TEHNOLOGIA PRODUSELOR LACTATE CONCENTRATE

Laptele concentrat este laptele din care s-a îndepărtat o anumită cantitate de apă, prin evaporare în coloane de concentrare. De regulă, laptele concentrat este dulce. Laptele deshitratat este laptele din care s-a evaporat toată apa, prin procese complexe de evaporare.

Laptele concentrat se obţine prin eliminarea a două treimi din apa pe care o conţine. Între laptele pasteurizat şi cel crud nu există diferenţe în ceea ce priveşte principiile active. În schimb, laptele crud, dacă este fiert în mod obişnuit (adică până dă în clocot), este sărăcit de aproape toate vitaminele.

Laptele concentrat poate fi de mai multe categorii: fără zahăr, cu zahăr, fără zahăr dar aromatizat, caramelizat, fermentat.

În funcţie de schema tehnologică adoptată, principalele operaţii din cadrul fluxului tehnologic de obţinere a laptelui concentrat sunt:

Recepţia calitativă se efectuează pentru a determina calitatea laptelui; se utilizează, în general, lapte de calitate bună.

Clarificarea laptelui cu separatoare centrifugale se efectuează în scopul îndepărtării din lapte a impurităţilor mecanice pe care acesta le conţine.

Răcirea laptelui la circa 40C, se face cu ajutorul schimbătoarelor de căldură cu plăci, urmând depozitarea în tancuri izoterme, atunci când prelucrarea acestuia se realizează ceva mai târziu.

Standardizarea (normalizarea) laptelui se efectuează avându-se în vedere conţinutul de grăsime care se doreşte a se obţine în produsul final.

Fig.4.1. Schema de principiu a standardizării laptelui

Tratamentul termic preliminar are scopul de a reduce microorganismele din lapte, scăderea tendinţei de separare a grăsimii (mai ales dacă nu se face omogenizarea, aşa cum este cazul laptelui concentrat cu zahăr), inactivarea enzimelor, stabilizarea laptelui pentru sterilizare. Acesta se realizează în schimbătoare cu plăci la 93 – 1000C timp de 25 – 10 min sau la 115 – 1280C timp de 6 – 1 min, pentru laptele concentrat fără zahăr şi 110 – 1200C câteva secunde, pentru laptele concentrat cu zahăr.

Concentrarea laptelui se realizează cel mai bine în concentratoare cu plăci sau concentratoare tubulare dacă se utilizează în sisteme de concentrare cu efect multiplu pentru a scădea consumul de abur/apă evaporată (la un concentrator simplu consumul de abur este de circa 1,2 kg abur/kg apă evaporată).

Temperatura minimă de concentrare trebuie să fie mai mare de 450C, diferenţa de temperatură între două corpuri de evaporare fiind de 5 – 7,50C. Pentru o temperatură de fierbere de circa 700C şi , presiunea absolută din sistem trebuie să fie de circa 230 mmHg.

Omogenizarea se efectuează numai pentru laptele concentrat fără zahăr şi are rolul de a îmbunătăţi stabilitatea emulsiei de grăsime din lapte prin micşorarea diametrului globulelor de grăsime de la 3 – 5 μm la mai puţin de 2 μm. Efectul omogenizării laptelui mai constă şi în creşterea vâscozităţii laptelui, creşterea tensiunii de interfaţă, scăderea capacităţii de coagulare, modificarea

punctului de coagulare şi a presiunii osmotice, scăderea capacităţii de oxidare a grăsimii, îmbunătăţirea digestibilităţii grăsimii.

Omogenizarea laptelui se face în două trepte de presiune: 15 – 25 Mpa şi 5 – 10 Mpa, la o temperatură a laptelui de circa 650C.

Fig.4.2. Principii de omogenizare a lapteluiStandardizarea finală a laptelui presupune stabilirea exactă a raportului de grăsime /

substanţă uscată negrasă, efectuându-se prin adăugare de apă, lapte degresat, lapte degresat concentrat, smântână omogenizată. Acum se adaugă şi săruri de stabilizare (carbonaţi şi bicarbonaţi), acid citric, fosfaţi, efectul de stabilizare a sărurilor depinzând de pH-ul laptelui.

Ambalarea laptelui concentrat, cu şi fără zahăr, se efectuează, în general, în cutii metalice de 400 ml până la câţiva litri, umplerea făcându-se la temperaturi scăzute pentru a evita spumarea.

Sterilizarea cutiilor, după închiderea etanşă, se realizează numai pentru laptele concentrat fără zahăr la 100 – 1200C timp de 20 – 15 min. Se poate utiliza şi sterilizarea în vrac UHT la 1300C timp de 3 s, urmată de ambalarea aseptică.

Adăugarea de zahăr se efectuează în cazul laptelui concentrat cu zahăr, conservabilitatea fiind asigurată fără a se mai face sterilizarea, cantitatea de zahăr adăugată trebuind să asigure o concentraţie a acestuia de circa 62,5 – 64,5%. Adaosul de zahăr se realizează după concetrarea laptelui pentru a nu conduce la consecinţe negative în calităţile laptelui concentrat.

Răcirea laptelui cu adaos de zahăr se face în scopul cristalizării lactozei. Pentru cristalizare, în laptele răcit la 30 – 320C se inoculează lactoză sub formă de soluţie din cristale pudră prin agitare continuă astfel încât să se asigure o concentraţie de 0,5o , după care laptele se răceşte în continuare la 100C. Cristalizarea lactozei se efectuează în cristalizatoare răcite în manta, prevăzute cu palete de răzuire.

Instalaţia de obţinere a laptelui concentrat

Concentraţia laptelui se realizează în două scopuri: asigurarea conservabilităţii laptelui prin eliminarea unei cantităţi de apă, astfel încât acesta să ajungă la un conţinut de substanţă uscată de circa 65%; economisirea de energie atunci când laptele concentrat este uscat (deshitratat), concomitent cu creşterea eficienţei instalaţiilor de uscare.

Prin concentrarea laptelui se utilizează instalaţii de concentrare prevăzute cu evaporatoare cu plăci, evaporatoare multitubulare cu film descendent sau evaporatoare cu rotor.

Evaporatoarele multitubulare sunt asemănătoare cu schimbătoarele de căldură cu ţevi. Alimentarea cu lichid preîncălzit se realizează pe la partea superioară cu ajutorul unei pompe, lichidul de concentrat scurgându-se într-un film subţire pe suprafaţa interioară a ţevilor aparatului (cu ф40 – ф60 mm şi lungimea de 3 – 6 m) împreună cu vaporii degajaţi din produs. De aici, amestecul de lichid concentrat şi vapori de apă intră tangenţial într-un separator de vapori.

Fig.4.3. Evaporator multitubular1. carcasă; 2. ţevi verticale; 3. placă intermediară de dirijare; 4. capac; 5,6. racorduri intrare –

ieşire lapte; 7,8. racorduri intrare – ieşire abur

Pentru aceste evaporatoare multitubulare cu film descendent prezintă importanţă: sistemul de distribuţie a lichidului care trebuie să asigure scurgerea sub formă de peliculă a laptelui; raportul dintre lungimea ţevilor şi suprafaţa de schimb de căldură, astfel încât să nu apară suprafeţe uscate, iar grosimea peliculei să fie de 1,5 – 1,8 mm (să nu scadă sub 0,5 mm); debitul de alimentare cu lichid, concentraţia şi vâscozitatea iniţială a laptelui; dispunerea uniformă a ţevilor pe secţiunea plăcii de prindere.

Prin exteriorul ţevilor circulă abur de joasă presiune la temperatura de circa 850C.Instalaţiile de concentrare a laptelui cuprind următoarele părţi componente:

- sistemul de vaporizare (evaporatorul), cuplat de cele mai multe ori cu separatorul de lichid/vapori;

- sistemul pentru condensarea vaporilor (condensator);- sistemul de termocompresie, numai la instalaţiile corespunzătoare;- echipamentul auxiliar: pompă de apă caldă, pompă de vid uscată, etc.

Condensarea vaporilor rezultaţi la concentrare se realizează în condensatoare de amestec sau de suprafaţă. La condensatoarele de amestec, vaporii se amestecă direct cu apa de răcire, rezultând apă caldă, în timp ce la condensatoarele de suprafaţă, vaporii condensează după ce vin în contact cu o suprafaţă răcită.

După modul de funcţionare, condensatoarele pot fi:- simple, dacă sunt puse în legătură directă cu pompa de vid, apa caldă rezultată din

condensarea vaporilor fiind extrasă chiar de aceasta;- barometrice, atunci când apa caldă din condensator se scurge într-un bazin printr-un

tub de circa 10 m, iar pompa de vid uscată extrage numai gazele şi aerul;- semibarometrice, atunci când apa caldă din condensator este extrasă de o pompă

centrifugală, iar gazele şi aerul cu ajutorul unei pompe de vid sau cu ejectoare.Concentrarea laptelui poate să aibă loc într-o singură treaptă sau în mai multe trepte,

caz în care randamentul instalaţiei se îmbunătăţeşte.Instalaţia se utilizează în special pentru obţinerea de produse lactate concentrate

utilizate ca furaj. Produsul din rezervorul de recepţie 1 este pompat cu pompa 2 în preîncălzitorul 3 unde este încălzit cu abur la o temperatură peste temperatura de fierbere din evaporatorul 4, unde este adus la fierbere sub vid, sub formă de peliculă descendentă. Cu cât diferenţa dintre temperatura aburului şi cea a produsului este mai mare cu atât deplasarea turbulentă este mai bună (de regulă 10 – 150C). Vaporii de apă degajaţi în evaporator ajung în separatorul 5, asemănător unui ciclon, unde sunt separaţi şi evacuaţi printr-o conductă în condensatorul 6 unde condensează prin amestec cu apă

rece. În schemă este utilizat un condensator barometric, dar poate fi utilizat şi un condensator semibarometric. Apa caldă din rezervorul de colectare 7 este evacuată cu pompa 9, în timp ce laptele concentrat colectat la partea de jos a separatorului 5 este evacuat cu o altă pompă de lichid.

Fig.4.4. Instalaţie de concentrare cu simplu efect1. rezervor de recepţie; 2,9. pompe de lichid; 3. preîncălzitor cu abur; 4. evaporator multitubular; 5. separator de vapori; 6. condensator; 7. vas colectare condens (apă caldă); 8. pompă de vacuum

Pompa de vacuum 8 are rolul de a prelua gazele necondensabile şi aerul, dar şi pentru a menţine nivelul de depresiune în instalaţie. Concentrarea laptelui şi a produselor lactate lichide (zer, zară) într-o singură treaptă este neeconomică din cauza consumului mare de căldură şi apă de răcire şi, de aceea, în industria laptelui se utilizează instalaţii de concentrare în mai multe trepte aşa cum se prezintă şi la instalaţia din figura urmatoare.

Concentrarea în mai multe trepte are la bază principiul recuperării entalpiei aburului secundar format în evaporatorul precedent şi utilizarea lui ca agent termic în evaporatorul imediat următor. Presiunea de lucru scade cu fiecare treaptă ceea ce conduce la scăderea temperaturii de fierbere a laptelui, diferenţa de temperatură de la un corp la altul fiind de 10 – 25 0C. Scăderea temperaturii de fierbere a laptelui de la un corp la altul contribuie la protejarea laptelui, care îşi păstrează în mare măsură calităţile iniţiale.

Fig.4.5. Instalaţie de concentrare a laptelui prin evaporare cu trei corpuri

După fiecare evaporator tubular, laptele intră printr-un separator de lichid/vapori, vaporii fiind utilizaţi pentru o nouă încălzire a laptelui care intră în evaporatorul treptei următoare.

În exploatare se utilizează destul de mult instalaţii de concentrare a laptelui în mai multe trepte de tip Anhidro cu termocompresie alcătuită din: evaporatoare, separatoare de vapori,

condensator, serpentine de încălzire, pasteurizator multitubular, ejectoare, pompă de vid cu inel de apă, pompe pentru lichide, etc.

Fig.4.6. Instalaţie pentru obţinerea laptelui concentrat1. evaporatoare; 2,4. pasteurizator; 3. separatoare de vapori; 5. condensator; 6. separator;

7,8,10. pompe de lichid; 11. ejector; 12. ventile de siguranţă