La limpieza y desinfección en la industria de bebidas: Los CIPs y el uso del peróxido-peracético

En las industrias alimentarias además de la necesidad de producir el mayor número de unidades posibles del alimento procesado, estas deben ser de calidad adecuada. En este sentido deben ser seguras, no producir ninguna toxiinfección a quién las consuma, y mantener las características físico-químicas y organolépticas en todos los lotes durante toda su vida comercial. Un aspecto importante es asegurar un protocolo de higienización adecuado de las instalaciones y equipamientos, de tal forma que no quede ningún tipo de restos que pudieran alterar los productos producidos posteriormente.

Básicamente existen dos tipos de procesos de higienización de superficies en industria alimentaria: los procesos OPC (Open Plant Cleaning) y los procesos CIP (Cleaning In Place). Los procesos OPC consisten en limpiezas de superficies “exteriores” como cintas, mesas de trabajo, exteriores de llenadoras, de depósitos, etc. Habitualmente este tipo de limpieza se realiza mediante aplicación de agua a presión y productos de limpieza y desinfección en forma de espuma, para mantener más tiempo de contacto con las superficies a higienizar. Por otra parte, los procesos CIP son para higienizar superficies “interiores” como interiores de tanques, de depósitos, de tuberías, de llenadoras, etc.

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Limpieza

En las industrias de bebidas, se simultanean ambos procesos de higienización, aunque tienen mucha más importancia los procesos de limpieza CIP. CIP es el acrónimo de Cleaning in Place (limpieza “in situ”). Significa la limpieza de plantas de producción sin desmontar o cambiar el estado de funcionamiento para asegurar la consistencia y sostenibilidad. Para completar una limpieza eficiente deben estar presentes los cuatro elementos incluidos en el círculo de Sinner:

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Estos elementos son: Producto de limpieza, Potencia mecánica, Potencia calorífica y Tiempo. Todos los elementos deben estar presentes en todo momento durante la actividad de limpieza, cada uno de ellos en la escala que le corresponde. Si se desea disminuir alguno de estos elementos se debe incrementar otro u otros para completar el círculo. Vamos a analizar cada uno de ellos por separado:

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Tiempo

Todos los procesos físico-químicos de disolver/dispersar depósitos de suciedad dependen de factores de tiempo. Si se analiza desde el punto de vista de la eficiencia química del detergente, la suciedad se elimina capa a capa; aunque tengamos una alta concentración de detergente, es necesario un cierto tiempo de contacto antes de poder eliminar la última capa de suciedad. En el caso de los depósitos y tanques, el tiempo también estará en función del tipo de bolas de limpieza.

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Potencia mecánica

En los procesos CIP se refiere a caudales, velocidad y presión de flujo. Si se está limpiando tuberías, se deben considerar el caudal y la velocidad de flujo. Durante la limpieza, se debe conseguir que el flujo sea turbulento en tuberías.

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Flujos Laminar y Turbulento

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La velocidad de flujo es la distancia recorrida por tiempo (m/s). La velocidad del fluido varia en el interior del circuito, es más alta en el centro de la tubería y menor en su pared (debido a la fricción), y a esto se le denomina perfil de velocidad. La capa de líquido de la superficie de la tubería cuya velocidad es cero se denomina “capa sub-laminar”. Cuando se aumenta la velocidad, la capa sub-laminar se hace más delgada y la suciedad de la superficie de la tubería puede “recibir” la acción mecánica. Para una limpieza la velocidad mínima requerida es 1,5 m/s, para eliminar la capa sub-laminar se precisa >0,3 m/s por lo que la velocidad de flujo recomendable durante el ciclo de limpieza debe ser de al menos 1,8 m/s.

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Si se están limpiado depósitos o tanques tenemos que tener en cuenta el caudal y la presión. El enfoque tradicional es utilizar grandes volúmenes de líquido a baja presión, se utilizan bolas estáticas y el objetivo es asegurar que el líquido de limpieza fluya a través de toda la superficie interna. El efecto de la limpieza se realiza por deslizamiento de las disoluciones de limpieza por las paredes de los depósitos hacia abajo, es decir, por efecto de la gravedad. Mediante este tipo de bolas fijas el consumo de disoluciones es alto (con el consiguiente sobre coste), además de mayor tiempo, ya que la potencia mecánica es muy baja y al efecto de limpieza deberán contribuir en mayor grado el tiempo, la potencia calorífica y el producto químico. Por otra parte, existe un método más moderno y más eficaz que implica dirigir un volumen más pequeño de líquido de limpieza a mayor presión hacia las superficies. Esto se realiza mediante un chorro que produce una acción de fregado (efecto mecánico). Para este método se utilizan unos cabezales rotativos de chorro. Con estos cabezales se consigue impactar el chorro por toda la superficie interna de los tanques.

Es importante elegir correctamente el número, el tipo y la ubicación de la bola o bolas de pulverización para conseguir una cobertura total, ya que hay que tener en cuenta posibles formaciones de “sombras” debidas a agitadores, deflectores, bocas de inspección, tuberías, etc.

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Bolas de pulverización estáticas.

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Producto de limpieza

Este elemento se refiere a energía química o la concentración de la disolución de limpieza. La elección del detergente más adecuado estará en función de:

Rápida y completa solubilidad en agua.

Rápida hidratación y disolución de la suciedad.

Alto poder secuestrante.

Buena capacidad de enjuague.

No espumante.

Compatible con el equipo a limpiar.

No corrosivo.

Biodegradable.

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Potencia calorífica

Se refiere a la energía térmica. Afecta tanto a la viscosidad como a la velocidad de reacción. La elección de la temperatura para la limpieza dependerá de la posibilidad de calefacción de disoluciones, tipo de suciedad, dificultad de eliminación de la suciedad, fórmula del detergente, los materiales de los equipos que se limpien, … En general, un aumento de la temperatura de 10 ºC duplica la capacidad de reacción química del detergente. El control de temperatura es importante, y más caliente no siempre es mejor (ya que a partir de cierta temperatura se pueden desnaturalizar proteínas). En este contexto, la medición precisa de la temperatura y la calibración periódica de los termómetros es muy importante.

Los cuatro elementos de limpieza deben estar presentes en mayor o menor medida. Si se elimina totalmente uno de ellos no se consigue una limpieza adecuada. Por otra parte, además de estos cuatro elementos, hay que incluir otro elemento adicional: la COBERTURA. Si las disoluciones de limpieza no acceden de manera adecuada a todas las superficies a limpiar, no conseguiremos una limpieza completa. A continuación, se puede observar un problema de cobertura:

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Tinción con Riboflavina: a) Teñido fluorescente aparece en la superficie del tanque antes del aclarado, b) teñido residual permanece en la “sombra” del agitador después del aclarado.

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Dentro de la cobertura podemos distinguir entre: cobertura directa, que sería la superficie a las disoluciones de limpieza acceden directamente desde la bola o chorro; y la cobertura indirecta, que sería la superficie a la que las disoluciones de limpieza no impactan directamente desde la bola o chorro sino que acceden por efecto de cascada o deslizamiento desde superficies superiores. Si precisamos mayor efecto de limpieza en una zona de cobertura directa, se puede conseguir aumentando la presión; sin embargo, en una zona de cobertura indirecta para conseguir un mayor efecto de limpieza se precisa aumentar el caudal y, en su caso, el tiempo.

En el caso de tuberías es importante acceder a todos los puntos de la superficie interna de la tubería, por ello hay que prestar especial atención a válvulas (es conveniente realizar unas aperturas/cierres breves durante los ciclos de higienización), bifurcaciones (Ts) y puntos donde estén instaladas sondas como de temperatura, conductividad, flujo, presión, … En cualquier caso, es aconsejable realizar inspecciones del interior de las tuberías mediante desmontaje de algún elemento e introducción del boroscopio.

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Desinfección

Así como para la limpieza es indispensable pensar en el círculo de Sinner, para la desinfección los factores a tener en cuenta son: cobertura, tipo de producto desinfectante, dosis, temperatura y tiempo de contacto. Es decir, el efecto mecánico no es importante.

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Cobertura

Hay que asegurarse que la disolución desinfectante se pone en contacto con el total de la superficie. Por lo que habrá que asegurar una eliminación anterior de cualquier tipo de residuo como producto alimenticio, incrustaciones minerales u orgánicas, biofilms, … En este sentido es importante no descuidar los posibles “puntos negros” como válvulas (abrir y cerrar durante la fase de desinfección), bifurcaciones (Ts), puntos donde existan sondas, bocas de inspección, deflectores, agitadores, …

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Producto desinfectante

El producto desinfectante debe tener las siguientes características:

• Ser altamente eficaz contra una amplia variedad de microorganismos en bajas concentraciones, es decir, ser económico a la dosis de uso.

• No debe ser corrosivo ni manchar los materiales que estén en contacto con el desinfectante.

• Ser tan específico como sea posible contra los microorganismos que se pretenden eliminar.

• Ser un buen reductor de tensión superficial, es decir, tener buenas propiedades humectantes y penetrantes para poder acceder con mayor facilidad a contactar con las superficies en su totalidad.

• Ser estables en almacenamiento.

• Ser fácilmente aplicables/dosificables en condiciones prácticas de uso.

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Existen dos tipos principales de productos desinfectantes: los oxidantes y los no oxidantes.

Dentro de los desinfectantes oxidantes los más habitualmente utilizados son los basados en cloro y los basados en peróxido-peracético. Las ventajas de ambos son que tienen un amplio espectro de actuación y son rápidos, y las desventajas principales es que son inestables y corrosivos por lo que hay que manipularlos con precaución. En ambos casos oxidan también la materia orgánica presente, con lo que también se inactivan, al menos parcialmente, en presencia de materia orgánica; por lo que es muy importante que la limpieza previa sea excelente. Entre los desinfectantes clorados, destacan por uso el hipoclorito sódico y el dióxido de cloro. Entre los desinfectantes basados en peróxido-peracético los más utilizados son el peróxido de hidrógeno y las mezclas de peróxido de hidrógeno y ácido peracético. En este último caso se produce un efecto sinérgico de ambos compuestos y mejoran las disoluciones que contienen únicamente peróxido de hidrógeno ya que no precisan tanto tiempo ni temperaturas tan altas.

Por otra parte, dentro de los desinfectantes no oxidantes destacan los basados en amonios cuaternarios, los ácidos aniónicos, los basados en Biguanida y los desinfectantes anfóteros. Los desinfectantes basados en amonios cuaternarios tradicionalmente no se utilizan para sistemas CIP debido a que son altamente espumantes. Los desinfectantes ácidos aniónicos según el tensoactivo utilizado en su formulación puede ser altamente espumante o de espuma controlada. Solo en este último caso sería aplicable para los sistemas CIP. Permiten realizar en una misma operación las fases ácida y desinfectante. Los desinfectantes basados en Biguadina se puede utilizar en sistemas CIP, presenta una actividad similar a los amonios cuaternarios excepto en las bacterias Gram-negativas, contra las que la Biguanida es más efectiva. En cuanto a los desinfectantes anfóteros presentan una efectividad adecuada frente a distintos tipos de microorganismos, aunque generalmente presentan problemas en cuanto a su aplicación en sistemas CIP por formación de espumas. No obstante, existen formulaciones en las que se puede controlar la espuma.

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Temperatura

La temperatura por si misma puede ser un sistema de desinfección. Aunque en estos casos se precisan mantener altas temperaturas en todas las superficies durante un tiempo determinado. Estos sistemas tienen unos costes muy altos y pueden presentar a medio/largo plazo otros efectos adversos como incrustaciones minerales (principalmente de origen calcáreo debido a las sales de calcio presentes en el agua).

Por otra parte, en algunos formulados desinfectantes mejoran su actividad biocida a determinada temperatura y en otros casos pueden generar reacciones corrosivas principalmente en el caso de productos oxidantes clorados.

Por todo esto, es importante tener controlada la temperatura de aplicación de la disolución desinfectante y mantener (si fuera necesario) esta temperatura durante todo el tiempo de actuación. En este contexto, la medición precisa de la temperatura y la calibración periódica de los termómetros es muy importante.

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Tiempo de contacto

La desinfección se trata de un proceso físico-químico ya que el producto desinfectante debe acceder a la superficie a desinfectar y posteriormente el activo desinfectante necesita un tiempo de actuación. Este tiempo de actuación depende del activo desinfectante, los coadyuvantes que posea la formulación desinfectante y la temperatura. El activo desinfectante debe ser capaz de acceder hasta el microorganismo en cuestión y reaccionar con él, bien mediante desestabilización de la membrana o mediante cualquier otro mecanismo.

Otro aspecto a tener en cuenta es la reutilización de las disoluciones desinfectante. Esto no es aconsejable de manera general, aunque se podría realizar controlando la dosis de ingrediente activo desinfectante y validando el número de usos.

Con el fin de optimizar la cantidad de producto químico desinfectante utilizado, una buena opción sería utilizar una cantidad de disolución desinfectante para el objeto a higienizar y después desecharla. Para ello se tendría que programar el CIP para que en la fase de desinfección se enviase en primer lugar desde el CIP la cantidad de disolución desinfectante para acceder a toda la superficie de objeto a higienizar y posteriormente recircular esta disolución en el objeto sin retornar al CIP.

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Los objetivos principales de un sistema CIP eficiente son:

•         Maximizar la seguridad para evitar contaminaciones cruzadas en cambios de productos.

•         Minimizar el tiempo de limpieza CIP para reducir el impacto de la limpieza sobre la producción.

•         Optimizar la eficiencia térmica, evitando la pérdida innecesaria de calor.

•         Minimizar el uso de agua. Optimizando la recuperación de agua y disoluciones de limpieza.

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El proceso convencional de CIP de muchas de las fábricas de procesamiento de alimentos implica múltiples ciclos que pueden incluir: aclarado inicial con agua recuperada, fase alcalina, fase ácida, desinfección; entre cada una de estas debe ir siempre un aclarado intermedio y acabar con un aclarado final. Los aclarados y fases de lavado varían de cinco minutos a una hora. A partir de este ciclo completo se pueden realizar ciclos eliminando fases (por ejemplo, la fase ácida) o uniendo fases (por ejemplo, la ácida y la desinfección). De esta forma algunos elementos se pueden limpiar diariamente con ciclos “cortos” solamente con fase alcalina y una vez a la semana realizar el ciclo completo. No obstante, cualquier recomendación sobre estos procesos requeriría de un estudio detallado por parte de técnicos especializados en este tipo de limpiezas.

Este artículo ha sido publicado por la revista Tecnoalimen nº17 (Marzo 2017)