PLANTA DE PRODUCCIÓN DE LECHE EN POLVO
JOSÉ IGNACIO ORTEGA ORTEGA JUAN PABLO SANTIAGO PAJAJOY
Trabajo de Proyecto de Automatización I Presentado a los Ingenieros: OSCAR AMAURY ROJAS ERMILSO DIAZ BENACHI
Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Ingeniería en Automática Industrial Popayán 2013
Contenido INTRODUCCIÓN ................................................ .......................................................................... .................................................... .......................... 3 1. DEFINICIÓN DEL PRODUCTO ..................................... .............................................................. .................................. ......... 4 1.1. TIPO DE PRODUCTO ................................................................... ............................................................................... ............ 4 1.2. ATRIBUTOS DEL PRODUCTO ............................................... ................................................................. .................. 4 1.2.1. FUNCIÓN ................................................. .......................................................................... ........................................... .................. 4 1.2.2. ESTÉTICA ................................................ ......................................................................... ........................................... .................. 5 1.2.3. PRODUCTO EXTENDIDO .................................................................. .................................................................. 9 1.2.4. COMERCIALIZACIÓN................................................................. ......................................................................... ........ 9 1.3. PROPIEDADES DE INGENIERÍA ..................................... ..................................................... ................ 10 1.3.3. ADITIVOS ................................................. .......................................................................... ......................................... ................ 11 1.3.4. PROPIEDADES DEL EMPAQUE ............................................... ...................................................... ....... 15 1.4. VALORES DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES .................. 16 1.5. LINEA DE PRODUCTOS ................................ ......................................................... ......................................... ................ 18 1.6. CICLO DE VIDA DE LA LECHE EN POLVO ........................................... ........................................... 19 1.6.1. CICLO DE VIDA DE LOS ENVASES . .............................................. .............................................. 22 2. INGENIERÍA DEL PROCESO................................................ ........................................................................ ........................ 25 2.1. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LA LECHE EN POLVO .................... 25 2.1.1. ETAPAS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LECHE EN POLVO 25 2.2. CADENA DE VALOR DE LA LECHE EN POLVO .................................... .................................... 30 2.2.1. FASE DE ADQUISICION Y ALMACENAMIENTO DE MATERIAS PRIMAS. .................................................. ............................................................................ .................................................... ............................ .. 31 2.2.2. FASE ESTANDARIZACIÓN. ........................... ..................................................... ................................. ....... 31 2.2.3. FASE EVAPORACION. ............................................. ..................................................................... ........................ 32 2.2.4. FASE DE DESECACIÓN............................................... ................................................................... .................... 33 2.2.5. FASE ENVASADO ................................................ .......................................................................... ............................ .. 34 2.2.6. FASE DE ALMACENAJE Y DISTRIBUCIÓN .................................... .................................... 34
Contenido INTRODUCCIÓN ................................................ .......................................................................... .................................................... .......................... 3 1. DEFINICIÓN DEL PRODUCTO ..................................... .............................................................. .................................. ......... 4 1.1. TIPO DE PRODUCTO ................................................................... ............................................................................... ............ 4 1.2. ATRIBUTOS DEL PRODUCTO ............................................... ................................................................. .................. 4 1.2.1. FUNCIÓN ................................................. .......................................................................... ........................................... .................. 4 1.2.2. ESTÉTICA ................................................ ......................................................................... ........................................... .................. 5 1.2.3. PRODUCTO EXTENDIDO .................................................................. .................................................................. 9 1.2.4. COMERCIALIZACIÓN................................................................. ......................................................................... ........ 9 1.3. PROPIEDADES DE INGENIERÍA ..................................... ..................................................... ................ 10 1.3.3. ADITIVOS ................................................. .......................................................................... ......................................... ................ 11 1.3.4. PROPIEDADES DEL EMPAQUE ............................................... ...................................................... ....... 15 1.4. VALORES DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES .................. 16 1.5. LINEA DE PRODUCTOS ................................ ......................................................... ......................................... ................ 18 1.6. CICLO DE VIDA DE LA LECHE EN POLVO ........................................... ........................................... 19 1.6.1. CICLO DE VIDA DE LOS ENVASES . .............................................. .............................................. 22 2. INGENIERÍA DEL PROCESO................................................ ........................................................................ ........................ 25 2.1. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LA LECHE EN POLVO .................... 25 2.1.1. ETAPAS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LECHE EN POLVO 25 2.2. CADENA DE VALOR DE LA LECHE EN POLVO .................................... .................................... 30 2.2.1. FASE DE ADQUISICION Y ALMACENAMIENTO DE MATERIAS PRIMAS. .................................................. ............................................................................ .................................................... ............................ .. 31 2.2.2. FASE ESTANDARIZACIÓN. ........................... ..................................................... ................................. ....... 31 2.2.3. FASE EVAPORACION. ............................................. ..................................................................... ........................ 32 2.2.4. FASE DE DESECACIÓN............................................... ................................................................... .................... 33 2.2.5. FASE ENVASADO ................................................ .......................................................................... ............................ .. 34 2.2.6. FASE DE ALMACENAJE Y DISTRIBUCIÓN .................................... .................................... 34
INTRODUCCIÓN La leche en polvo, es un producto de gran importancia para la canasta familiar ya que, a diferencia de la leche fluida, no precisa pre cisa ser conservada en frío y por lo tanto su vida útil es más prolongada. Presenta muchas ventajas como ser de menor costo, ser mucho más fácil de almacenar y poseer un elevado contenido en calcio. Se halla abundantemente en muchos países en vías de desarrollo a causa de su bajo costo de transporte y almacenamiento. Al igual que otros productos secos, es considerada no-perecedera y es preferida por supervivencialistas, y otras personas que necesitan alimentos no perecederos fáciles de preparar; además, se considera extremadamente digestible y por esta razón se aconseja para aquellas personas que deban hacer esfuerzos prolongados. Actualmente, la leche en polvo forma parte de los primeros candidatos a ser alimentos funcionales y por esta razón, se le suele añadir vitaminas A y D3. Este tipo de leche, se emplea generalmente con agua caliente, que le hace recobrar en apariencia el aspecto original de la leche líquida. Con casi 125 gramos de leche en polvo se puede reconstruir casi un litro de leche líquida, es decir, por cada kilogramo del producto deshidratado se llega a obtener ocho litros de leche para el consumo. Dada la importancia y ventajas anteriormente mencionadas, se seleccionó el proceso de producción de leche en polvo como caso de estudio para la asignatura Proyecto de Automatización I. En este trabajo, se mostrarán los aspectos fundamentales que permitirán realizar un adecuado modelado de los elementos físicos y procedimentales que hacen parte de la producción de leche en polvo. El documento se divide en dos partes; la primera de ellas, se centra en la definición del producto, donde se identifica el tipo de producto, sus atributos, propiedades de las materias primas, se define una marca y se realiza el ciclo de vida. La segunda parte del documento, hace referencia a la ingeniería del proceso, donde a través de esquemas se muestra el proceso productivo de la leche en polvo y se realiza su respectiva cadena de valor.
1. DEFINICIÓN DEL PRODUCTO 1.1. TIPO DE PRODUCTO La leche en polvo es un producto de consumo, más específicamente de conveniencia; se encuentran en lugares accesibles como tiendas y supermercados tanto mayoristas como minoristas. Se compra regularmente para satisfacer una necesidad; es un producto destinado al mercado masivo. Es un producto tangible y tiene ciertas características que hace que los consumidores estén dispuestos a realizar un esfuerzo especial para comprarlo.
1.2. ATRIBUTOS DEL PRODUCTO 1.2.1.
FUNCIÓN
1.2.1.1.
Beneficios de uso principal y secundario
El principal uso de la leche en polvo es suplir la necesidad básica de alimentación. Este producto es uno de los alimentos de origen animal más consumido y valorado de nuestra sociedad por su alto valor nutritivo. Como usos secundarios está: Aportante de vitaminas del grupo B, C, A, niacina y riboflavina. Suplemento alimenticio aportante de calcio, hierro y proteínas. Reductor de riesgo de cáncer de mama. Usos medicinales como gastritis y osteoporosis. Usos cosméticos como cremas y mascarillas faciales y corporales. Usos culinarios como pasteles y salsas.
1.2.1.2. Usuarios La leche en polvo, es un producto cuyos consumidores pueden tratarse de personas comunes o clientes industriales, por ello, este producto puede ser adquirido tanto en el mercado de consumo común, como en el mercado intermediario industrial. En lo referente al mercado de consumo común, los clientes que habitualmente adquieren leche en polvo, son individuos que desean satisfacer la necesidad fisiológica de alimentarse y nutrirse. La leche en polvo puede ser consumida por toda la familia incluyendo a niños a partir del primer año de vida.
En el mercado intermediario industrial, adquieren el producto las empresas que hacen uso de él con fines medicinales, cosméticos y culinarios en grandes cantidades.
1.2.1.2.
Accesorios
Dentro del proceso de producción de la leche en polvo, se optó por agregar al producto final una cuchara dosificadora de plástico de diferente color, volumen 30ml, tal como la que se muestra en la Figura. 1.
Figura. 1. Cuchara dosificadora de leche en polvo.
1.2.2.
ESTÉTICA
1.2.2.1.
Diseño
Polvo uniforme sin grumos, color blanco-amarillento homogéneo, debe presentar olor y sabor característicos y estar exento de olores y sabores extraños a la naturaleza del mismo, tanto en el polvo como en la forma reconstituida.
Figura. 2. Apariencia normal de la leche en polvo.
1.2.2.2.
Presentación
El producto es envasado en recipientes de tipo sanitario que tengan cierre hermético. El material debe ser resistente a las condiciones habituales del almacenaje, de tal forma, que no haya reacciones con el producto, ni se disuelvan alterando las características físicas, químicas y sensoriales o produzcan sustancias tóxicas. La leche en polvo, se empaca generalmente en las siguientes presentaciones:
Saco de papel craft x3 hojas 25kg. Lata x 1600, 900 y 370 gramos. Sobres de polipropileno de 120 gr. Bolsas multi-capas de 360,900 gr. Caja x 900gr.
Figura. 3. Diferentes presentaciones de leche en polvo
Cada envase del producto debe llevar troquelada o impresa en tinta visible e indeleble los siguientes datos:
Denominación del producto, conforme a la clasificación Nombre comercial o marca comercial registrada, pudiendo aparecer el símbolo del fabricante. Contenido Neto de acuerdo a las disposiciones del Ministerio de la Producción. Nombre o razón social del fabricante y domicilio en donde se elabora el producto. Numero de Lote y fecha de fabricación, pudiendo figurar otros datos informativos. Lista completa de ingredientes en orden de concentración decreciente, señalando el por ciento de los aditivos y su función. Texto del Registro Sanitario
Además de las disposiciones establecidas para alimentos envasados, como productos lácteos, se indicará la siguiente información específica:
Indicar el % de grasa (m/m). Indicar el % de proteínas (m/m). Otros datos que exijan el ministerio de salud y el ministerio de la producción.
1.2.2.3.
Materiales
Materia prima:
Leche cruda natural.
Materiales complementarios:
Estabilizantes. Reguladores de acidez. Emulsionantes. Anti-aglutinantes. Antioxidantes.
Reforzadores de textura.
1.2.2.4.
Marca
La marca del producto se definió como: Milch. El slogan es: 100% pura leche y los prototipos de logo se muestran en la Figura. 4 y Figura. 5.
Figura. 4. Prototipo #1 del logo para leche en polvo Milch.
Figura. 5. Prototipo #2 del logo para leche en polvo Milch.
1.2.2.5.
Embalaje
Para el embalaje de este producto, se deben usar cajas y cintas de un material apropiado, que tengan la debida resistencia y que ofrezcan la protección adecuada a los productos, impidiendo su deterioro exterior, a la vez, faciliten su manipulación en el almacenamiento y distribución de los mismos. En general consta de una caja de material papel cuoché de cartón corrugado, con diseños impresos que anticipan la imagen del producto, y sus medidas son 31 x 21x16 cm, tal como se muestra en la Figura. 6.
Figura. 6. Embalaje de leche en polvo.
1.2.3.
PRODUCTO EXTENDIDO
1.2.3.1.
Garantía
La leche en polvo puede durar hasta 12 meses; además, puede resistir una variedad de temperaturas y condiciones. Se recomienda que después de abierta consumir antes de 15 días.
1.2.3.2.
Entrega
Los pedidos se podrán realizar de manera telefónica o a través de la página web de la empresa.
1.2.3.3.
Servicio post-venta
Se tendrá una base de datos de los clientes, de tal manera, que estos sean informados acerca de nuevos diseños, promociones y demás información pertinente. A cada entrega se hace un seguimiento para determinar si el cliente recibió el producto y si es de su entera satisfacción.
1.2.4.
COMERCIALIZACIÓN
1.2.4.1.
Tasa de remplazo
La tasa de remplazo de la leche en polvo es baja, ya que la frecuencia con que el producto debe ser recomprado es casi nula. El producto está diseñado para una duración aproximada de 12 meses.
1.2.4.2.
Margen bruto
El precio por producto para la venta de pendiendo de la cantidad del producto por caja de 800gr, está alrededor de $28.000 y el costo de fabricación es de aproximadamente $10.000, lo que indica que el margen bruto es de $18.000.
1.2.4.3.
Sistema de distribución
Para que el producto leche en polvo llegue al usuario final, la fábrica vende directamente su producción a compradores mayoristas quienes lo distribuyen en tiendas o cadenas de supermercados.
1.3. PROPIEDADES DE INGENIERÍA 1.3.1.
Grasa: Max 24-28 %. Humedad: Max 5.0 %. Proteína (basado en 6.25 Nitrógeno): 15 %. Total de carbohidratos: 51.5 %. Valor energético: 2120. Lactosa: 36. Ceniza: 5.6. Densidad aparente: 0,55 gm/cc. Partículas quemadas: A. Solubilidad: >99%. Color: Blanco cremoso. Apariencia: Normal. Olores (reconstituido): Buena. Sabor: Buena Materia extraña: No observada. Olor (seco): Sin olores extraños.
1.3.2. 1.3.2.1.
Propiedades físico químicos de la leche en polvo.
MATERIA PRIMA Leche natural.
Densidad: 1.028 – 1.035. pH.: 6.4 – 6.8. Punto criocóspico: – 0.52 / – 0.54°C. Punto de ebullición: 100.5°C. Conductividad eléctrica: 0.005 ohm-1.
1.3.3.
ADITIVOS
1.3.3.1.
Estabilizantes
Citrato de so dio
Propiedades físico-químicas
Aspecto: Sólido (gránulos cristalinos). Olor: Inodoro. Solubilidad en agua y otros disolventes: Fácilmente soluble en agua fría y caliente. Insoluble en metanol. Punto de fusión: Se descompone a 150°C. Estabilidad y reactividad: Estable bajo condiciones ordinarias de uso y almacenamiento. Productos de la descomposición peligrosos: Monóxido de carbono y Dióxido de carbono. Algunos óxidos metálicos.
Citrato d e potasio
Propiedades físico-químicas:
Fórmula molecular Masa molecular: UMA Unidad de Masa Atómica, Dalton 324.42 g/mol. Punto de fusión: Temperatura del momento en el cual una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido, 180 ºC. Punto de ebullición: Temperatura que debe alcanzar una substancia para pasar del estado líquido al estado gaseoso, 235 ºC. Densidad: 1.98 g/ . Solubilidad en agua: Medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en agua, 1g/0.65 ml de agua.
1.3.3.2.
Reguladores de la acidez
Fosfato de sodio
Propiedades físico-químicas:
Apariencia: Polvo cristalino, blanco o transparente, sin olor, ligeramente higroscópico. Gravedad específica (agua=1): 2,040. Punto de ebullición ( ): Descompone a 204. Punto de fusión ( ): 135-153. Densidad relativa del vapor (Aire=1): N.A.
Presión de vapor (mmHg): N.A. Viscosidad (cp): N.A. PH: 4.4-4.5 (solución al 1%). Solubilidad: Solubilidad en agua 60 gm/100cc, insoluble en alcohol.
Fosfato de potasio
Propiedades físico-químicas:
Estado físico a 20°C :Sólido Color : Polvo blanco Olor :Inodoro Punto de fusión [°C]:252,6 ° C. Punto de ebullición [°C]: 400 ° C. pH: Solución 5% = 8,00. Presión de vapor (20°C):N. A. Densidad:2.338 g/ . Solubilidad en agua: 22 g/100 ml (25 ° C). Limites de explosión - Inferior [%]: N.A. Limites de explosión - Superior [%]: N.A. Peso molecular: 136,086 g / mol.
Carbonato de sodio
Propiedades físico-químicas
Toxicológicas: irritación de la piel y ojos. Apariencia: polvo blanco inodoro. Punto de fusión: 851 °C. Masa molecular: 106 g/mol. Estabilidad: Es estable siempre y cuando no se lo junte con metales alcalinotérreos, aluminio, compuestos orgánicos nitrogenados, óxidos no metálicos, ácido sulfúrico concentrado, óxidos del fósforo.
Carbonato de potasio
Propiedades físico-químicas
Fórmula molecular (Ceniza de Perlas, Potasa): K 2CO3. Densidad (Ceniza de Perlas, Potasa): 2.29 g/ Punto de fusión: Temperatura del momento en el cual una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido 891 . Masa molecular: UMA Unidad de Masa Atómica, Dalton 138.20 g/mol. Solubilidad en agua: Medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en agua, 1.120 g/L.
1.3.3.3.
Emulsionante
Lecitina
Propiedades físico-químicas
Forma: Almibarado. Color: Marrón oscuro. Olor: suave aromático. Punto de inflamación: >300 . Densidad (20): 0.9-1.04 g/ Presión del vapor (20): <0.1 mbar.
1.3.3.4. Antiaglutinantes Carbonato de calcio
Propiedades físico-químicas
Estado físico a 20°C :Sólido Color :polvo blanco Olor :Inodoro Punto de fusión [°C] : -273,15 °C Punto de ebullición [°C] : -273,15 °C Presión de vapor, 20°C:N. A. Densidad : 2,7 g/cm3 Solubilidad en agua :0,0013g por cada 100g de agua Limites de explosión - Inferior [%]: N.A. Limites de explosión - Superior [%]: N.A. Peso molecular : 100,1 g/mol
Óxid o d e mag nesio
Propiedades físico-químicas
Aspecto y color: Polvo blanco, muy fino. Olor: Inodoro. Densidad relativa (agua=1): 3.58. Solubilidad en agua: Ninguna. Punto de ebullición: 3600º C. Punto de fusión: 2852º C.
Masa molecular: 40.3. Absorbe fácilmente humedad y dióxido de carbono cuando se expone al aire. Reacciona vigorosamente con halógenos y ácidos fuertes. Condiciones que deben evitarse: Evitar el contacto con el aire. Materiales a evitar: Halógenos y ácidos fuertes.
1.3.3.5.
Antioxidante
Acido ascórbico
Propiedades físico-químicas
Aspecto y color: Cristales blancos. Olor: Inodoro. Presión de vapor: No aplicable. Densidad relativa (agua=1): 1.65 Solubilidad en agua: 33 g/ 100 ml Punto de ebullición: No aplicable. Punto de fusión (se descompone): 190-192ºC Peso molecular: 176.1
Palmitato de ascórbico
Propiedades físico-químicas
Fórmula molecular:. Masa molecular: UMA Unidad de Masa Atómica, Dalton 414.54 g/mol Punto de fusión: Temperatura del momento en el cual una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido, 115 - 118ºC.
1.3.3.6.
Reforzadores de textura
Cloruro d e calcio
Propiedades físico-químicas
Estado físico a 20°C:Sólido, (Sólido Cristalino). Color: Blanco. Olor:Inodoro. Punto de fusión [°C]: 772 °C. Punto de ebullición [°C]: 1935 °C. pH (1% disoln / agua): 9.
Solubilidad en agua: 774.5 g/100mL (20 °C) 59.5 g/100 mL (0 °C). Limites de explosión - Inferior [%]: N.A. Limites de explosión - Superior [%]: N.A. Peso Molecular:110,99 g/mol.
1.3.4.
PROPIEDADES DEL EMPAQUE
1.3.4.1.
Polipropileno de baja densidad con el aluminio
Propiedades
Temp. Inicial de degradación térmica: 245 Temp. De fundición: 109 Temp. De cristalización: 92 Calor de fundición: 154.7 J/g. Calor de cristalización: 54.9 J/g. Factor de cristalización: 53 %. Fuerza de tensión a la ruptura: 10.97 Mpa. Elongación a la ruptura: 38.86 %. Modulo elástico: 177.6 Mpa. Resistencia al impacto: 302 Mpa. Conductividad eléctrica: 1.11x S/cm. Flujo de fundición: 3.87 g/10 min. Densidad: 0.90 g/.
1.4. VALORES DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Los valores de las propiedades de la leche en polvo y sus materiales se muestran en las siguientes tablas. Tabla 1.Requisitos fisicoquímicos para la leche en polvo.
Requisitos
Entera
Parcialmente Descremada descremada Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo
Materia grasa, en % m/m. Humedad, en % m/m. Acidez expresada como ácido láctico, en % m/m. Índice de solubilidad, en . Partículas quemadas y sedimentos, disco/mg. Proteínas de leche en los sólidos no grasos de la leche (Nx6,38),% m/m. Grasa libre, % m/m. Cenizas, % m/m. Humectabilidad en agua de la leche instantánea, a 25 ,en s. Lactosa residual en los sólidos lácteos no grasos en la leche deslactosada, % m/m.
26.0 -
32.0 4.0 1.3
>1.5 -
<26.0 4.5 1.7
-
1.5 4.5 1.7
-
1.0 B/15mg
-
1.0 B/15mg
-
1.0 B/15mg
33.0
-
33.0
5.0 -
3.5 6.2 90
>5.0 -
8.2
33.0 <8.6 90
-
8.6 40
8.2
8.2
Tabla 2. Requisitos microbiológicos para la leche en p olvo
Requisitos Recuento de microrganismos mesófilicos, UFC/g. Coliformes ufc/g. Recuento de E. coli, ufc/g. Recuento de mohos y levaduras, ufc/g. Recuento de staphylococcuscoagulasa positiva, UFG/g. Detención de salmonella/25 g. Detención de listeria monocytogenes/25g. Recuento de Bacilluscereus, ufc/g.
n
m
M
c
5 5 5 5 5 15 5 5
5000 10 <10 100 <100 0 0 100
10000 100 500 100 200
2 2 0 2 2 0 0 1
En donde: n = numero de muestras que se van a examinar. m = índice máximo permisible para identificar nivel de buena calidad. M = índice máximo permisible para identificar nivel de calidad aceptable. C = número de muestras permitidas con resultado entre m y M. < = léase: menor de.
Tabla 3. Estabilizantes.
Aditivo
Dosis máxima, solo o mezclados, expresados como sustancias anhidras, en g/kg.
Citratos de sodio Citratos de potasio
5
Tabla 4. Reguladores de la acidez.
Aditivo
Dosis máxima, solo o mezclados, expresados como sustancias anhidras, en g/kg.
Fosfato de sodio Fosfato de potasio Difosfato Trifosfato Polifosfato Carbonatos de sodio Carbonatos de potasio
5
Tabla 5. Emulsionantes para leches en polvo instantáneas únicamente.
Aditivo
Dosis máxima en g/kg.
Lecitina (o fosfolípidos de fuentes naturales). Monoglicéridos y diglicéridos.
BMP 2,5 Tabla 6. Agentes antiaglutinantes.
Aditivo
Dosis máxima en g/kg solo o mezcla
Carbonato de calcio Ortofosfato tricálcico Ortofosfato trimagnésico Carbonato de magnesio Oxido de magnesio Dióxido de silicio amorfo Silicato de calcio Silicato de magnesio Silicato de aluminio y sodio Silicato de aluminio y calcio Silicato de aluminio
10
Tabla 7Antioxidantes.
Aditivo Acido L-ascórbico Ascorbato de sodio. Palmitato de ascorbio. Butilhidroxianisol(BHA)
Dosis máxima 0,5 g/kg expresados como ácidos ascórbico. 0,01 % m/m.
Tabla 8. Reforzadores de textura.
Aditivo
Dosis máxima
Cloruro de potasio Cloruro de calcio
BPM Tabla 9. Límites máximos de contaminantes en leche en polvo
Requisito
Límite máximo
Aflatoxina M1, en ug/kg (ppb).
4.0
Plomo como Pb, en mg/kg (ppm).
1.0
Tabla 10. Nata en polvo. CODEX STAN 207-1999.
Requisito Contenido de materia grasa de la leche % m/m. Contenido máximo de agua(a) % m/m. Contenido mínimo de proteínas de la leche. en el extracto seco magro de la leche(a) % m/m.
Mínimo Máximo 42 -
5
34
-
Para los datos descritos se utilizó la norma técnica colombiana (NTC 1036), la cual establece los requisitos que debe cumplir la leche en polvo para consumo directo o elaboración posterior.
1.5. LINEA DE PRODUCTOS Dependiendo del contenido de materia grasa, se pueden distinguir varios tipos de leche en polvo:
Leche en polvo entera. Leche en polvo parcialmente descremada. Leche en polvo descremada.
Y se puede encontrar además leche deslactosada. Cada uno de estos tipos de leche se fabrica en una línea de producción diferente. Para el caso de estudio específico se selecciona la línea de producción de leche en polvo entera instantanea, empacada en cajas multicapa de 800 gr.
1.6. CICLO DE VIDA DE LA LECHE EN POLVO El ciclo de vida de un producto, es la evolución de las ventas durante el tiempo que permanece en el mercado. Los productos no generan un volumen máximo de ventas inmediatamente después de introducirse en el mercado, ni mantienen su crecimiento indefinidamente. Las condiciones bajo las que un producto se vende cambian a lo largo del tiempo; así, las ventas varían y las estrategias de precio, distribución y/o promoción deben ajustarse teniendo en cuenta el momento o fase del ciclo de vida en que se encuentra el producto. Normalmente, ante una situación de esta naturaleza, se puede optar entre las siguientes alternativas:
Eliminar el producto. Discontinuar gradualmente su producción. Revitalizarlo, a través de alguna modificación.
Para el caso específico de la leche en polvo, se presenta el comportamiento mostrado en la Figura. 7:
Figura. 7. Ciclo de vida del producto
A continuación, se describe cada etapa:
Introducción
Esta primera etapa del ciclo de vida de la leche en polvo , inicia cuando se lanza el producto al mercado. Esta etapa se caracteriza por presentar el siguiente
escenario:
Las ventas son bajas. Los gastos en promoción y distribución son altos. Las actividades de distribución son selectivas. Las utilidades son negativas o muy bajas. El objetivo principal de la promoción es informar.
Esta etapa es la más arriesgada y costosa, porque se tiene que gastar una considerable cantidad de dinero no solo en desarrollar el producto sino también en procurar la aceptación de la oferta por el consumidor. En esta etapa se invierte principalmente en publicidad por diferentes medios: televisión, internet y medios escritos, donde se dé a conocer la marca del producto y las características diferenciadoras con otros productos similares. Se invierte además en muestras gratis que acompañan a productos complementarios (por ejemplo chocolate o café) de marcas reconocidas, de modo que se inicie el proceso de reconocimiento de la marca. Crecimiento:
En esta etapa, las ventas de la leche en polvo comienzan a aumentar rápidamente y se presentan las siguientes situaciones:
Aparecen productos con nuevas características (extensiones de producto, servicio o garantía). Los precios declinan de manera gradual como un esfuerzo de las empresas por incrementar las ventas y su participación en el mercado. La promoción tiene el objetivo de persuadir para lograr la preferencia por la marca. La distribución pasa de ser selectiva a intensiva. Las utilidades aumentan, a medida que los costos unitarios de fabricación bajan y los costos de promoción se reparten entre un volumen más grande.
Cuando la marca es reconocida por los clientes potenciales, se reduce la inversión en publicidad de introducción y se concentra en la persuasión. Hasta este momento no se le ha agregado características novedosas a la leche en polvo, ni a su empaque, ni a sus componentes.
Madurez:
Es en esta tercera etapa, el crecimiento de las ventas de leche en polvo se reduce. Las características que distinguen esta etapa son las siguientes:
La competencia es intensa. Las líneas de productos se alargan para atraer a segmentos de mercado adicionales. El servicio juega un papel muy importante para atraer y retener a los consumidores. Existe una intensa competencia de precios. Existe una fuerte promoción (cuyo objetivo es persuadir) que pretende destacar las diferencias y beneficios de la marca. Las actividades de distribución son aún más intensivas que en la etapa de crecimiento. Las ganancias de productores y de intermediarios decaen principalmente por la intensa competencia de precios.
Esta etapa normalmente dura más tiempo que las etapas anteriores y presenta retos importantes para la dirección. Es importante invertir grandes cantidades de dinero en nuevos diseños de empaque, adición de nuevos componentes como vitaminas que no ofrezcan otros productos, oferta de premios, promociones, y nuevas presentaciones. Durante esta etapa se determina la presencia prolongada de la leche en polvo propuesta, en el mercado. Declinación:
En esta cuarta etapa la demanda disminuye, pudiendo bajar a cero. Las características que permiten identificar esta etapa, son las siguientes:
Las ventas van en declive. Se producen recortes en las líneas de productos existentes mediante la discontinuación de presentaciones. Los precios se estabilizan a niveles relativamente bajos. Sin embargo, puede haber un pequeño aumento de precios si existen pocos competidores. La promoción se reduce al mínimo, tan solo para reforzar la imagen de marca o para recordar la existencia del producto. Las actividades de distribución vuelven a ser selectivos. Por lo regular, se discontinúan los distribuidores no rentables. Existe una baja en las utilidades hasta que éstos son nulos, e incluso, se convierten en negativos.
La etapa de declinación, para el caso de la leche en polvo sería inevitable por una de las razones siguientes:
1) Se crea un producto mejor o menos costoso para satisfacer la misma necesidad.La producción de una nueva leche en polvo, que ofrezca las mismas o mejores ventajas a un precio más bajo,impulsaría a la leche en polvo propuesta, a salir del mercado. 2) La necesidad del producto desaparece, a menudo por el desarrollo de otro producto. Esta razón es muy poco probable, ya que la necesidad de alimentación y nutrición difícilmente desaparecería; además que la leche en sus diferentes presentaciones y sus productos derivados están entre los alimentos más consumidos por la sociedad y es poco probable que la mentalidad y concepción que tiene la sociedad al respecto cambie.
1.6.1.
CICLO DE VIDA DE LOS ENVASES.
Figura. 8. Ciclo de vida de los envases Tetrapak
Otro punto de vista de ciclo de vida de un producto, es la gestión que se realiza en cada uno de los estados que atraviesa el producto, a lo largo de su elaboración hasta su etapa de culminación. Para los envases Tetrapak las fases son las siguientes: 1. Materias primas: para la fabricación de envases Tetrapak, se utilizan tres materias primas: papel, plástico y aluminio, el papel utilizado para la fabricación de estos envases proviene de una fuente natural renovable. Todo el papel que se consume en Colombia se obtiene de proveedores de Brasil, cuyos bosques cultivados industrialmente y certificados por organismos externos que garantizan la sostenibilidad y renovabilidad de este recurso. El polietileno proviene de los usos petroquímicos del petróleo. Ya se estudian alternativas de consumo de polietilenos provenientes de fuentes naturales. El foil de aluminio es 100 veces más delgado que el cabello humano. En Brasil se ha desarrollado la tecnología Plasma térmico, que permite separar el aluminio del polietileno. El aluminio recuperado se utiliza para fabricar nuevo foil.
2. Diseño del envase: en esta etapa se ha logrado reducir el consumo de materias primas. Inicialmente pesaba 32 gramos, ahora sólo 28, lo que representa un ahorro significativo en el consumo de materias primas. Este es el resultado de ecodiseño y mejoramiento continuo del envase. 3. Producción de envases o fabricación: Todas las plantas de producción se encuentran certificadas bajo la norma ambiental ISO 14001. Las de Monternor y Pontagrosa (Brasil), de donde proviene el material de envase consumido en Colombia, se encuentran implementando la metodología de producción WCM (World Class Manufacturing). Con ella, se busca la excelencia en la producción y el mejoramiento continuo, teniendo en cuenta el manejo ambiental y de seguridad industrial en las plantas. 4. Transporte: gracias al diseño de los envases Tetrapak, el transporte es más eficiente ya que se requieren menos viajes para trasladar la mayor cantidad de los mismos, por lo tanto, se disminuye la cantidad de gases contaminantes al medio ambiente y se reducen los costos de traslado. 5. Llenado de alimentos: esta etapa es uno de los impactos ambientales más importantes dentro del análisis del ciclo de vida, por ello, los equipos de llenado y proceso suministrados por tetrapak han sido sometidos a los procedimientos de ecodiseño; así, se logra una reducción significativa en el consumo de recursos naturales y la generación de desperdicios. Un ejemplo es el control de operación de llenado PLMS, herramienta computarizada que permite obtener y analizar los datos y tendencias del proceso de llenado para implementar mejoras con prontitud. Adicionalmente, se ha desarrollado un programa de recolección de residuos post industriales, que se recuperan, comercializan y aprovechan en las plantas de reciclaje de envases desarrolladas en Colombia. 6. Distribución y consumo en el hogar: Distribución: Se ha minimizado de manera significativa los impactos
ambientales asociados, por ejemplo, ya no es necesaria la refrigeración de alimentos perecederos como la leche, por lo tanto, el consumo de energía se limita al mínimo necesario para el transporte y gracias a la facilidad de embalaje del envase, se optimiza el espacio demandado. Consumo en el hogar: hay beneficios ambientales, ya que el consumidor
final puede almacenar el producto en su hogar hasta por seis meses, sin refrigeración.
7. Recolección y reciclaje de residuos post-consumo y post-industrial: Para cerrar el ciclo de vida del producto existen dos sistemas post-consumo:
Aprovechamiento por hidropulpeo o extracción de pulpa de papel para la producción de papel y cartones. Aprovechamiento por termocompresión para producción de madera sintética y tejas termoacústicas.
Estas dos opciones de reciclaje logran reincorporar los residuos sólidos de los envases a un nuevo ciclo productivo.
2. INGENIERÍA DEL PROCESO 2.1. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LA LECHE EN POLVO La leche en polvo es un proceso por lotes (Bach) donde la materia prima, en este caso, la leche sufre cambios hasta obtener un extracto seco en un volumen reducido para obtener una mayor conservación, existen diferentes tipos de leche según su composición y proceso de producción; según su composición de materia grasa principalmente se clasifica en entera o desnatada (descremada). Según el método de desecación se puede presentar los siguientes tipos: leche desecada en rodillos (cilindros), leche desecada por spray o leche desecada por atomización. Según la intensidad del calentamiento a que se ha sometido la leche antes de la desecación se produce: leche en polvo de baja, de media y de alta temperatura, obteniéndose leches con un grado de desnaturalización de sus proteínas solubles diferentes según el uso que se le vaya a dar. Cuando la leche va a ser utilizada en pastelería se prefiere leches con un grado de desnaturalización de proteína alto. Este grado de desnaturalización dependerá de la temperatura de calentamiento siendo mayor a la temperatura más alta. La solubilidad en el agua de la leche en polvo es un problema para su reconstitución, debido a que los tratamientos de elaboración de este tipo de leche ocasiona la pérdida de su solubilidad, sin embargo, debe ser tratada de tal manera que se altere en lo mínimo su solubilidad. Tal es el caso de la leche “instantaneizada” que es más fácil de dispersar en el agua debido a que las partículas que la componen son más grandes y contienen más agua, que las de la leche obtenida por el método de atomización normal.
2.1.1.
ETAPAS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LECHE EN POLVO
La leche en polvo se obtiene a partir de la leche entera o de la leche desnatada y su proceso de elaboración comprende las etapas mostradas en la Figura. 9.
Figura. 9. Etapas de fabricación de la leche en polvo desnatada y entera
2.1.1.1. Operaciones previas al precalentamiento Consiste en las operaciones a que se somete la leche cuando llega a la planta de procesamiento y los tratamientos dependerán de si la leche en polvo se obtiene a partir de la leche desnatada o de la leche entera. Cuando la leche es obtenida de la leche desnatada es necesario estandarizar la leche hasta que el contenido de la materia grasa sea entre el 0.05 al 0.07%. Para la elaboración de la leche en polvo a partir de la leche entera es necesario antes de estandarizar la leche someterla a la clarificación o filtración luego se somete a la estandarización, este proceso se realiza de igual forma que para la leche evaporada.
Para obtener la leche en polvo descremada o desnatada se debe llegar a un contenido ideal de grasa en la nata del 42 al 45%. Para obtener la leche en polvo entera, en el desnatado previo se debe obtener una nata con un contenido de grasa del 18 al 25%, con el fin de reducir los problemas en el batido y separación de la materia grasa. Después de la estandarización se realiza la homogenización con el fin de obtener una emulsión y distribución de la materia grasa óptima y una posterior reconstitución adecuada. La homogenización se debe hacer a unas condiciones de presión entre 17.200 y 24.000 Kpa (Kilo pascal) y una temperatura entre 43 y 65.2.La homogenización de la leche muy concentrada produce un mayor aumento de viscosidad y de volumen. Cuando la leche concentrada no se homogeniza, se puede evaporar hasta un contenido de extracto seco superior.
2.1.1.2. Precalentamiento Esta operación es importante, pues de ésta dependen las características del producto final. Las temperaturas que se utilizan en la industria lechera para este tratamiento difieren entre una y otra industria, pero a continuación se especifican las condiciones más comunes y aceptables: Precalentamiento a baja temp eratura
Consiste en que la leche se somete a una pasterización normal y la leche en polvo obtenida debe tener un contenido mínimo en proteínas del suero no desnaturalizadas debe ser inferior al 10%. Esta leche se denomina“leche en polvo de baja temperatura” (Low-heatpowder). Precalentamiento a temp eratura media
En este caso se somete la leche a una temperatura entre 76.5 – 85 un poco más alta que la pasterización normal, y durante un tiempo de 15 – 30 minutos. Precalentamiento a alta temp eratura
En este caso se somete la leche a una temperatura entre 90 a 121 se reduce el tiempo hasta 1 segundo. La le che así obtenida será “leche en polvo de alta temperatura” (High – heatpowder). Con este tratamiento se logra obtener una leche en polvo más soluble y con una cantidad de proteínas del suero no desnaturalizadas de 1.5 mg /g de leche desnatada en polvo. También hace que la leche sea más resistente a la autooxidación.
2.1.1.3. Concentración Existen diferentes técnicas para obtener la concentración de la leche como: concentración por evaporación, por desecación, por procesos de membrana como la ultrafiltración y la ósmosis inversa. El método más costoso es el de concentración por desecación y el de ultrafiltración es el más económico aunque no es la técnica más indicada y solamente se recomienda para obtener productos
parcialmente desmineralizados. La técnica más recomendada es la evaporación a vacío. El concentrado no debe permanecer caliente sino el tiempo mínimo necesario, para evitar el desarrollo de microorganismos, un concentrado refrigerado es muy viscoso y dificulta la pulverización, por lo tanto debe ser sometido a calentamiento. Este calentamiento debe hacerse antes de la atomización, para evitar que la viscosidad vuelva aumentar y también para destruir las bacterias que podrían haber recontaminado el concentrado.
2.1.1.4.
Desecación
El método más utilizado es la desecación por atomización, mediante el cual se pulveriza la leche concentrada hasta formar gotas pequeñas o de niebla en el interior de una cámara por donde circula aire caliente en flujo paralelo o contrario al sentido de las gotitas, según el equipo utilizado. Con el fin de obtener un mejor comportamiento de la leche en proceso y una mejor calidad del producto final, en este tipo de desecadores, es importante tener en cuenta los siguientes aspectos básicos:
Eliminar el mayor % de humedad calentando el aire antes de introducir el producto a la cámara de secado. Evitar un choque térmico violento cuando se produce el intercambio térmico aire/líquido para evaporar las gotitas, ya que este pude aumentar la desnaturalización de las proteínas y por ende la aparición de un color pardo en el producto. Prolongar el tiempo en que las gotitas caen desde el atomizador hasta laparte inferior de la torre para aumentar la eficiencia del desecador. Paraello existen equipos de secado a cuyas torres se le instala un sistemapara que el aire circule en sentido ascendente o con movimientociclónico. La viscosidad del concentrado, afecta el tamaño de las partículas, amenor tamaño de las gotitas mayor rapidez en el secado, puesto que elagua de la superficie de las gotas inician su evaporación en el mismoinstante en que se ponen en contacto con el aire caliente y seco. La leche no debe mantenerse mucho tiempo a altas temperaturaspuesto que ocurre reacciones químicas que ocasionan una reducción de la solubilidad y de su tiempo de conservación.
Los parámetros del proceso de desecación varían entre un equipo y otro, sin embargo se deben mantener unas condiciones óptimas para obtener un producto con la calidad adecuada. Estas condiciones son básicamente:
La humedad entre 4.0 y 4.2% para la leche desnatada y para la leche enterauna humedad entre 2.0 y 2.5%
La temperatura del aire de entrada al desecador debe mantenerse entre un rango de 135 y 210y la de salida entre 70 y 100 . La presión de inyección del concentrado a la bomba, es una variable queregula el caudal y el tamaño de las gotitas.
2.1.1.5.
Lecitinación
Consiste en adicionar a la leche Lecitina, una sustancia que tiene propiedades lipofílicas o hidrofílicas con el fin de reducir la hidrofobicidad de la grasa de la leche en polvo entera y facilitar la dispersión de la leche en el agua, es decir volverla leche instantánea. Es un método diseñado por A/S NiroAtomizer y consiste en que en un lecho fluidizado, se calienta la leche en polvo a la temperatura adecuada y se le inyecta un chorro de mantequilla a 60 , que contiene la lecitina disuelta, combinándose con las partículas del polvo en movimiento.
2.1.1.6.
Aglomeración o Instantaneización
Es el procedimiento para reconstituir la leche y obtenga la misma cantidad de agua que contenía como producto original.Este proceso consiste en proporcionar una humidificación del polvo o recircular una parte del producto en contacto con un atomizador de la cámara de secado. Después de haber logrado la aglomeración el polvo se mantiene en condiciones adecuadas para que no se rompan los aglomerados.
2.1.1.7.
Envasado
En esta etapa el envasado de la leche en polvo pasaría a un proceso completamente discreto ya que el producto no sufre transformación alguna simplemente se empaca y generalmente se realiza en bolsas o envases plásticos, cartón o metal, hasta de 25 Kg. Cuando no se realiza el envasado inmediato la leche es almacenada en silos o en grandes contenedores metálicos o de fibra de vidrio con capacidad de hasta una tonelada. Teniendo en cuenta que la leche es fácilmente alterada por la acción del oxígeno se deben tomar las precauciones necesarias para eliminar este. Se ha comprobado que la leche envasada en caliente (49 a 52 ) es más resistente a la acción del oxígeno que la leche envasada en frío (29 - 30 ). Un porcentaje máximo del 3% de oxígeno, después de 7 días es aceptable, pero algunos clientes exigen que no contenga más del 1% después de 10 días y para lograr estas condiciones se debe aplicar un doble vacío, manteniendo la leche en contacto con un gas inerte durante 24 – 48 horas. Para el envasado al vacío con latas, se deben tomar las precauciones necesarias para no permitir el contacto con el oxígeno con la leche en polvo, especialmente cuando ha sido instantaneizada o lecitinada.
2.2. CADENA DE VALOR DE LA LECHE EN POLVO La cadena de valor de la leche en polvo en se muestra en la Figura. 10.
Figura. 10.. Cadena de Valor leche en Polvo
La planta tiene una capacidad de recepción de 800 000 litros de leche fresca por día y una capacidad de producción de 90 toneladas métricas por día de leche en polvo. Después de haber obteniendo la cadena de valor, el proceso depende de las siguientes fases:
2.2.1.
FASE DE ADQUISICION Y ALMACENAMIENTO DE MATERIAS PRIMAS.
Elementos físicos: • Alcohol etílico. • Transmisores de nivel. • Motobombas. • Compresores. • Tapas. • Botellas. • Etiquetas. • Agua. • Operarios. • Tanques de granel. • Tinas. • Mangueras. • Tubería. • Válvulas manuales • Cauchos. • Cubas de almacenamiento. Elementos de comunicación: • Registro de compra de materia prima (alcohol, tapas, etiquetas,botellas,). • Registro de materias primas anteriormente almacenadas. Elementos de información: • Documentos de inventario y control de etiquetas, botellas y de alcohol. • Control de entrada y salida de los operarios. • Control de entrada y salida de vehículos. • Solicitudes de insumos.
2.2.2.
FASE ESTANDARIZACIÓN.
Elementos físicos: • Compresores. • Transmisores de nivel. • Transmisores de velocidad. • Sensores.
• • • • • • • •
Operarios. Mangueras. Tubería. Filtro. Pulsadores Indicadores. Registradores. Medidores.
Elementos de comunicación: • Registro de datos obtenidos. • Ordenes de entrada / salida • Control estadístico. • Verificación de stock y partes procesadas. • Reportes de mantenimiento. Elementos de información: Capacidad de producción • Documentos de control. • Solicitud de insumos.
2.2.3.
FASE EVAPORACION.
Elementos físicos: • Transmisores de nivel. • Transmisores de temperatura. • Sensores. • Agua. • Operarios. • Tanques. • Mangueras. • Tubería. • Válvulas. • Medidores. • Pulsadores • Indicadores. • Maquinas. • Registradores. • Compresores. • Motobombas. Elementos de comunicación: • Registro de datos obtenidos. • Control estadístico. • Verificación de stock y partes procesadas.
• •
Reportes de mantenimiento. Reportes de parada.
Elementos de información: • Documentos de control. • Capacidad de producción. • Solicitud de insumos.
2.2.4.
FASE DE DESECACIÓN
Elementos físicos: • Transmisores de temperatura • Sensores. • Operarios. • Tanques. • Mangueras. • Tubería. • Válvulas. • Medidores. • Pulsadores • Indicadores. • Maquinas. • Registradores. • Compresores. • Motobombas. Elementos de comunicación: • Registro de datos obtenidos. • Control estadístico. • Verificación de stock y partes procesadas. • Reportes de mantenimiento. • Reporte de paradas. Elementos de información: • Documentos de control. • Capacidad de producción. • Solicitudes de subproductos y aditamentos.
2.2.5.
FASE ENVASADO
Elementos físicos: • Sensores. • Operarios. • Tubería. • Pulsadores • Maquinas. • Compresores. • Motobombas. • Bandas. • Cauchos. • Motores. • Cartón. • Bolsas. Elementos de comunicación: • Registro de datos obtenidos. • Control estadístico. • Verificación de stock y partes procesadas. • Reportes de mantenimiento. • Reporte de paradas. Elementos de información: • Documentos de control. • Capacidad de producción. • Solicitudes de subproductos y aditamentos.
2.2.6.
FASE DE ALMACENAJE Y DISTRIBUCIÓN
Elementos físicos: • Operarios. • Pulsadores. • Estibas. • Estantes. • Montacargas. Elementos de comunicación: • Registro de compra del producto terminado. • Registro del producto almacenado. Elementos de información: • Documentos de control. • Documentos de inventario. • Control de entrada y salida del producto.
