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Transformation des produits laitiers : Systèmes de pasteurisation à haute température courte durée (HTST)

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Introduction

Le document suivant décrit les pratiques recommandées pour la pasteurisation à haute température courte durée (HTST).

La HTST offre d'importantes économies opérationnelles comparativement au processus traditionnel de pasteurisation en discontinu. Les systèmes HTST permettent de traiter un grand volume de production dans un espace minimal.

La capacité des pasteurisateurs HTST à offrir du lait ou des produits laitiers sans danger repose sur les relations de temps, de température et de pression qui doivent être maintenues lorsque le système est en fonction. Un système hygiénique est conçu de façon à assurer la pasteurisation de chaque particule de lait et à empêcher la contamination croisée des produits pasteurisés.

Définitions

Mode d'écoulement direct
Le mode d'écoulement direct correspond à une température du produit au-dessus du point de consigne de déviation, et le régulateur de débit est mis sous tension par l'enregistreur du seuil thermique de sécurité ou l'automate programmable.

Circuit d'acheminement du système HTST

Le circuit d'acheminement est un outil précieux pour évaluer les répercussions de tout changement apporté au système de pasteurisation HTST. Même de légères modifications apportées au système de pasteurisation ou au système de nettoyage en place (NEP) peuvent avoir des répercussions sur le processus de transformation et la sécurité du système.

À jour et précis

Aucun interraccordement

On entend par interraccordement un raccordement direct permettant à un produit d'être en contact avec un autre et de le contaminer.

Pour d'autres applications, comme les circuits de canalisations d'alimentation et de canalisations de retour utilisés pour le NEP et les « mini-lavages » des réservoirs, des canalisations, des pasteurisateurs ou d'autres équipements qui peuvent être lavés pendant qu'ils sont raccordés aux canalisations du produit contenant des produits laitiers ou de l'eau potable et aux canalisations pour le rinçage final :

La zone du réservoir à niveau constant et des conduites d'admission, ainsi que la zone du dispositif de déviation du produit et des conduites du produit, sont des zones où il pourrait y avoir des interraccordements si la conception ou l'installation a été mal faite. Se reporter aux sections Réservoir à niveau constant et Dispositif de déviation du produit pour de plus amples détails.

Se reporter à la page La prévention de la contamination croisée et à l'Annexe G : Prévention des raccordements croisés dans les établissements laitiers pour obtenir de plus amples renseignements sur la prévention de la contamination croisée dans les établissements laitiers.

Registres des contrôles critiques

Les registres de pasteurisation contiennent les données sur le traitement et indiquent si les produits ont été correctement pasteurisés.

Température et temps de chambrage

La température et le temps de chambrage sont des facteurs critiques en pasteurisation. Une pasteurisation inefficace pourrait entraîner une contamination microbiologique des produits laitiers. Les temps suivants sont les temps de pasteurisation généralement reconnus pour les produits laitiers produits par les systèmes HTST.

Produits à base de lait contenant moins de 10 % de matières grasses (lait de consommation, lait de chèvre, lactosérum) :

Produits à base de lait contenant 10 % de matières grasses ou plus, ou du sucre ajouté (crème liquide, crème pour beurre, lait au chocolat, lait aromatisé, etc.)

Mélanges de produits laitiers congelés, lait de poule :

Autre :

Instructions de fonctionnement

Registres de contrôle des procédés

Les registres de contrôle des procédés font partie intégrante du plan de contrôle préventif. Il s'agit d'un relevé historique des événements survenant au cours de la pasteurisation de chaque produit et il est très important qu'il traduise adéquatement et avec précision le procédé thermique en cause. Ces registres permettent d'assurer le suivi des problèmes de qualité et de sécurité.

Conservation des registres de contrôle des procédés

Les registres de contrôle des procédés permettent de confirmer si les produits ont été correctement pasteurisés.

Critères du système de pasteurisation HTST

Les systèmes de pasteurisation HTST devraient respecter les critères énoncés dans les pratiques 3-A reconnues en matière de construction, d'installation, d'essais et de fonctionnement dans des conditions sanitaires des systèmes de pasteurisation HTST et traitement très haute température très courte durée (HHST) (Numéro 603).

Réservoir à niveau constant

Le réservoir à niveau constant (RNC) est une cuve qui alimente le pasteurisateur en produit cru ou recirculé, à la pression atmosphérique, assurant ainsi le fonctionnement continu du système HTST. Ce réservoir se trouve au début du système de pasteurisation. Il permet de réguler le niveau du lait et d'assurer une pression uniforme du produit à la sortie.

La présence d'air dans le pasteurisateur pourrait provoquer le déplacement plus rapide des particules de lait à l'intérieur du système et, par conséquent, celles-ci pourraient ne pas être soumises au traitement thermique pendant le temps requis. L'Annexe B : Réservoir à niveau constant montre quelques exemples de RNC.

Conditions générales

Conception

Couvercle

Trop-plein (point et diamètre)

Espace d'air

Régulateur de niveau

Le régulateur de niveau sert à réguler le débit du lait vers le réservoir à niveau constant, ce qui assure une pression de refoulement constante au produit sortant du réservoir.

Pompe d'appoint

Une pompe d'appoint de produit cru peut être installée sur un système de pasteurisation HTST ordinaire dans des conditions particulières. Cette pompe est utilisée pour aider le régulateur de débit à acheminer le lait cru depuis le RNC jusqu'à la section de récupération. Elle contribue à éliminer la pression négative et à prévenir la vaporisation subséquente dans la section de récupération (particulièrement lorsque le réservoir à niveau constant est situé à une distance inhabituelle de la pompe de réglage).

Conditions générales

Les pompes volumétriques, par exemple les pompes à galets rotatives, les pompes à piston, etc., ne conviennent pas à ce type d'application, car elles ne sont pas conçues pour laisser le produit s'écouler librement des plaques de récupération vers le RNC et pourraient provoquer une augmentation de la pression du côté produit cru du récupérateur pendant l'arrêt.

Le côté produit cru du récupérateur peut être contourné lorsque la pompe d'appoint ne fonctionne pas, par exemple, durant le démarrage du système. Ce circuit de contournement permet au produit froid d'être aspiré directement du réservoir à niveau constant au dispositif de régulation du débit. Lorsque les conditions requises répondent aux exigences (c.-à-d., lorsque le dispositif de régulation du débit fonctionne, que le dispositif de déviation de l'écoulement est en position d'écoulement direct et qu'il existe une pression dans le récupérateur de produit pasteurisé), la pompe d'appoint commence à fonctionner, acheminant le produit cru vers le récupérateur.

La canalisation de contournement, qui peut être actionnée manuellement ou automatiquement au moyen d'une vanne, n'est habituellement pas utilisée lorsque la pompe d'appoint fonctionne. Pour éviter que le produit soit piégé dans les canalisations de contournement lorsque la pompe d'appoint fonctionne :

Emplacement

Interconnexions

Section de récupération

Normalement, la section de récupération est la partie du système HTST où le produit cru froid est réchauffé par un produit pasteurisé chaud circulant à contrecourant, de l'autre côté de plaques minces en acier inoxydable. Le produit pasteurisé sera, en retour, partiellement refroidi.

Critères de base pour la section de récupération :

Conditions générales

Puisque la distance réelle entre les divers liquides se trouvant dans les plaques de pasteurisation est extrêmement faible, les liquides risquent de traverser les plaques et de contaminer le produit s'il y a des perforations.

Capacité en cas d'arrêt des opérations

Lorsque le système est arrêté, le lait cru retourne au réservoir à niveau constant.

Pression différentielle

Le défaut de maintenir le rapport de pression dans une section quelconque du récupérateur entraîne une mise hors tension ou un isolement de tous les dispositifs facilitateurs d'écoulement en amont de toute section du récupérateur où se trouve le lait cru.

Le défaut de maintenir la différence de pression requise dans la section du lait pasteurisé du récupérateur entraîne la mise hors tension de tous les dispositifs qui activent la circulation en amont de toute la section de récupération du cru ou leur isolation du système et leur relâchement dans l'atmosphère.

Dispositif de régulation de débit (DRD)

Le dispositif de régulation de débit, aussi appelé pompe régulatrice, constitue le cœur du pasteurisateur HTST. Il permet de réguler le débit dans le tube de chambrage pour assurer la retenue de chaque particule de produit pendant la période minimale requise pour la pasteurisation. Ce dispositif est constitué d'une pompe volumétrique, qui peut être un homogénéisateur. Un autre mécanisme tout aussi efficace, notamment un système de minuterie asservi à un débitmètre (SMAD) équipé des composantes appropriées (pompe ou vanne de régulation du débit, relais, avertisseurs et enregistreur de débit) peut aussi servir de dispositif de régulation du débit. Se reporter à l'Annexe C : Système de minuterie asservi à un débitmètre pour de plus amples renseignements.

Conditions générales

Réglage et scellage

S'il s'agit d'un régulateur à vitesse variable, ou à vitesse unique pouvant être modifiée (par l'emploi de diverses combinaisons de courroies et de poulies), par exemple un homogénéisateur :

Tout changement de résistance à l'écoulement du système, une fois que la vitesse maximale de la pompe est réglée, modifie le débit ainsi que le temps de chambrage correspondant. L'augmentation de la résistance à l'écoulement, par l'ajout de plaques ou de canalisations, diminue le débit et augmente le temps de chambrage. En fait, l'augmentation de la résistance à l'écoulement réduit l'efficacité du pasteurisateur. La diminution de la résistance à l'écoulement par l'enlèvement de plaques, de canalisations ou d'appareils auxiliaires provoque une augmentation du débit et une diminution du temps de chambrage. L'usure des courroies d'entraînement et des turbines de la pompe, attribuable au fonctionnement normal, diminue de façon graduelle le débit du système et, par conséquent, augmente le temps de chambrage.

Sécurité de fonctionnement

Un relais à temporisation peut être installé pour permettre au dispositif de régulation du débit de continuer à fonctionner durant le temps normal requis par le dispositif de déviation pour passer d'un écoulement direct à un écoulement de déviation. Ce type de relais est plus courant lorsqu'on utilise un homogénéisateur comme dispositif de régulation du débit.

L'Annexe C : Système de minuterie asservi à un débitmètre décrit les critères relatifs au SMAD.

Section de chauffage

La section de chauffage du pasteurisateur HTST assure un chauffage rapide, uniforme et contrôlé du produit pour le porter à la température de pasteurisation. L'écoulement forcé du produit cru dans cette section est habituellement commandé par le régulateur de débit.

Conditions générales

Pressions différentielles et chauffage

Fluide caloporteur

Section de refroidissement

La section de refroidissement du pasteurisateur HTST utilise de l'eau refroidie ou du glycol qui permet le refroidissement rapide, uniforme et contrôlé du produit pasteurisé prérefroidi provenant de la section du récupérateur de produit pasteurisé.

Étant donné que le lait servant à la fabrication de fromage n'est habituellement pas refroidi, le pasteurisateur HTST de ces types d'opérations peut ne pas avoir de section de refroidissement.

Conditions générales

Pressions différentielles et refroidissement

Un mécanisme de contrôle automatisé est une façon efficace de maintenir un rapport de pression approprié dans la section de refroidissement durant les conditions d'écoulement direct, d'écoulement dévié et d'arrêt afin que la pression du côté produit pasteurisé soit supérieure à celle du côté liquide de refroidissement.

Liquide de refroidissement.

Section de chambrage

Il s'agit de la section du pasteurisateur HTST où le lait entièrement chauffé est retenu pendant au moins la période de chambrage minimale requise. Cette section, qui comprend un tube de chambrage ainsi qu'une chambre de détection, se trouve entre la section de chauffage du système HTST et l'entrée du dispositif de déviation de l'écoulement.

Conditions générales

Pour atteindre le temps de chambrage minimal, il est impératif que le tube de chambrage soit conçu de façon à empêcher l'air d'entrer dans le système. La présence d'air dans le système permettrait aux particules de lait de se déplacer plus rapidement dans les tubes de chambrage, réduisant ainsi le temps de chambrage.

Pente et supports

La présence d'une pente permet d'empêcher que de l'air soit emprisonné dans le tube, ce qui aurait pour conséquence de déplacer le produit et de réduire le temps de chambrage.

Dispositions liées au temps de chambrage

Vérification de la durée de chambrage

Chambre de détection

La chambre de détection est la partie du tube de chambrage qui renferme la sonde du thermomètre indicateur ainsi que les sondes de température du lait chaud de l'ESTS et elle est située à la sortie du tube de chambrage.

Retenue prolongée

Certains pasteurisateurs HTST disposent d'une rallonge installée au tube de chambrage afin d'assurer un « chambrage prolongé » pour certains produits. La rallonge du tube de chambrage peut être située en amont ou en aval du dispositif de déviation. Les systèmes qui ont recours à un chambrage prolongé disposent généralement de deux vannes pneumatiques, l'une à l'entrée et l'autre à la sortie de la conduite de chambrage prolongé, actionnées par le microprocesseur du panneau HTST au moyen d'un interrupteur situé sur le panneau.

Si le dispositif de chambrage prolongé fait partie du tube de chambrage normal (entre les raccords permettant de vérifier le temps de chambrage au moyen du test salin de conductivité) :

Étant donné le risque de contamination inhérent au dispositif de chambrage prolongé :

Dispositif de déviation de l'écoulement (DDE)

Le dispositif de déviation de l'écoulement (DDE) permet de maîtriser la direction de l'écoulement en fonction de la température du produit à sa sortie du tube de chambrage.

Les deux prinNEPaux types de DDE sont les suivants :

  1. Tige unique – système à une vanne
  2. Deux tiges – système à deux vannes

Conditions générales

Conduite de déviation

Détection des fuites

Dispositif de déviation à une tige

Les orifices de détection ou d'échappement de fuites permettent l'échappement, à l'air libre, de produit dont la température est inférieure au niveau réglementaire et qui pourrait avoir fui par le premier joint d'étanchéité de la partie écoulement direct de la vanne. Ces orifices empêchent le lait non réglementaire d'entrer dans la conduite d'écoulement direct. Une fuite à cet endroit avertit l'opérateur que les joints toriques de la vanne sont défectueux.

Dispositif de déviation à deux tiges

Emplacement

Capacité de déviation avec sécurité intégrée

Relais de temporisation

Le relais de temporisation permet de retarder une fonction pendant un temps déterminé.

Dispositif de déviation à deux tiges

Système de minuterie asservi à un débitmètre (SMAD)

Les éléments suivants sont des contrôles supplémentaires lorsque le dispositif de régulation du débit est un SMAD.

Scellage

Le scellage du dispositif de déviation de l'écoulement empêchera les manipulations intempestives des interrupteurs de commande et des relais de temporisation.

Thermomètre indicateur

Le thermomètre indicateur de pasteurisation indique la température officielle de traitement du produit.

Conditions générales

Emplacement et accessibilité

Spécifications

Étalonnage

Se reporter à les Méthodes d'essai des procédés critiques - Thermomètres pour de plus amples renseignements sur la vérification de l'exactitude des thermomètres indicateurs.

Scellage

Enregistreur du seuil thermique de sécurité (ESTS)

Ce dispositif assure les fonctions suivantes :

Conditions générales

Ce dispositif, communément appelé régulateur-enregistreur, devrait satisfaire aux pratiques 3-A reconnues en matière de construction, d'installation, d'essai et de fonctionnement des systèmes de pasteurisation HTST et HHST (Numéro 603).

Capacité de déviation

Si le système HTST est utilisé pour traiter des produits pasteurisés ainsi que des produits non pasteurisés tel le lait traité thermiquement pour certains fromages :

Température d'écoulement normal ou dévié.

La température d'écoulement direct est la température observée sur le thermomètre indicateur au moment où le dispositif de déviation de l'écoulement se place en position d'écoulement direct. La vanne de déviation réagit au signal émis par l'ESTS lorsque celui-ci détecte une température du produit égale ou supérieure au point de consigne, et il est donc assujetti à la température. Pour les systèmes HTST équipés de dispositif de déviation à deux tiges, la vanne de détection des fuites réagit après un délai prédéterminé, et elle est donc assujettie au facteur temps. La température de déviation est la température (lors de la descente) à laquelle le dispositif de déviation de l'écoulement se place en position d'écoulement dévié.

Avec la nouvelle technologie, il est possible d'effectuer une vérification automatisée de l'écoulement direct et dévié en utilisant le contrôleur programmable (PLC).

Plumes

Plume d'enregistrement de la température

Plume de fréquence (événement ou déviation)

Cette plume enregistre la position du dispositif de déviation de l'écoulement en traçant une ligne sur le bord extérieur du graphe.

Troisième plume

Si l'ESTS nécessite une troisième plume, notamment pour un dispositif de déviation à températures multiples :

Graphes

Précision

Les essais à effectuer comprennent notamment les suivants :

Scellage

Contrôleurs programmables et ordinateurs

En comparaison des contrôles câblés, les ordinateurs sont différents sous trois points de vue importants. Pour qu'une salubrité publique adéquate soit garantie, les fonctions informatisées relatives à la salubrité des aliments doivent être conçues de façon à porter sur ces domaines.

Régulateur de pressions différentielles et manomètres

La section suivante porte sur les dispositifs de pression réelle utilisés. La différence de pression appropriée est traitée dans les sections Récupération et Refroidissement.

Conditions générales

Un contrôleur programmable réglementaire peut être utilisé pour contrôler les différences de pression au lieu d'un régulateur de pression différentielle pourvu que les mêmes conditions de contrôle soient respectées, comme l'interconnexion avec le DDE, la capacité d'indication et d'enregistrement de la pression et l'indication du point de consigne.

Emplacement

Récupérateur

Refroidissement

Précision

Scellage

Thermomètre enregistreur (refroidissement)

Cet instrument permet d'enregistrer automatiquement la température du produit (par exemple, lait pasteurisé refroidi) sur un graphe, fournissant ainsi un relevé du traitement.

Conditions générales

Sortie du produit pasteurisé

Cette section permet la sortie du produit pasteurisé refroidi hors du système de pasteurisation HTST grâce à une méthode qui maintient une pression plus élevée sur le côté pasteurisé du récupérateur durant une déviation ou un arrêt du système et qui réduit les risques de contamination. Cette section est généralement située en aval de la section de refroidissement.

Élévation

La création d'une pression de refoulement qui ouvre le côté pasteurisé du récupérateur soumet la section du récupérateur où est le produit pasteurisé à une plus forte pression.

Ouverture à l'air libre

Casse-vide

Homogénéisateur

Un homogénéisateur est une pompe à haute pression servant à réduire la taille des globules gras en forçant leur passage à travers un orifice de très petit diamètre. Comme la pompe de l'homogénéisateur est de type volumétrique, elle peut être utilisée pour assurer la régulation du débit. Dans les cas spécifiques où l'homogénéisateur est utilisé comme régulateur de débit, voir les recommandations à la section Dispositif de régulation de débit. Sinon, les conditions énoncées dans la présente section peuvent s'appliquer.

Conditions générales

Lorsque les homogénéisateurs fonctionnent de concert avec le pasteurisateur HTST :

Conduite de recirculation

Si l'homogénéisateur a une capacité supérieure à celle du régulateur de débit, il se trouve d'ordinaire en aval de celui-ci.

Tuyau de dégagement

Si l'homogénéisateur a une capacité plus faible que celle du régulateur de débit, et que ce dernier achemine le produit vers le côté aspiration de l'homogénéisateur :

Interconnexions

Lorsque la capacité de l'homogénéisateur est moindre que celle du dispositif de régulation de débit :

Séparateur et clarificateur

Le séparateur-clarificateur est un appareil auxiliaire qui sépare mécaniquement le lait en matières grasses et en lait écrémé par centrifugation. Les séparateurs autonettoyants assurent également une fonction de clarification en éliminant régulièrement les cellules somatiques, les leucocytes et autres matières non comestibles.

La force centrifuge créée dans le séparateur peut être suffisante pour faciliter l'écoulement; par conséquent, tous les séparateurs doivent être considérés comme des dispositifs facilitateurs d'écoulement. Il est nécessaire de satisfaire à certains critères de conception pour veiller à ce qu'ils n'influence pas le différentiel de pression du récupérateur.

Conditions générales

Emplacement

Les séparateurs peuvent être situés soit en amont, soit en aval du dispositif de déviation de l'écoulement.

Non-facilitation de l'écoulement

Le séparateur est considéré comme un dispositif facilitateur d'écoulement.

Ouverture à l'air libre

Dispositif de réglage de la saveur

Ce dispositif sert à éliminer les saveurs et les odeurs volatiles indésirables en soumettant les produits laitiers à un traitement sous vide. Le produit passe par une chambre sous vide dont l'action permet d'éliminer les saveurs volatiles présentes dans le lait, notamment celles de l'oignon, de la luzerne, de l'ensilage, etc.

Conditions générales

Réglage approprié des vannes

Lorsque la vapeur alimentaire est introduite dans le produit en aval du dispositif de déviation de l'écoulement :

Lorsqu'une conduite d'approvisionnement en eau est reliée à un condenseur sous vide de la vapeur d'eau :

Lorsque le matériel de vide se trouve en aval du dispositif de déviation de l'écoulement :

Lorsque le matériel de vide se trouve en aval du dispositif de déviation de l'écoulement :

Réglage du dosage de la vapeurLorsque de la vapeur alimentaire est introduite directement dans le produit :

Pompe de remplissage et dispositifs facilitateurs d'écoulement

Les pompes de remplissage sont utilisées pour alimenter certains dispositifs sous pression, notamment les homogénéisateurs. Cette pompe doit être utilisée dans les grands homogénéisateurs où elle permet au produit d'être mis en surpression au niveau du collecteur d'aspiration de l'homogénéisateur.

Conditions générales

Installation et fonctionnement

Installer et activer la pompe de remplissage de façon à ne pas :

Lorsque l'homogénéisateur est utilisé comme régulateur de débit, une pompe de type centrifuge peut être installée entre la sortie du produit cru de l'échangeur-récupérateur et le collecteur d'entrée de l'homogénéisateur pour fournir à ce dernier la pression requise. Ces pompes peuvent être installées pour être activées avant que l'homogénéisateur soit mis sous tension.

Système d'injection de matières grasses et de solides supplémentaires (normalisation en ligne)

Des systèmes d'injection sont parfois utilisés pour augmenter la quantité de solides du lait utilisée dans la fabrication du fromage afin d'améliorer le rendement fromager global. Pour ce faire, on injecte des matières solides et grasses du lait directement dans le RNC ou dans le système HTST avant la pasteurisation.

Les pompes d'injection sont habituellement du type volumétrique, mais elles peuvent aussi être des pompes centrifuges utilisées conjointement avec un système de minuterie asservi à un débitmètre. Elles sont des dispositifs facilitateurs d'écoulement et, selon l'endroit où se trouve le point d'injection, elles sont considérées comme faisant partie du système HTST.

Les indications suivantes sont basées sur deux exemples de méthodes. D'autres systèmes d'injection pourraient donner les mêmes résultats.

Conditions générales

Installation et fonctionnement

En cas d'injection directe dans le RNC :

Lorsque l'injection se fait entre le RNC et le dispositif de régulation de débit :

Une autre option serait de déconnecter la canalisation d'injection du système en utilisant des vannes sanitaires antimélanges, à sûreté intégrée, pour isoler l'injection du traitement HTST lorsque le système ne fonctionne pas (le régulateur de débit est mis hors tension).

Registres de contrôle des procédés

Les registres de contrôle des procédés font partie intégrante du plan de contrôle préventif. Il s'agit d'un relevé historique des événements survenant au cours de la pasteurisation de chaque produit et il est très important qu'il traduise adéquatement et avec précision le procédé thermique en cause. Ces registres permettent d'assurer le suivi des problèmes de qualité et de sécurité.

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