LECHE UHT

INTRODUCCIÓN El proceso térmico más conocido al que se somete la leche se denomina pasteurización, en honor a Louis Pasteur (1822-1895), quien a mediados del siglo XIX probó que calentar ciertos alimentos y bebidas como la leche disminuía de manera sensible el número de microorganismos presentes. Hacia fines de siglo XIX, los alemanes probaron que éste procedimiento resultaba eficaz para la destrucción de las bacterias presentes en la leche cruda. De este modo, dieron origen no sólo a un importante método de conservación, sino también a una medida higiénica fundamental para cuidar la salud de los consumidores y conservar la calidad de los alimentos. Los avances tecnológic
DEFINICIONES Y PRINCIPIOS DEL TRATAMIENTO UHT Tratamiento UHT El tratamiento de ultra-alta temperatura consiste en llevar el producto liquido a una elevada temperatura entre 135 y 150°C, durante unos pocos segundos, alrededor de unos 15 segundos para garantizar la destrucción total de la flora microbiana patogena. 2 Leche ultra-alta-temperatura UAT (UHT) leche larga vida: Es el producto obtenido mediante proceso térmico en flujo continuo, aplicado a la leche cruda o termizada a una temperatura entre 135°C a 150°C y tiempos entre 2 y 4 segundos, de tal forma que se compruebe la destrucción eficaz de las esporas bacterianas resistentes al calor, seguido inmediatamente de enfriamiento a temperatura ambiente y envasado aséptico en recipientes estériles con barreras a la luz y al oxígeno, cerrados herméticamente para su posterior almacenamiento, con el fin de que se asegure la esterilidad comercial sin alterar de manera esencial ni su valor nutritivo ni sus características fisicoquímicas y organolépticas, la cual puede ser comercializada a temperatura ambiente. 3

El proceso UHT. El tratamiento UHT es una técnica de conservación de los productos alimenticios líquidos que consiste en someterlos a una exposición calorífica breve pero intensa. Este tratamiento destruye los microorganismos existentes en el producto. Una vez sometidos a este tratamiento el producto debe permanecer en condiciones asépticas, ya que es necesario prevenir la reinfección. Por ello se envasa el producto en un envase previamente esterilizado, que una vez lleno y cerrado garantiza unas condiciones asépticas de conservación. Cualquier  almacenamiento intermedio entre el tratamiento y envasado debe tener lugar bajo condiciones asépticas. Esta es la razón por la cual el proceso UHT se denomina procesado aséptico. Durante el proceso UHT se considera que la mayoría de los componentes sensibles al calor se mantienen y se ha observado que algunos varían respecto a la composición del producto inicial tratado, según lo reportado por Porter Y Thompson, informe FIL 1972. En la Tabla 1. Se muestra el porcentaje de destrucción de vitaminas para distintos procesos de conservación de la leche Pasterización Esterilización Esterilización en botellas Esterilización Esterilización UHT HTST Baja 115°/30min 110/15min Tiamina (B1) <10 10 10 35 20 Vitamina C 10 10 20 50 40  Acido fólico 0 15 0 50 40 Vitamina B12 0 <10 10 90 60

El las modernas plantas UHT, la leche se bombea a través de un sistema cerrado. En el camino se procede de forma sucesiva a su precalentamiento, esterilización a alta temperatura, homogenización, enfriamiento y envasado aséptico. Los productos líquidos de baja acides (pH por encima de 4.5; en la leche se tiene un pH de 6.5) se tratan normalmente a 135-150°C durante unos pocos segundos, bien por  calentamiento indirecto o por inyección directa de vapor o infusión. Los productos ácidos (pH inferiores a 4.5) como los zumos se calientan hasta 90-95°C durante 15-30 segundos. Todos los componentes del sistema a la salida de la sección de esterilización deben ser de diseño aséptico para evitar el riesgo de reinfección. En comparación con el sistema tradicional de esterilización en torres hidrostáticas, el tratamiento UHT de la leche ahorra tiempo, mano de obra, energía y espacio. El proceso UHT se caracteriza por su rapidez y por afectar de forma menos apreciable el sabor de la leche. Sin embargo, los clientes habituales de la leche esterilizada en autoclaves están acostumbrados a su típico sabor a “cocido” o caramelo y pueden encontrar a los productos UHT como faltos de sabor. 2

Principales problemas microbiológicos de las leches UHT Principalmente son dos problemas: Esporas en leche cruda: para asegurar su ausencia cuando se trata de tratamientos indirectos deberíamos emplear temperaturas más elevadas o tiempos más amplios, por lo que la leche puede quedar tostada o bien se puede recurrir a un tratamiento directo pero aumentan muchos los costes (el consumo energético de los tratamientos directos es muy elevado). Recontaminación: este riesgo existe cuando el envasado aséptico y el cierre hermético de los envases no son correctos. Todo ello lo podemos evitar empleando materias primas con una menor contaminación de origen, teniendo precaución con la recirculación de la leche en los equipos y evitando un mal cierre de los envases. 6 

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EFECTOS DE LA CONSERVACIÓN POR UHT El tratamiento puede originar daño tecnológico de diferentes magnitudes sobre el valor biológico (proteínas y vitaminas) y sobre las características organolépticas del producto final (color, olor y sabor). En el proceso UHT Las micelas de caseína y los glóbulos de grasa sufren modificaciones en su frágil integridad, ya que su estabilidad es determinada por las fuerzas físicas de interacción moleculares que son afectadas por el calor intenso. 5 También se pueden apreciar las siguientes modificaciones: En cuanto a las proteínas debemos hacer la siguiente distinción:  La caseína apenas se modifica.  Las proteínas séricas se modifican parcialmente. Reacciones de Maillard: La formación de complejos lisina - lactosa son poco intensos. Formación de hidroximetilfurfural (HMF), la cual continúa durante el almacenamiento. Los minerales sufren pocas modificaciones, sólo en la distribución entre fracciones en forma coloidal y en disolución. En la UE se está valorando establecer un límite en el contenido de lactulosa en la leche, aunque aún se ha determinado este límite. La lactulosa es un compuesto que se forma por acción del calor  a partir de la lactosa y nos indica la intensidad del tratamiento (se forma más lactulosa en un tratamiento indirecto ya que es más agresivo, mientras que en un proceso directo se producen menos modificaciones químicas). En cuanto a las vitaminas se sufren algunas pérdidas sensibles, aunque no de las vitaminas importantes desde un punto de vista nutricional, como por ejemplo de vitamina C. Las enzimas sufren las siguientes modificaciones:  Las proteasas (propias de la leche y microbianas) no se inactivan completamente, lo cual supone un peligro en el almacenamiento posterior.  Las lipasas nativas se inactivan totalmente, mientras que las lipasas microbianas no se inactivan totalmente. 6 

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ventajas Comparado con otros métodos de conservación térmica el tratamiento UHT Vida útil más larga, la duración de la leche pasteurizada es de 4 a 7 días, mientras que la leche larga vida es de 120 a 180 días. Hay una mayor digestibilidad de las proteínas debido a la desnaturalización de éstas. Por ser más altas las temperaturas empleadas. 7 Posibilidad de utilizar envases más baratos, ya que el producto es esterilizado antes de su envasado. Ahorro energético. Instalaciones más automatizadas, con lo que se aumenta el rendimiento. No tiene importancia el tamaño del envase en la esterilización, ya que se esteriliza antes. 8 

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Desventajas    

Alta inversión inicial. Manejo más complicado de las instalaciones (mano de obra cualificada). Hay que mantener estéril el aire y las superficies de la zona de procesado. Esterilizar los envases antes del llenado. 8

FLUJOGRAMA Y EQUIPOS UTILIZADOS EN EL TRATAMIENTO UHT Sistemas de tratamiento UHT. En el mercado existen dos tipos principales de sistemas de tratamiento UHT. En los sistemas directos el producto entra en contacto directo con el medio de calentamiento, y después sufre un enfriamiento flash en un depósito al vacio.  A veces se realiza posteriormente un enfriamiento indirecto hasta la temperatura de envasado. Los sistemas directos se dividen en: Sistemas de inyección de vapor (el vapor es inyectado en el producto). Sistemas de infusión de vapor (el producto se introduce en un envase lleno de vapor) En los sistemas indirectos el calor es transferido desde el medio de calentamiento hasta el producto a través de una pared de separación (placa o pared tubular). Los sistemas indirectos pueden utilizar: Intercambiadores de calor de placas Intercambiadores de calor tubulares Intercambiadores de calor de superficie rascada. Además, es posible combinar los intercambiadores de calor en los sistemas indirectos de acuerdo con el producto y las necesidades de proceso. Con estos equipos no se rebasan los 145°C y la subida y descenso de la temperatura no son instantáneos. La leche no siempre conserva las características UHT y no es raro observar una ligera coloración y sabor  a cocido. El ensuciamiento de estos aparatos es rápido, por lo que se precisa aumentar la presión. El tiempo de funcionamiento, sin limpieza, es de 6 horas. Tienen la ventaja de su gran capacidad y de un menor gasto de energía. Por ello en la actualidad son los más difundidos 4.  

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Planta UHT de tratamiento directo basada en la inyeccion de vapor y con interca mbiador de placas . La figura 1 sirve para mostrar el flujo del proceso UHT. El producto a unos 4°C se suminstra desde el el tanque pulmon (1a) y se envia por medio de la bomba de alimentacion (2) hasta la seccion de precalentameinto del intercambiador de calor placas (3). Tras el precalentamienro hasta aproximadamente 80°C la presion del prodcuto se incrementa por medio de la bomba (4) hasta unos 4bar y el prodcuto entonces continua hasta el inyector de vapor de boquilla de anillo (5). El vapor inyectado en el prodcuto aumenta instanataneamente la temperatura del prodcuto hasta unos 140°C (la presion de 4bar impide que el producto entre en ebullicion). El producto se mantiene a la temperatura UHT en el tubo de mantnimiento (6) durante unos pocos segundos antes del enfriamiento flash al vacio. El enfriameinto flash tiene lugar en una camara de expansion (7) equipada con un condensador, en la cual se mantiene un vacion parcial, mediante la bomba (8). El vacio se controla de forma que la cantidad de

vapor que se disipa desde el producto sea igual al que previamente se inyecto. La bomba centrifuga (9) envia el prodcuto tratado UHT hasta el homogenizador aseptico (10) de doble etapa. Despues del homogenizado, el producto se enfria a unos 20°C en un intercambiador de calor de placas (3), pasando a continuacion directamente a la amaquina de envasado asepticoo aun deposito aseptico para el almacenamiento intermedio antes de efectuar la operación de llenado. El agua de enfriameinto que se utilizaen el condensador se toma del tanque pulmon (1b), tras salir de la camara de expansion (7), para ser utilizada como medio de precalentamiento tras calentarse en un inyector de vapor. En esta etapa de precalentameinto ña temperatura del agua cae hasta unos 11°C. a continuación se puede utilizar como refirgerante del preoducto que viene desde el homogenizador. En caso de que la temperatura descienda durante la produccion en el prodcuto se deriva hasta un tanque de rechazo tras realizar un enfriamiento adicional. Simultaneamiente la planta fuciona con agua. Después del enjuagado con agua la planta se limpia (CIP) y se esteriliza antes de volver a comenzar . La disposicion de las plantas con capacidades de 2000-30000Lt/h. 4 Figura 1 proc eso UHT con in yección directa de vapor y c on intercamb iador de calor de placas.

Planta UHT de tratamiento directo en la inyeccion de vapor y con intercambiador de claor tubular. Como alternativa al diseño anterior, el intercambiador de calor de placas (3) de la figura 1 se puede cambiar por unos intercambiadores de calor tubulares cuando se vallan a tratar prodcutos de baja o media viscosidad con o sin particulas o f ibras y el sistema queda como elmostrado en la figura 2. 4 Figura 2. Proceso UHT con iny ección directa de vapor y c on intercamb iador de calor tubular.

Planta UHT de tratamiento directo con infusión de vapor. Este sistema difiere de inyección de vapor principalmente por la manera de poner en contacto la leche con el vapor. El principio básico de la infusión de vapor consiste en calentar el producto pasándolo a través de una atmosfera de vapor, tal como se muestra en la figura 3. El sistema de distribución del producto puede variar pero los tamaños resultantes de las gotas de leche deben ser uniformes ya que la velocidad de transferencia de calor no debe variar. Si los tamaños de gota varían el infusor tendrá un comportamiento que diferirá del establecido por el modelo teórico en que se basa el diseño. Si no es así el proceso será similar al sistema de inyección por vapor. 4 Figura 3. Sistema de infus ión para tratamiento UHT por in yección directa de vapor .

Planta UHT de tratamiento indirecto con intercambiadores de calor de placas. Las plantas UHT de tratamiento indirecto se construyen para capacidades de trabajo de hasta 30000lt/h. En la figura 4 se muestra un diagrama de flujo típico. El producto a unos 4°C se bombea desde el tanque de almacenamiento hasta el tanque pulmón (1) de la planta UHT y desde aquí, por medio de la bomba de alimentación (2), hasta la sección de refrigeración del intercambiador de calor de placas (3). En esta sección el producto se calienta hasta unos 75°C por medio de la leche UHT ya tratada, que se enfría al mismo tiempo. El producto precalentado es entonces homogenizado (4) a la presión de 18-25Mpa. En las plantas UHT de tratamiento indirecto es posible la homogenización antes del tratamiento UHT, lo que significa que se puede utilizar homogenizadores no asépticos. Sin embargo se prefiere un homogenizador aséptico para mejorar la textura y la estabilidad física de ciertos productos como la nata. El producto precalentado y homogenizado pasa ahora a la sección de calentamiento del intercambiador de calor de placas, donde su temperatura sube hasta unos 137°C. El medio de calentamiento es agua caliente en un circuito cerrado cuya temperatura se regula por inyección de vapor (5). Después del calentamiento, el producto pasa por el tubo de mantenimiento (6), dimensionado para un tiempo de residencia de 4segundos. Finalmente, el enfriamiento se realiza de forma regenerativa en dos etapas primero frente al lado frio del circuito de agua caliente y luego frente al producto frio entrante. El producto que sale del enfriamiento

regenerativo continúa hasta el envasado aséptico o hasta el depósito aséptico de almacenamiento intermedio. El producto se desvía hacia el tanque de rechazo. 4 Figura 4. Sistema de UHT de calentamiento ind irecto po r intercambiador de placas.

Planta UHT de tratamiento indirecto con intercambiadores de calor tubulares. Par el tratamiento UHT de productos de viscosidad baja o media que pueden contener o no partículas o fibras se suele elegir un sistema tubular. El concepto de viscosidad media es poco claro, ya que la viscosidad de un producto puede variar dependiendo del tipo de material, de los aditivos que contenga y del tratamiento mecánico. Ver figura 5. 4 Figura 5. Sistema de UHT de calentamiento indirecto p or intercamb iador tub ular.

Plantas de tratamiento indirecto con intercambiadores de calor de superficie rascada. Los intercambiadores de calor de superficie rascada son los más adecuados para el tratamiento de productos alimenticios de elevada viscosidad con o sin partículas en suspensión. Ver figura 6. 4

INVESTIGACIONES REALIZADAS SOBRE UHT En el tema de tratamientos UHT diversos autores han realizado investigaciones referentes al tema a continuación se muestran algunos estudios y las conclusiones de varios de estos trabajos:

Comparación de flujo de permeado y la transmisión de proteína de suero de leche durante la microfiltración y ultrafiltración sucesivas de UHT y leches pasteurizadas. Valentina Espina a, Michel Y. Jaffrin, Patrick Paullier, Luhui Ding Universidad de copiegne. Francia 2010 Conclusión: No hay diferencia significativa en el flujo de permeado y separación de las proteínas nativas del suero, entre leches pasterizadas y tratadas UHT, aun cuando se presenta una mayor desnaturalización de las proteínas nativas del suero en el tratamiento UHT, debido a que estas no son retiradas de la leche.

Efecto de flavonoides de té verde sobre pardeamiento de maillard en leche UHT. Gerry P. Schamberger, Theodore P. Labuza. Department of Food Science and Nutrition, University of  Minnesota, USA 2007 Conclusión: Con la adición de epicatequina y epigalocatequina a leche antes del tratamiento UHT, se reduce el pardeamiento de maillard asociados a la fluorescencia y cambios en el color durante el procesamiento UHT de la leche, esto fue confirmado por una evaluación sensorial donde los catadores consumidores dieron igual o mayor calificación a la leche que se agrego los flavonoides comparada con una muestra de leche control.

Procesamiento UHT de leche saborizada a chocolate. Sangeeta Prakash, Thom Huppertz, Olena Karvchuk, Hilton Deeth School of Land, Crop and Food Sciences, University of Queensland, Brisbane, Australia 2009 Conclusión: Los efectos del tratamiento UHT en leche saborizada con una adición optima de К -carragenina y azúcar, esto es atribuido a la formación de un complejo entre esta y las caseínas, lo cual solo incrementa poco la viscosidad aparente y mantiene considerablemente la suspensión de las partículas de cacao, previniendo la interferencia con el tratamiento UHT. Esto se atribuye a la acelerada agregación de β -lactoglobulina desnaturalizada y estabilización de la caseína contrarrestando la precipitación inducida por el calcio.

Influencia de la temperatura en la capacidad espumante de la leche. Sangeeta Prakash, Thom Huppertz, Olena Karvchuk, Hilton Deeth School of Land, Crop and Food Sciences, University of Queensland, Brisbane, Australia 2008 Conclusión: Luego del tratamiento UHT la leche adquiere mayor capacidad espumante debido a la homogenización y el recubrimiento de los glóbulos grasos con caseína.

Efectos de la temperatura de almacenamiento sobre las características fisicoquímicas de la leche semidesnatada UHT Isabelle Gauchera, Daniel Molle, Valerie Gagnairea, Frederic Gaucherona. Conclusión: El estudio mostró que cuanto mayor es la temperatura de almacenamiento más baja es la estabilidad de la leche y se producen cambios físico-químicos en la leche y algunas reacciones tales como la acidificación y la proteólisis

Presencia de aflatoxina M1 en algunas muestras de leche cruda, UHT y pasteurizada de los estados indios de Karnataka y Tamil Nadu Vinutha Siddappa, Divyashree Kallenahalli Nanjegowda, Prema Viswanath 2012 Conclusión Se encontró presencia de aflatoxina M1 en la leche cruda almacenada en refrigeración y no se notó presencia en las leches pasterizadas y tratadas con UHT. De lo que se concluye que los tratamientos térmicos son efectivos para destruir microorganismos que puedan producir estas sustancias

CONCLUSIONES 

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Los tratamientos UHT en la leche y otros productos con lleva a la destrucción de la flora microbiana presente en los distintos alimentos sometidos a este tratamiento así como la inactivación de enzimas que contribuyen al deterioro de dicho alimento prolongando así su vida útil. Se puede aplicar la pasteurización a una amplia gama de alimentos con lo cual la hace muy utilizada en la industria.

El tratamiento UHT presenta unas desventajas en cuanto a los costos iníciales por los elevados precios de los equipos. Y también se presentan modificaciones como perdida de vitaminas y minerales en el tratamiento térmico. Además de esto es imprescindible que se maneje una relación optima de tiempo temperatura ya que podrían sobrevivir microorganismos esporulados resistentes a altas temperaturas si no se maneja un buen tiempo de retención. Las condiciones del tratamiento térmico son de mínimo 135ºC durante 4 a 15 segundos, seguido de enfriamiento temperatura ambiente. La leche debe reaccionar positivamente a la prueba de fosfatasa alcalina y no cero microorganismos patógenos para ser apta para el consumo humano.