Centrifugación y homogenización

Andrés Felipe Camargo G.

Ciencias de la lecheEsp. Ciencia y Tec. De los alimentos

2013

Proceso para fabricación

de leche liquida

Leche fresca

Recepción

Centrifugación o clarificación

Pasteurización

Homogenización Normalización y homogenización

Desodorización

Empacado

Proceso

Pasteurización

Se utiliza para destruir microorganismos patógenos y la inactivación de enzimas

Al principio solo se buscaba la inactivación del BT y no se realizaban muy bien. (exceso o defecto)

Para la pasteurización se requiere una combinación precisa de tiempo y temperatura,

Temperatura vs tiempo

Tratamientos térmicos

Centrifugación

Busca la separación mediante la fuerza centrifuga y se encuentra en f(de las condiciones físicas).Liq – liq Liq – solidGas- solidGas – liq

Aplicaciones

• Separación de la crema y leche• Separación de microorganismos indeseables• Estandarización del contenido graso en leches• Estabilización de la leche para consumo• Separación del queso y suero• Fraccionamiento de cristales de grasa• Manufactura de lactosa

Velocidad de las partículas

Toda la materia en el planeta está sujeta a la gravedad. Cuando en una suspensión, la densidad de sus partículas de la fase dispersa es mayor que la fase continua, estás partículas se hunden, si ocurre al contrario, emergen y si son iguales, permanece la suspensión. En el último caso la velocidad es cero.

Fuerzas sobre una partícula de la leche

Viscosidad del fluido

Densidad del medio

Densidad del medio

Fuerza de gravedad

Volumen α velocidad de flotación

Leche desnatada naturalmente

Distribución de los diámetros de los glóbulos grasos en la leche

Gráfica de la página 61

Principios de la separación centrifuga

• La primera separación de la crema y la leche por centrifugación se da en Alemania en 1877

• En 1879 fue explicada por Gustav de Laval, la movían a través de una polea

• Después de 1879 se comenzaron a producir en diferentes partes de europa

• 1889 la compañía sueca AB patenta la centrifuga • 1890 Laval crea la centrifuga con discos cónicos,

que es la más utilizada hasta hoy en día

Velocidad de las partículas cuando son sometidas a centrifugación

La velocidad para emerger de los glóbulos de grasa naturalmente es muy lenta, sin embargo, cuando los glóbulos son sometidos al campo de acción de la fuerza centrifuga, se acelera el proceso.

• R= radio de la trayectoria orbital• Vu= velocidad periférica• W= velocidad angular en radianes• RW2 = aceleración centrifuga• N = número de revoluciónes por minuto

• Si se desea aumentar la velocidad de separación de los glóbulos grasos se pueden incrementar las rpm o el radio de la trayectoria de orbita.

Eficiencia

Si se divide la velocidad con la que emerge un glóbulo graso en una centrifuga por la velocidad con la que emerge un glóbulo graso por acción natural, se obtiene la eficiencia.

Las centrifugas tubulares tienen alta rata de sedimentación de partículas pesadas y alta rata de elevación de las partículas livianas. Sin embargo no tienen un buen rendimiento.

Centrifugación continua de partículas solidas

Canales de separación

Clarificación y separación

Clarificadora Separadora

Separadora

Contenido de grasaEs muy importante saber el contenido de grasa de la leche, porque de está manera podemos determinar la cantidad nata que debemos esperar a la hora de una separación.

Si tenemos una leche con 4% de grasa y el caudal de leche que pasa a través de la separadora es 10000 l/h. Nata o grasa pura= 10000 l/h * (4/100)= 400 l/h. Si queremos una nata con 40% de grasa, debemos diluir la grasa pura con leche desnatada. En este caso

Nata 40% grasa= 400 (100/40)= 1000 l/h.

Expulsión de solidos• Corpúsculos rojos, células de la ubre,

suciedades, leucocitos, bacterias, etc. • 1 kg/10000 l• Manual o automático

Diseño de separadoras centrifugas

Semiabiertas

• Son alimentadas por la parte superior• La crema entra en contacto con aire• La regulación de la grasa en crema se realiza a

través de una válvula. • Menos eficiente que una hermetica, por el

choque interno que produce una homogenización parcial de la leche.

Herméticas • Entrada por parte inferior• Pasa la leche por los canales de los discos• No existe aire en la centrifuga, está

completamente llena de leche• Mayor cantidad de grasa en la crema

Normalización

• Es el ajuste del contenido de grasa de la leche o de un producto lácteo, por adicción de leche descremada o crema.

• Leche entera con leche descremada• Nata con leche entera• Nata con leche desnatada • Leche desnatada con grasa de leche anhidra

Cuadrado de pearson Se tiene una leche descremada B con 0.05% de grasa y se desea mezclar con una crema A que posee 40% de grasa , para obtener leche con 3% de grasa. ¿en que proporciones se deben mezclar en kg?

Cantidad de A=(3-0.05)= 2.95 Kg

Cantidad de B= (40-3)= 37 Kg

En fracciónA= 2.95/39.95= 0.0738B = 37/39.95 = 0.9261

Balance de materiaB. general A + B = ZB. Grasa 0.4 A + 0.0005 B= 0.03 ZSí Z= (cantidad del producto final)

A= Z – B y sustituyo en B.G

0.4 (Z-B) + 0.0005 B = 0.03 (Z)0.4Z – 0.4B + 0.0005B = 0.03 ZB= (0.37 Z)/0.3995= 0. 9261 ZA= 0.0738 Z

Las proporciones son las mismas con el cuadrado de pearson

Normalización

• Manual• Automática– Caudal (es inversamente proporcional al

contenido de grasa)– Densidad – cascada

Homogenización

Proceso que busca la disrupción de los glóbulos de grasa en glóbulos mucho más pequeños para volver más estable la emulsión láctea frente a la acción de la gravedad.

La homogenización se da por medios mecánicos, en esta, la leche se forza a pasar por un pequeño ducto a muy alta velocidad y por medio de cavitación y turbulencia los glóbulos se rompen.

Requerimientos del proceso

• Concentración• Estado físico• Temperatura α a la homogenización• Viscosidad 1/ α a la homogenización• Contenidos de grasa> 12% (se debe elevar más

la presión) • Cantidad de caseína (0,2 g de caseína/g grasa)• T habituales (55 – 80°C)• P (10 – 25 Mpa)

Flujo en homogenizador y teorias

Homogenización en etapa simple o doble

Simple Etapa:

• -Productos con bajo contenido graso• -Productos que requieren una elevada

viscosidad (Formación grumos)

Doble etapa:

• -Productos con elevado contenido de grasa• -Prodcutos con alto contenido materia seca• -Productos viscosidad relativamente baja• -Óptima homogenización (micronización)

Diagrama de proceso de homogenizador de doble etapa

Homogenizador

Métodos analíticos

Determinación de la eficiencia de la homogenizaciónEstudios de velocidad de formación de nata- almacenar 1 l por 48 horas y determinar el contenido

de grasa de los 100 ml de la parte superior (multiplicar el contenido de grasa de esta parte por 0.9 y compararlo contra el contenido de grasa de los 900 ml restantes).

Análisis de distribución de tamañosDifracción laser : la luz se dispersa al pasar a través de la muestra y nos da un resultado de distribución de grasa contra tamaño

Curvas de leche homogenizada

Efectos de la homogenización

• Globulos grasos más pequeños, no hay formación de grasa en la superficie.

• Color más blanco• Mejor estabilidad de productos lácteos

fermentados• Aumenta la sensibilidad a la luz (sabores

metálicos) • No se puede utilizar está leche para la

elaboración de productos duros o semiduros como quesos. (blandos)