Soluzioni consigliate per la pastorizzazione UHT e HTST
Convalida
La pastorizzazione UHT e HTST è un processo termico ampiamente regolamentato che prevede la sterilizzazione di prodotti liquidi (generalmente alimenti) prima dell’imballaggio. Questo processo termico serve a sterilizzare alimenti e bevande quali latte, succo, condimenti e yogurt, garantendo che preservino la propria integrità sensoriale e diventino prodotti a lunga conservazione.
La progettazione tipica di un impianto di pastorizzazione UHT e HTST comprende:
- Scambiatore di calore a piastre PHE (di norma, per prodotti a bassa viscosità e privi di particolato) o tubolare THE
- Tubo sostatore di dimensioni tali da garantire il raggiungimento del tempo di trattamento corretto
- Vaso di espansione
- Sistema di controllo e monitoraggio
La pastorizzazione UHT e la pastorizzazione HTST vengono generalmente definite come segue:
Pastorizzazione rapida (HTST)
La pastorizzazione HTST è il metodo di gran lunga preferito e prevede il riscaldamento del prodotto a 72 °C per circa 15 secondi.
Ultrapastorizzazione (pastorizzazione UHT)
La pastorizzazione UHT prevede il riscaldamento del prodotto (in particolare, del latte) a 130-150 °C per 0,5-1,0 secondi. Il processo, che secondo alcuni corrisponde a una sterilizzazione e non a una pastorizzazione, produce un periodo di validità significativamente superiore.
Durante la pastorizzazione HTST
La pastorizzazione HTST, talvolta definita pastorizzazione rapida, è un processo termico continuo in cui:
- Il prodotto crudo freddo (4 °C) viene inserito nell’impianto.
- Il prodotto attraversa lo scambiatore di calore a piastre,
in cui la temperatura aumenta a 72 °C. - Il prodotto prosegue poi nel tubo sostatore per 15 secondi.
- In seguito, il prodotto viene convogliato nuovamente alla sezione di rigenerazione, dove viene raffreddato a circa 32 °C prima di passare nuovamente attraverso lo scambiatore di calore e raggiungere una temperatura di uscita di 4 °C.
La pastorizzazione UHT prevede un processo di preriscaldamento, seguito dall’esposizione a temperature elevate di 130-150 °C per 0,5-1,0 secondi.
Durante la pastorizzazione UHT:
- Il prodotto viene immesso in un sistema di rimozione dell’aria, attraverso il quale raggiunge lo scambiatore di calore.
- In seguito al riscaldamento, il prodotto attraversa il tubo sostatore, dove riceve l’effetto di tempo-temperatura necessario.
- Procede quindi attraverso l’unità di raffreddamento (scambiatore di calore), dove viene raffreddato per preservare i nutrienti e i componenti del gusto, prima di entrare nell’unità di confezionamento.
Procedure CIP e SIP
Una volta completato il trattamento del prodotto in un ciclo di pastorizzazione UHT o HTST, l’impianto deve essere sottoposto a una procedura clean-in-place (CIP), che prevede generalmente sequenze di acqua calda e soluzioni alcaline o acide. Ciò serve ad assicurare superfici pulite e a ridurre il rischio di successive incrostazioni (coagulazione), che potrebbero influire sulla velocità di trasferimento del calore e sul tempo di permanenza del prodotto.
L’intera configurazione dell’apparecchiatura del processo di pastorizzazione UHT e HTST deve essere sottoposta a intervalli regolari alla procedura sterilization-in-place (SIP), in cui vengono utilizzati vapore, H2O2, radiazioni o una combinazione di questi metodi. Per le linee di riempimento, la sterilizzazione viene eseguita mediante vapore o acqua ad alta pressione, generalmente a 121 °C per 30 minuti. La sterilizzazione del vaso di espansione, tuttavia, deve essere eseguita con vapore saturo a causa dell’ampio volume.
Processo
I processi di convalida della pastorizzazione UHT e HTST si dividono generalmente in tre fasi:
- Qualifica dei serbatoi per quanto concerne la temperatura massima e l’uniformità della temperatura (distribuzione) al fine di dimostrare la sterilità, ossia esecuzione di una procedura SIP (sterilization-in-place) sufficiente tra un ciclo di produzione e l’altro.
- Convalida del profilo di temperatura/tempo attraverso il tubo sostatore per dimostrare l’ottenimento di calore sufficiente al fine di definire un prodotto asettico o sterile. A tal proposito, è importante anche stabilire la temperatura di uscita del prodotto dal tubo sostatore.
- Convalida di eventuali differenze di temperatura lungo le tubature e il tubo sostatore per individuare il momento in cui si verificano possibili incrostazioni (blocco del flusso). Se le tubature risultano pulite, la variazione di temperatura tra l’ingresso e l’uscita del tubo sostatore rientra generalmente tra 0,3 e 0,5 °C, mentre le incrostazioni causano l’aumento di tale valore da 1 a 4 °C, indicando l’accumulo di resistenza all’interno del tubo. In caso di incrostazione, è necessario eseguire una nuova procedura CIP/SIP.
Per quanto riguarda la sterilità, esistono due approcci adottati negli impianti di pastorizzazione UHT e HTST, ossia il metodo overkill, che prevede l’utilizzo di indicatori biologici e strisce contenenti spore di microrganismi surrogati, e il metodo della riduzione logaritmica, nell’ambito del quale i sistemi di convalida di Ellab risultano essenziali per campionare accuratamente i dati relativi a temperatura e pressione.
Challenge microbico nella pastorizzazione UHT e HTST:
Un challenge microbico viene eseguito utilizzando, ad esempio, spore. I test vengono effettuati durante fasi diverse del processo: immediatamente dopo l’avvio, a metà e subito prima della fine. Tali prove servono prevalentemente per identificare variazioni durante il processo in funzione del tempo. Tuttavia, sono piuttosto costose e non forniscono risultati immediati.
Mappatura termica e metodo della riduzione logaritmica per la pastorizzazione UHT e HTST:
L’utilizzo di dati parametrici, che prevede la misurazione della temperatura e/o della pressione, rappresenta un metodo particolarmente attendibile che fornisce risultati immediati. L’esecuzione della mappatura termica (uno studio di distribuzione del calore) nel vaso di espansione o nel serbatoio asettico rappresenta la prima fase di ogni procedura di convalida della pastorizzazione UHT e HTST. Tale operazione garantisce l’applicazione della procedura sterilization-in-place (SIP) corretta e adeguata al serbatoio, in quanto rappresenta la posizione finale del prodotto prima dell’immissione nelle macchine di riempimento.
Una volta completate la mappatura e l’identificazione del punto freddo (punto critico), vengono posizionati i sensori ed eseguiti più cicli SIP consecutivi per dimostrare l’ottenimento della sterilità. Ciò avviene mediante il calcolo del valore F0 (riduzione logaritmica pari a 6 o 12).
Sfide
La convalida di un processo asettico continuo, ad esempio la pastorizzazione UHT o HTST, implica diverse considerazioni, tra cui la più importante è l’identificazione delle posizioni del punto critico. I punti critici corrispondono alle parti del sistema che reagiscono più lentamente ed è particolarmente importante individuarli all’interno del tubo sostatore. A seconda del tipo di prodotto, il punto freddo potrebbe trovarsi al centro di un tubo o in altre posizioni geometriche. Pertanto, è necessario definire il punto critico prima della convalida della pastorizzazione UHT o HTST, utilizzando modelli matematici e misurazioni effettive.
Poiché l’apparecchiatura per la pastorizzazione UHT e HTST presenta dimensioni piuttosto estese, una delle sfide principali è il posizionamento dei dispositivi di misurazione. A fronte di tale difficoltà, si consiglia caldamente l’utilizzo di data loggers senza fili, che non presentano limiti di portata.
Un’altra sfida consiste nella capacità di misurare la temperatura effettiva del prodotto all’interno dell’impianto di pastorizzazione. A tal fine, potrebbe risultare necessario montare guarnizioni smart o speciali valvole di inserimento (valvole Janz), che vengono saldate sui punti critici delle tubature, consentendo l’inserimento dei sensori attraverso un sistema di membrane che si restringono. Qualora ciò non fosse possibile, un’altra soluzione potrebbe essere la misurazione della temperatura superficiale all’esterno del tubo e l’esecuzione di correlazioni della temperatura per compensare le differenze.
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Linee guida
La pastorizzazione UHT e HTST deve essere conforme alle norme applicabili ed essere qualificata e convalidata.
Esistono diverse norme alimentari relative a questi processi, ad esempio AS 3993 (2003), NZFSA (2003) e gli Standard tempo-temperatura per la pastorizzazione e il trattamento UHT pubblicati dal Public Health Service (Servizio di sanità pubblica) degli Stati Uniti, nonché il titolo 21, parti 110, 113 e 114, del CFR della FDA.
Linee guida generali relative all’apparecchiatura:
- Certificazione ISO 9001
- Linee guida di FDA/USDA e CEE
- Approvazioni CE e UL
- cGMP o GAMP5
- ISO/IEC 12207 (Processi del ciclo di vita del software)
- Linee guida emesse dalle autorità locali
Metodo
La convalida dei sistemi di pastorizzazione UHT e HTST è importante al fine di garantire che i parametri utilizzati, oltre a essere adeguati, garantiscano un prodotto sottoposto a un processo termico sicuro e, al contempo, non ne compromettano la qualità e gli attributi sensoriali desiderati.
I risultati delle misurazioni, inoltre, devono:
- Stabilire la distribuzione nel tempo e nello spazio della temperatura all’interno del prodotto, garantendo un trattamento e una sicurezza alimentare adeguati.
- Fornire il profilo di temperatura (a livello di tempo e spazio), che deve includere le informazioni necessarie per calcolare il valore (F0/P0) di letalità.
- Fornire indicazioni per la realizzazione di modelli matematici del processo e un migliore controllo dello stesso.
Punti delle procedure operative standard (POS) relativi ai vasi di espansione:
Pur essendo possibile, l’utilizzo del sistema a termocoppia E-Val Pro potrebbe rivelarsi piuttosto complicato, in quanto comporta alcuni pericoli considerevoli. Potrebbe risultare difficile gestire serbatoi ampi con cavi di 7 metri, considerando che la posizione dei sensori all’interno deve essere strategicamente corretta.
L’utilizzo del sistema di data loggers senza fili TrackSense Pro rappresenta l’opzione di gran lunga migliore in questo caso, in quanto i data loggers possono essere posizionati ovunque. Fissando saldamente i loggers, ad esempio mediante una corda o fune sterilizzata oppure tramite un nastro adesivo robusto e il sistema di tenuta per loggers in silicone FixPro, è possibile posizionarli nei punti adeguati all’interno dei serbatoi.
Punti delle procedure operative standard (POS) relativi a linee asettiche e tubi sostatori:
L’utilizzo di E-Val Pro per linee asettiche non è sempre facile, in quanto è possibile che le termocoppie SSA di lunghezza standard da 7 metri non riescano a coprire tutte le sezioni di un sistema asettico/UHT di grandi dimensioni. Ovviamente, ciò può comportare alcune difficoltà. Qualora non sia possibile posizionare le termocoppie nelle aree critiche del processo di pastorizzazione UHT o HTST mediante una valvola di inserimento (Janz) o una guarnizione smart, il posizionamento di sonde superficiali di tipo MHD all’esterno delle tubature potrebbe rappresentare un’alternativa. Nel caso in cui si utilizzino sonde superficiali, tuttavia, potrebbe essere necessario considerare gli offsets, il che, a sua volta, rende importante il posizionamento da parte degli addetti alla convalida il più vicino possibile al tubo su cui è installato un sensore di temperatura tarato.
L’utilizzo dei data loggers TrackSense Pro risulta molto più efficiente per la pastorizzazione UHT e HTST, in quanto un sistema di data loggers senza fili consente di superare le sfide relative alla convalida o alla misurazione delle aree critiche di un sistema di trattamento termico continuo dal design ampio (frequente per i sistemi HTST e Hot-Fill-Hold). Questo processo può essere ulteriormente ottimizzato mediante l’opzione SKY per i dati in tempo reale.
Al fine di convalidare i processi di pastorizzazione UHT e HTST in base ai criteri di accettazione predefiniti, il software ValSuite™ risulta ideale qualora si utilizzino i seguenti reports e funzioni standard.
- Report F0: calcolo del valore di letalità
- Commenti: specifiche e foto dell’apparecchiatura per i test
- Report dei limiti: temperatura
- Unità: mappatura dei punti di misurazione, immagini incluse
- Marcatori temporali: zona di riscaldamento, zona di trattamento termico, zona di raffreddamento (e sottozone)
- Report di convalida avanzato: temperatura e valutazione P-Unit dei criteri dell’intero processo con indicazione di superamento o meno
- Reports statistici: valori minimo, massimo, medio e delta di tutti i parametri
- Documenti Word: presentazione POS