o or, din care 3-30 minute sunt necesare doar procesului de sterilizare propriu-zis la temperatura de 115-1100C. Aceste tip de instalaie poate produce pn la 2000x0,5l sau 16000x1l de unitai pe or. Se pot utiliza att recipiente din sticla ct i din mase plastice. b.2) Sterilizatorul orizontal (prezentat in fig.3)

Fig.3 Sterilizatorul orizontal 1. ncrcarea automat a sticlelor pe banda transportoare; 2. roi care acioneaz banda; 3. .zon de sterilizare; 4. ventilator; 5. zon de prercire; 6. rcire final la presiune atmosferic; 7. descrcarea sticlelor de pe banda

Sticlele cu lapte sunt trecute prin zona de sterilizare meninut la temperatura de 132-140 0C cu ajutorul aburului sub presiune. Cilclul de producie dureaz 30-35minute, durata de meninere la temperatura de sterilizare fiind de 10-12 minute, iar instalaia poate procesa pn la 12000 de unitai pe or 2. Sterilizarea laptelui n flux continuu Se poate realiza prin: a) nclzire direct, prin contact - injectie de abur n lapte; - pulverizare de lapte n abur; b) nclzire indirect - schimbtoare de cldur cu plci; - schimbtoare de cldur tubulare; c) nclzire combinat. Procesul UHT distruge microorganismele din lapte, att formele vegetative ct i cele sporulate i poate fi aplicat att timp ct produsul rmne sub condiii aseptice, fiind astfel necesar s se prentampine recontaminarea prin ambalarea laptelui dup sterilizare n ambalaje sterile i n condiii aseptice. i etapele de depozitare dup sterilizare pn la ambalare trebuie meninute n condiii aseptice, din acest motiv tratamentul UHT mai este cunoscut i sub denumirea de procesare aseptic. Acest procedeu a devenit cunoscut in anul 1960, cnd a intrat n funciune prima instalaie de procesare aseptic i ambalare n condiii aseptice. Prima instalatie UHT a funcionat pe principiul injectiei directe de abur n lapte, iar n comparatie cu sterilizarea n ambalaj tratamentul UHT era mai rapid, mai eficient din punct de vedere economic i necesita i un spaiu mai redus. Instalaiile UHT sunt complet automate iar procesul decurge in 4 mari etape: presterilizarea instalaiei, producie, AIC(aseptic intermediate cleaning) i CIP. a) Procedeul direct de sterilizare UHT n cazul acestui procedeu laptele este nclzit prin contact direct cu aburul care trebuie s aib o calitate corespunztoare folosirii n industria alimentar. Avantajul principal al acestui procedeu este c produsul este meninut la temperatura nlta un timp foarte scurt, tratamentul fiind astfel mai protectiv. Exista doua metode de nclzire direct: metoda direct de sterilizare prin injectie; metoda direct de sterilizare prin infuzie(pulverizare). Procedeul prin injectie: prevede ca aburul sub preiune nlta sa fie injectat n laptele prenclzit la nivelul unui ajutaj de injecie(fig.4, cu albastru este figurat laptele,iar cu rou aburul), aceasta conducnd la creterea instantanee a temperaturii laptelui. Dup meninere la temperatura de sterilizare, laptele este rcit foarte rapid prin detent, ntr-o camer vidat, astfel eliminndu-se cantitatea de ap provenit prin condensarea aburului, iniial injectat. Metoda este o mare consumatoare de energie.

Fig.4 Ajutaj de injecie Procedeul prin infuzie: n acest procedeu laptele este pulverizat ntr-o incint plin cu abur la presiune nlt(fig.5, cu albastru fiind figurat laptele, iar cu rou aburul). Produsul fiind pulverizat n particule mici, egale ca dimensiune, temperatura acestora crete instantaneu. Timpul de traversare al incintei corespunde duratei de meninere. Apoi produsul cade pe o suprafa rcit fiind trecut n continuare printr-o camer vidat, la fel ca la procedeul prin injecie.

Fig.5 Incint de infuzie Printre avantajele acestor metode se enumar - nclzire instantanee i rcire rapid; - lipsa depunerilor greu de indeprtat de pe pereii instalaiilor; - metodele pot fi aplicate produselor cu diverse vscoziti.

b) Procedeul indirect de sterilizare Procedeul se numete indirect deoarece schimbul de cldur nu se realizeaz direct de la agentul termic la produs ci prin intermediul unei suprafee de transfer de cldur ce le separ. Principalul avantaj al acestei metode este recuperarea cldurii in proporie de 90%. n general, instalaiile de sterilizare n flux prin metoda indirect prezente astzi pe pia se aseaman principial intre ele, diferena constnd n tipul de schimbtor folosit( schimbtoare de cldur cu plci, fig.6, schimbtoare de cldur tubulare, fig.7).

Fig. 6 Schimbtor de cldur cu plci

Fig. 7 Schimbtor de cldur tubular

Instalatii corespunzatoare sterilizarii in regim UHT1. Instalaie UHT in regim direct bazat pe injecie de abur i schimbtor de cldur cu plci

Fig.8 Instalaie UHT n regim direct bazat pe injecie de abur i schimbtoare de cldur cu plci 1. tanc de echilibare; 2. pomp de alimentare; 3. schimbtor de cldur cu plci; 4. ajutaj de injecie; 5. serpentin de meninere 6. incint vidat; 7. pomp pentru evacuarea condensatului; 8. pomp centrifugal; 9. omogenizator aseptic;10. tanc intermediar de depozitare aseptic; 11. masin de ambalat n condiii aseptice; 12. CIP

Funcionarea instalaiei UHT in regim direct bazat pe injecie de abur i schimbtor de cldur cu plci(fig.8) Laptele este alimentat cu ajutorul pompei 2 i prenclzit n schimbtorul de cldur 3 cu ajutorul apei fierbini. Dup ce este nclzit la aproximativ 800C, laptele este trimis n ajutajul de injecie 4. Aburul injectat n lapte ridic temperatura acestuia la aproximativ 140-1500C (presiunea prevenind fierberea). Produsul este apoi meninut la temperatura de proces n serpentina 5 pentru cateva secunde dup care este rcit rapid. Rcirea rapid are loc n condensatorul 6 n care este mentinut vid parial prin intermediul pompei 7. Vidul este astfel controlat ncat cantitatea de condensat eliminat sa fie egal cu cantitatea de abur injectat anterior. Laptele este preluat ncontinuare de pompa centrifugal 8 i condus ctre omogenizatorul n dou trepte 9. Dup omogenizare laptele este rcit la temperatura de 20 0C n schimbtorul de cldur cu plci 3 i trimis spre depozitare n conditii aseptice n tancul 11. Dac temperatura produsului scade n timpul procesului, produsul este deviat spre un tanc, iar locul laptelui este luat de ap pn la rezolvarea problemei. Astfel de instalaii pot avea capaciti de la 2000-30000l/h. Funcionarea instalaiei UHT n regim direct bazat pe injecie de abur i schimbtoare de cldur tubulare(fig.9) Pompa de alimentare2 preia laptele din tancul de echilibrare1, i alimenteaz schimbtorul 3 n care are loc prenclzirea laptelui pn la temperatura de 800C cu ajutorul apei fierbini. Apoi laptele este trimis n ajutajul de injecie 4, unde aburul sub presiune este injectat direct n lapte ridicnd instantaneu temperatura acestuia la valoarea de 140-1500C. Produsul este apoi meninut la temperatura de proces n serpentina 5 pentru cateva secunde dup care este rcit rapid. Rcirea rapid se realizeaza n condesatorul 6 in care este meninut vid parial prin intermediul pompei 7, temperatura laptelui scznd brusc la 800C. Vidul este astfel controlat nct cantitata de condensat eliminat sa fie egal cu cantitatea de abur injectat anterior. Din acest punct prin intermediul pompei centrifugale 8 laptele este condus spre omogenizare n 9. Laptele este rcit apoi n schimbtorul 10 la temperatura de ambalare aproximativ 20-250C i trimis tancul 11 spre depozitare pn la ambalare. Dac temperatura produsului scade n timpul procesului, produsul este deviat spre un tanc, iar locul laptelui este luat de ap pn la rezolvarea problemei.

2. Instalaie UHT n regim direct bazat pe injecie de abur i schimbtoare de cldur tubulare

Fig.9 Instalaie UHT in regim direct bazat pe injecie de abur i schimbtoare de cldur tubulare 1. tanc de echilibrare; 2. pomp de alimentare; 3. schimbtor de cldur tubular, prenclzitor; 4. ajutaj de injecie; 5. serpentin de meninere; 6 .incint vidat; 7. pomp pentru evacuarea condensatului; 8. pomp centrifugal; 9. omogenizator aseptic; 10. schimbtor de cldur tubular, rcitor; 11. tanc de depozitare intermediar aseptic; 12. masin de ambalat aseptic; 13. schimbtor de cldur tubular, rcitor;14. CIP

3. Instalaie UHT n regim indirect bazat pe schimbtor de cldur cu plci

Fig.10 Instalaie UHT n regim indirect bazat pe schimbtor de cldur cu plci 1. tanc de echilibrare; 2 .pomp de alimentare; 3. schimbtor de cldura cu plci; 4. omogenizator nonaseptic; 5. serpentin de mentinere; 6. tanc intermediar de depozitare aseptic; 7. masin de ambalat aseptic; 8. CIP

Aceste tip de instalatie poate fi astfel dimensionata incat poate procesa pana la 30000l/h. Functionarea instalaiei UHT n regim indirect bazat pe schimbtor de cldur cu plci(fig.10) Laptele cu temperatura de aproximativ 40C este preluat din tancul de schilibrare 1 cu ajutorul pompei 2 i trimis ctre zona de prenclzire a schimbtorului de cldur 3. n aceasta zon a schimbtorului laptele este prenclzit n contracurent cu laptele deja procesat, care n acelai timp se i rcete, temperatura laptelui prenclzit la ieire ajungnd la valoare de 75 0C. Laptele prenclzit este apoi omogenizat n 4. Dei n schem este trecut un singur omogenizator se pot utiliza i doua omogenizatoare, unul nainte de tratamentul UHT propiuzis iar altul dup, pentru a imbunatati stabilitatea produsului n timpul depozitrii de lung durat n special n cazul produselor cu un coninut ridicat n grasime, proteine sau substan uscat. Laptele prenclzit i omogenizat este trimis ncontinuare spre zona de tratament UHT propriu-zis a schimbtorului 3, unde temperatura produsului ajunge la valoare de 1370C. nclzirea are loc n contracurent cu ap fierbinte. Dup nclzire laptele intr n serpentina de meninere 5 dimensionat astfel nct durata de meninere s nu depseasc 4 secunde. Apoi laptele este rcit n zonele de recuperare de cldur a schimbtorului 3, ntr-o prim faz rcirea se realizeaz cu ap refulat din zona de tratament UHT, iar in a doua faz de rcire laptele este rcit n contracurent cu lapte rece. Daca temperatura produsului scade n timpul procesului, produsul este deviat spre un tanc, iar locul laptelui este luat de ap pn la rezolvarea problemei. Functionarea instalaiei UHT n regim indirect bazat pe schimbtoare tubulare(fig.11) de cldur

Este asemntoare cu cea a schimbtorului cu plci, numai c n aceast situaie funciile zonelor schimbtorului cu plci sunt preluate de schimbtoarele individuale 3,4,5,6,7. Sterilizarea laptelui prin frecare mecanic: const n incalzirea laptelui la temperatura de sterilizare, fr aport exterior de cldur. Aceast nclzire se obine prin trecerea laptelui ntrun strat foarte subire printre dou suprafee mobile care au o micare foarte rapid una fa de alta sau intre o suprafa mobila i una stabila. Energia mecanic folosit la transmiterea micrii rapide a suprafeelor mobile se transform in energie caloric, care este preluat de lapte i asigur o cretere rapid a temperaturii acestuia. Aceast metod de sterilizare a laptelui necesit i ambalare aseptic.

4.

Instalaie UHT n regim indirect bazat pe schimbtoare de cldur tubulare

Fig.11 Instalaie UHT n regim indirect bazat pe schimbtoare de cldur tubulare 1. tanc de echilibrare; 2. pomp de alimentare; 3. schimbtor de cldur tubular, nclzire prin recuperarea cldurii; 4. omogenizator nonaseptic; 5. schimbtor de cldur tubular, nclzire; 6. schimbtor de cldura tubular, nclzire finala; 7. schimbtor de cldur tubular, rcire; 8. tanc intermediar de depozitare aseptic; 9. masin de ambalat aseptic; 10. CIP

5.

Instalaie UHT in regim direct combinat bazat pe infuzie de abur i schimbtoare de cldur tubulare

Fig.12 Instalaie UHT in regim direct combinat bazat pe infuzie de abur i schimbtoare de cldur tubulare 1. schimbtor de cldur tubular, prenclzitor; 2. schimbtor de cldur tubular, nclzire final; 3. camer de infuzie; 4. serpentin de meninere 5. camer de detent; 6. omogenizator nonaseptic ; 7. schimbtoare de cldur tubulare,rcitoare

innd seama de dezavantajele sistemelor directe ct i indirecte, n ultima perioada s-a elaborat un sistem care este capabil s indeplineasc urmatoarele cerine: modificri minime ale componentelor produsului; recuperare maxim de energie; efect sterilizant sporit; durate de producie optime i eficien general crescut a instalaiei; curaare minim a instalaiilor i pierderi minime Funcionarea instalaie UHT in regim direct combinat bazat pe infuzie de abur i schimbtoare de cldur tubulare(fig.12) Instalaie este inovatoare i unic deoarece camera de expansiune este situat naintea camerei de infuzie. Laptele este preluat din tancurile de alimentare i nclzit ntr-o prim faz la temperatura de 95 0C minim 30secunde n prenclzitoarele tubulare1, pentru stabilizarea proteinelor. Urmeaz rcirea n vid a laptelui la 70-750C n camera de detent 5. Astfel, tot aerul, precum i o anumit cantitate de ap(mai trziu adaugat ca abur) sunt indeprtate eficient. Produsul este omogenizat n 6 i prenclzit mai departe pn la temperatura de 120-1300C. Sterilizarea are loc n camera de infuzie 3 unde temperatura laptelui ajunge la 1500C, apoi produsul este rcit la temperatura de umplere cu ajutorul rcitoarelor tubulare7. Profilul standard al temperaturilor este: 5-95-75-130-150-250C. Printre avantajele sistemului se menioneaz: dezaerarea eficient naintea omogenizrii i a inclzirii finale ce imbuntete efectul omogenizrii, reducnd depunerile n schimbtoarele de cldur i, deci mbuntind durata de producie; tehnologia prin infuzie folosit elimin depunerile de produs n zona de nclzire maxima deoarece nu exist suprafee de contact in timpul nclzirii(cdere libera); utilizarea vidului pentru o reducere a temperaturii de numai 20-250C produce o dezaerare eficienta reducnd in acelai timp pierderile de arom; datorit faptului c procesele de nclzire i rcire sunt instantanee i independente ca debit sistemul este proiectat pentru fluxuri variabile de produs, fa de sisteme indirecte UHT.