Principios de limpieza química (CIP) para la industria de alimentos

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1 Principios de limpieza química (CIP) para la industria de alimentos Gustavo Birollo (M.Sc) Tetra Pak S.R.L. Introducción La limpieza es una parte importante de la producción de alimentos y la efectividad del proceso de limpieza tiene considerables implicaciones sobre la calidad del producto alimenticio final. Todas las superficies de equipos usados en la producción de alimentos se ensuciarán tarde o temprano. Una superficie mal limpiada puede estropear la producción de un día entero. El propósito de la limpieza es limpiar tanto como sea necesario para liberarse de impurezas y para reducir la cantidad de bacterias. Una superficie limpiada eficazmente es más fácil de esterilizar. El resultado del proceso de esterilización depende, entre otras cosas, de la cantidad de microorganismos resistentes presente sobre la superficie al comienzo de dicho proceso. Además, los microorganismos protegidos dentro de impurezas son habitualmente más difíciles de destruir. Se usan en general dos métodos para remover impurezas: CIP (Cleaning in place limpieza in situ o limpieza sin desmontar): Limpieza de partes completas de una planta o de circuitos de tubería, realizada sin desmontar o abrir el equipo y con poca o ninguna intervención manual del operador.

2 COP (Cleaning out of place limpieza fuera de posición): Los artículos a limpiar se colocan en una máquina lavadora, o se dejan en posición y se bombean detergentes y agentes de limpieza a través de los mismos. La realización de CIP tiene numerosas ventajas: - Costo Mejor uso del agua, productos químicos y calor - Mejor uso de la planta Menos tiempo de parada - Menos trabajo manual No es necesario desmantelar la planta, no hay riesgos de error humano - Mayor seguridad para los operarios Protección al calor y los productos químicos - Mayor consistencia y seguridad en los resultados Capaz de ser monitoreado con rapidez y exactitud El sistema debe ser diseñado e instalado en forma cuidadosa ya que errores en las líneas como zonas muertas, malas conexiones y superficies rugosas pueden tener efectos o resultados desastrosos. El sistema CIP deberá ser diseñado de acuerdo al resultado final requerido. Por ejemplo para productos finales, es esencial remover todas las esporas por lo que el sistema CIP deberá tener un proceso de esterilización. También deberá preverse que con la estación de CIP no se produzcan contaminaciones cruzadas ni de microorganismos (esporas) o fagos para el caso de elaboración de productos fermentados. Definiciones: Limpieza: eliminación de residuos alimenticios, lodo, grasa u otras materias. Suciedad: un término general para materia no deseada incluyendo residuos de productos. Desinfección: destrucción de microorganismos, mediante procedimientos o agentes físicos o químicos satisfactorios, aplicados en superficies limpias de forma que se reduzca el número de microorganismos a un nivel tal, que no de lugar a contaminación peligrosa de los alimentos se pongan en contacto con las superficies desinfectadas. Esterilización: destrucción total de todos los microorganismos incluyendo las esporas, llevada a cabo química o térmicamente. Clasificación de Microorganismos Los microorganismos que normalmente encontramos en los productos alimenticios son: bacterias, hongos y levaduras. Estos microorganismos presentan distinta resistencia tanto a la temperatura como a los agentes químicos y al ph del medio. Teniendo en cuenta la temperatura a efectos de la limpieza son de interés los siguientes grupos:

3 Microorganismos no termodiúricos: micro-organismos poco resistentes al calor. Incluyen bacterias lácticas, estafilococos, la mayoría de los gram negativos incluyendo coliformes, levaduras y algunos hongos. El agua caliente (80 C) y la mayoría de los agentes químicos son efectivos sobre estos. Microorganismos Termodiúricos: Micro-organismos altamente resistentes a la temperatura. Incluyen algunas esporas bacterianas y unos pocos micrococos. Procedimientos como circulación de agua hirviendo o vapor (T>120 C) y unos pocos agentes químicos pueden esterilizar matando estos microorganismos. No obstante debe tenerse en cuenta que hay esporas de micro-organismos que resisten 1 hora a 100 C, como el Clostridium botulinum tipo A y se encuentran esporas aún mas resistentes como la del Clostridium thermosacharolyticum. Las esporas se forman dentro de la célula al producirse condiciones ambientales adversas como por ejemplo la falta de nutrientes o acumulación de sustancias metabólicas nocivas. Estas endoesporas debido a que están protegidas por una pared sólida y poseen escaso contenido de agua son resistentes al calor, la sequedad y a las sustancias nocivas. Los dos géneros bacterianos más importantes formadores de esporas son Bacillus y Clostridium. Los microorganismos se pueden desarrollar a distintos niveles de ph por ejemplo: ph mínimo ph máximo Bacterias 1 11 Levaduras Hongos 1 11 Esto indica que en un medio como una solución de limpieza podría permitir el crecimiento microbiano si se suma que por malos enjuagues iniciales existan nutrientes en estas soluciones y además se mantenga la solución a una temperatura ambiente. La resistencia a la temperatura de los microorganismos se ve disminuida por condiciones de ph extremos por lo que en una solución de limpieza (de soda o ácido) sin nutrientes y mantenida a una temperatura mayor a 60 C no sería probable el crecimiento bacteriano. El hecho de que no sea probable el crecimiento microbiano no indica que estas soluciones sean estériles, muy por el contrario pueden albergar esporas de microorganismos que se convertirán en células vegetativas al encontrar el medio adecuado. Los esporos son resistentes a ph ácidos, algunas cepas son resistentes a ebullición constante de ClH al 20% hasta 30 minutos. Por otra parte, los álcalis son poco esporicidas a elevadas temperaturas, las soluciones de hidróxido de sodio al 5% W/V a 40 destruye 100 esporos de Bacillus subtilis en 24.5 hs a 40 C. Además de esporas, las soluciones también pueden contener bacteriófagos que son virus que atacan y destruyen las bacterias. Estos bacteriofagos pueden vivir en las soluciones de limpieza y pueden generar importantes problemas en los procesos fermentativos. La destrucción de los fagos se logra con un tratamiento térmico a 90 C por mas de 5 minutos, el uso de una solución de hipoclorito de sodio al 0.5%, también el ácido peracético posee un fuerte efecto sobre los fagos. Las centrales de CIP son un importante agente de contaminaciones cruzadas, ya que sus soluciones van a pasar por equipos donde se trabaja con producto crudo y luego por otros donde se trabaja con producto pasteurizado listo para envasar, o por líneas por donde se va a alimentar una llenadora aséptica. De esta forma se puede estar esparciendo esporas del área de

4 producto crudo y pasteurizado al área de producto aséptico, estas esporas raramente van a ocasionar problemas en los productos pasteurizados ya que su distribución se hace en cadena de frío y su vida de estante no es prolongada, pero si se va a ocasionar serios problemas en un producto aséptico que se distribuirá a temperatura ambiente y su vida será mucho mayor. Lo mismo se puede plantear con los fagos, la misma solución que limpia los tanques de suero (lugar de desarrollo y multiplicación fágica) va a limpiar las tinas queseras o los lactofermentadores, trabajando como un vector de esparcimiento de este fago por toda la planta. Todo esto indica que el tecnólogo deberá analizar muy bien su proceso en el momento de decidir si va a colocar una sola central de CIP o varias. Tipos de suciedades: El producto, su proceso y su suciedad característica obviamente juegan un rol crucial en el momento de la elección de los productos químicos, especialmente en las formulaciones de los detergentes. Las suciedades pueden clasificarse de acuerdo con su solubilidad y constituyentes Solubles en álcali Solubles en ácidos Insolubles en ácidos y álcalis Solubles en solventes orgánicos - Grasas vegetales - Grasa de leche - Grasas animales - Proteínas - piedra cálcica - dureza del agua - herrumbres - depósitos minerales - algunas proteínas (ácidos muy fuertes) - fibras orgánicas (plásticos, madera, gomas) - carbono - cera - grasa - aceites - grasas - ceras - ciertas fibras orgánicas Las suciedades simples son pocos comunes, normalmente las suciedades presentes son complejas como por ejemplo la piedra de leche que esta compuesta de la siguiente forma: - Agua: 2,7 % - Materia Grasa: 10 % - Proteínas: 20 % - Minerales: 50 % La velocidad de la formación de las suciedades en el proceso lácteo depende de la temperatura de calentamiento, de la diferencia de temperatura entre la superficie de calefacción y la leche y de las condiciones de flujo. También existen otros factores que deben ser tenidos en cuenta:

5 - a menor ph mayor ensuciamiento, en leches acidificadas a ph 6.4 se ve un importante grado de ensuciamiento - la variación estacional de la leche produce variaciones en la velocidad de ensuciamiento - el almacenamiento en frío de la leche por mas de 20 hs disminuye el depósito de suciedad - el precalentamiento de la leche hasta un grado que determine la desnaturalizción de las proteínas de suero disminuye el ensuciamiento. - la formación de burbujas de aire en la superficie calentada aumenta mucho el grado de ensuciamiento. El desaireado de la leche disminuye considerablemente el ensuciamiento. La suciedad puede traer problemas adicionales como la formación de bio films sobre las superficies. La composición de estos es compleja, compuesta por combinaciones de proteínas y polisacáridos. Estos biofilms son generados por ciertos microorganismos. No todas las bacterias producen estos films y algunas especies los producen únicamente en presencia de nutrientes específicos como azúcares. Estos films permiten que las bacterias se adhieran a la superficie de los equipos, y desde esta superficie puede ser transferida a los alimentos y de esta forma contribuir a la contaminación de estas. El número de bacterias en estos biofilms puede llegar a cifras inusualmente altas como de bacterias/ml. Estas concentraciones pueden ser dificultosas de remover de la superficie adonde están adheridas salvo que se realice un raspado vigoroso seguido de una sanitización de las superficies. Los hongos generalmente no producen estos films, la capa de tipo patinosa que producen es debido en forma directa al micelio. Se debe tener en cuenta que no todos los films que se vean serán biofilms. Almidones y otros compuestos pueden generar films donde si serán fácilmente depositables bacterias, ejerciendo este film un efecto protector sobre las mismas. Estos films si bien no contendrán una concentración de bacterias tan alta tampoco son deseables. Se ha encontrado que uno de los generadores más importantes de biofilms en relación a la contaminación de productos lácteos es el microorganismo Bacillus spp. Estas cepas provienen principalmente de dos fuentes: como esporas sobrevivientes de los procesos de pasteurización y de las soluciones de limpieza alcalinas ya que son altamente resistentes a la alcalinizad. En función de lo expuesto hay algunos principios básicos en la remoción de la suciedad para obtener una superficie limpia que debe ser llevado a cabo por cualquier proceso de limpieza: 1- eliminación de la suciedad libre por enjuague 2- contacto íntimo entre el detergente y la suciedad, usando las propiedades de penetración y humectación 3- eliminación las suciedades mediante la saponificación de las grasas, peptización de las proteínas y disolución de las sales minerales 4- dispersión la suciedad mediante la floculación y la emulsificación 5- prevención de la re-deposición de la suciedad proveyendo buenos enjuagues Para lograr esto se debe escoger adecuadamente el agente de limpieza con el adecuado turbulencia, tiempo y temperatura.

6 Fig1: Central de CIP Tetra Pak Bibliografía 1- ICMSF - Ecología Microbiana de los Alimentos Volumen I Editorial Acribia Zaragoza (1980) 2- P.Walstra, R.Jenness - Química y Física Lactologica Editoral Acribia Zaragoza (1987) 3- Tetra Pak Manual de Industrias Lácteas Madrid Vicente Ediciones Madrid (1996) 5- J.Troller Sanitation in Food Processing Academic Press New York (1983) 6- Tetra Pak Material Corporativo

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