INTRODUÇÃO
Na indústria de alimentos que envasam produtos líquidos como leite, sucos, cerveja e outras bebidas, O sistema CIP é um método usado nestas plantas de processamento de alimentos para a limpeza das máquinas de envase e equipamentos de processamento, como os tubos sanitários, tanques, tanques assépticos e trocadores de calor, etc. circulando-se e recirculando-se automaticamente detergentes e soluções de enxágue até a limpeza total e sanitização em circuito fechado, ou seja, sem a mínima remoção de componentes do sistema para esta tarefa. O processo de lavagem consiste em diversos ciclos de lavagens que são recirculados através dos tanques, bombas, das válvulas e do outros equipamentos no fluxo do processo (Optek; Tetra Pak). Portanto, trata-se de um sistema inteligente que faz ajustes contínuos nas operações de modo a garantir os mais elevados níveis de desempenho, com um sistema de automação com IHM e PLC de ultima geração, que reduz com precisão o risco de erro humano, sem nunca comprometer os níveis de segurança dos alimentos (Chapeco Soluções industriais). Sendo necessário somente um ou dois detergentes para a limpeza. Possuindo em alguns casos 14 programas de limpeza totalmente ajustados às demandas de tempo, temperatura, concentração, fluxo e volume, etc. que poderão ser reprogramados segundo as necessidades de produção da indústria (Tetra Pak). A limpeza CIP é um sistema concebido para limpar 100% o interior de equipamentos, tubulações e tanques de armazenamento, através da remoção de resíduos de alimentos e bactérias (IndustrySearch).
FATORES QUE INFLUENCIAM A LIMPEZA
Tecnologia utilizada, composição e concentração de produtos químicos, temperatura da solução, Tempo de CIP, Fluxo de limpeza/força mecânica e natureza dos resíduos de alimentos a serem removidos, determinam os procedimentos de limpeza selecionados (IndustrySearch).
CONTROLE DE AUTOMAÇÃO DO PROCESSO
Um sistema de controle centralizado Interface Homem-Máquina (IHM) através da tecnologia dos Circuitos Lógicos Programáveis (PLC) supervisiona o processo de limpeza que envolve o bombeamento dos produtos químicos de limpeza em torno da tubulação e tanques do sistema, com aquecimento segundo a necessidade. Cada uma das diferentes soluções tem um valor de condutividade elétrica (CE) muito diferente, de modo que é possível detectar a interface entre cada um deles, quando eles passam de um sensor de condutividade. Cada um deles pode, então, ser desviada através de uma válvula automática de um tanque de armazenamento a granel ou para drenar, conforme necessário (IndustrySearch). Economizando grandes volumes da água e reduzindo drasticamente os custos com a Demanda Biológica de Oxigênio DBO ou salvar produto que seria perdido de outra maneira (Optek).
COMPOSIÇÃO, CONCENTRAÇÃO E TEMPERATURA DOS DETERGENTES QUÍMICOS
Geralmente dois tipos de produtos de limpeza são utilizados, um produto alcalino a base de hidróxido de sódio (NaOH) nas concentrações de 2,0 % a 2,5 % conjugado com um sequestrante de cálcio, etileno diamina tetra-acético (EDTA) ou ácido nitrilotriacético (NTA) e um produto ácido à base de ácido nítrico (HNO3) ou ácido fosfórico (H3 PO4) nas concentrações de 1 % a 1,5 %. Estes produtos químicos são mantidos concentrados em tanques de armazenamento e transferidos para tanques de distribuição onde são diluídos a concentrações normalmente entre 1 % a 5% vol./vol. A medição da condutividade é ideal para esta aplicação uma vez que apenas está presente uma substância de cada vez (IndustrySearch). Em relação à concentração dos detergentes, estudos constataram que um aumento da concentração de NaOH, por exemplo, não aumenta a taxa de limpeza, mas em vez disso resulta numa superfície vítrea sobre o resíduo sólido, impedindo que a solução de limpeza penetre no mesmo, por tanto, o aumento na concentração irá conduzir a uma menor eficácia de limpeza (Cleaning Handbook, Tetra Pak 2008). O procedimento de limpeza pode ser descrito de forma geral, segundo a Tabela 1.
Tabela 1. Exemplo de uma sequência típica de limpeza
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Fase |
Objetivo |
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Pré-lavagem com água |
Remover sujidades grosseiras |
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Limpeza com solução alcalina |
Remover resto de resíduos (principalmente proteínas e gordura) |
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Lavagem ou enxague intermediária com água |
Remover produtos químicos de limpeza e sólidos dissolvidos nestes. |
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Limpeza com solução ácida |
Remover restos de resíduos (principalmente minerais) |
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Lavagem ou enxague |
Remover produtos químicos de limpeza |
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Desinfecção/esterilização |
Reduzir a carga microbiana a um nível seguro |
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Enxágue final |
Remover desinfetantes |
Cada etapa do processo CIP deve seguir uma temperatura óptima de operação, dependendo do tipo de resíduo e equipamento a ser limpo. A primeira pré-lavagem frequentemente é realizada com água fria, mas, pode ser utilizada água quente em alguns casos a uma temperatura entre 25 °C e 60 °C. Segue-se um passo de 50 minutos de limpeza alcalina. O sistema é purgado do produto com água quente (enxágue), seguido por uma etapa de limpeza de 30 minutos com ácido. Lavagem ou enxague para remover produtos químicos de limpeza, desinfecção/esterilização. A sequência de CIP é então completada com um enxágue quente e, em seguida, uma lavagem final, à temperatura ambiente.
De forma geral, a limpeza alcalina e limpeza ácida, são realizadas entre 60 °C e 80 °C (para melhor desempenho) em equipamentos como tanques e tubulações. Já nos equipamentos de processamento UHT , a limpeza é realizada a uma temperatura mais elevada. Normalmente, a limpeza com alcalinos ocorre entorno de 140 °C e a limpeza com ácido em torno de 80 °C - 85 °C (temperaturas medidas na válvula de segurança). A Tabela 2 mostra uma comparação de diferentes temperaturas de acordo com o equipamento e seção a ser limpa.
Após CIP, a planta é esterilizada/desinfetada para ser utilizada imediatamente. Caso a planta vai ficar parada por algum tempo, uma solução ligeiramente ácida (pH em torno de 5) é deixado no equipamento de processamento para inibir o crescimento microbiano.
ESTERILIZAÇÃO
O equipamento de processamento é esterilizado imediatamente antes de iniciar a próxima produção com circulação de água quente. Depois de atingir a temperatura desejada de 125 °C a água é circulada durante 30 minutos para garantir estado asséptico do equipamento. O sensor de temperatura está posicionado no circuito de retorno para assegurar a temperatura correta medição.
DESINFECÇÃO
Existem dois tipos de desinfecção: térmica e química. Desinfecção térmica pode ser efetuada com vapor de água (<1 bar) ou água quente a 90-95 °C. Comumente é usado desinfetantes químicos a base de cloro, peróxido de hidrogénio, ácido peracético, e uma combinação de peróxido de hidrogénio e ácido peracético. Desinfetantes químicos são normalmente utilizados à temperatura ambiente. Uma comparação entre a desinfecção química e térmica pode ser encontrada na tabela 3.
LIMPEZA INTERMEDIÁRIA ASSÉPTICA
Limpeza intermediária asséptica (AIC) é freqüentemente usada para prolongar tempos de processamento (não parar a linha de produção). O objectivo é manter o equipamento de processamento numa condição asséptica enquanto processa por um periodo de tempo maior. A tabela 4 mostra um exemplo de tempo/temperatura numa limpeza intermediaria e a tabela 5 mostra o mesmo processo acrescido da circulação de detergente ácido.
TEMPO DE LIMPEZA
O tempo de limpeza é o parâmetro mais importante do ponto de vista da produção e da otimização desta, está correlacionado e depende de:
- Tipo de equipamento a ser limpo. Cada peça especifica do equipamento que requer maior ou menor tempo de limpeza
- Período de produção antes de limpar. Maior tempo de produção, provavelmente, resulta na necessidade de um período mais longo de limpeza.
- Tipo de produto que está sendo processado. Por exemplo, leite com chocolate é mais difícil de remover do que o leite normal.
A eficácia das etapas de pré-lavagem, lavagem e lavagens intermediarias, influencia também no tempo de limpeza.
FLUXO DE LIMPEZA/FORÇA MECÂNICA
É um parâmetro de grande importância, se o fluxo é muito baixo, a eficiência dos outros parâmetros (concentração e composição de detergentes, tempo de limpeza, temperatura das soluções) pode diminuir. Cerca de 50% de todos os problemas relacionados com CIP são devido ao fluxo insuficiente. O caudal deve ser suficiente para assegurar o transporte satisfatório da solução de detergente para a superfície suja e assegurar as forças de cisalhamento (forças mecânicas) necessárias para romper remover sólidos em deposição. Na literatura sobre sistema CIP, normalmente é indicado que a velocidade de um fluxo dentro das tubulações excedam 1,5 m/s para se alcançar bons resultados de limpeza. Para trocadores de calor de placas o fluxo do CIP é normalmente 0,3-1,0 m/s. Uma recomendação comum para a limpeza de permutadores de calor tubulares é a utilização de um fluxo de CIP duas vezes mais elevada do que durante a produção.
CARACTERISTICAS DOS RESIDUOS SOLIDOS A SEREM REMOVIDOS
É importante saber a composição dos sólidos ao se projetar uma sequência de limpeza CIP. Os equipamentos UHT - Tetra Pak são projetados para aplicações em alimentos diferentes, que vão desde os sucos, pudins, molhos, lácteos, etc. A Tabela 6 mostra uma visão esquemática de diferentes tipos de sólidos que têm de ser removidos das superfícies dos equipamentos durante a limpeza CIP e o grau de dificuldade de remoção das superfícies de processamento.
Incrustações de resíduos de leite durante a pasteurização ou sistema UHT são formados ao longo da linha de produção. Em função do processo usado, é caracterizado dois tipos principais de incrustações (Tabela 7). A baixa temperatura, pasteurização (72 °C - 75 °C) cria-se uma espécie de incrustação com um teor elevado de proteína, principalmente β-lactoglobulina. Este tipo de formação é denominado como do tipo A, e se forma na faixa de temperatura de 70 °C - 105 °C. No processamento de leite UHT, a formação é do tipo B, se forma a partir dos 110 °C (alta temperatura). Este tipo de incrustação contém um nível mais elevado de minerais, principalmente fosfato de cálcio.
ETAPAS DO PROCESSO
Normalmente, um sistema CIP inclui um reservatório de solução, uma bomba de alimentação e um circuito de retorno com um tanque ou recipiente similar, de um dispositivo de pulverização e alguns tipos de bomba de retorno podem também ser incluídos. Solução de limpeza que é pulverizada para um recipiente e dirigida através de tubulações e após o descarrego é drenada para um tanque de recuperação ou descarte caso não haja mais possibilidade de recirculação estabelecida.
(Exemplo de um sistema formado por três depósitos)
a. Um depósito para agua recuperada para o pré-enxágue 1º ciclo de limpeza
b. Um depósito para detergente de passo único que no 2º ciclo de limpeza circulará um detergente alcalino (NaOH) com um sequestrante de cálcio.
c. Um depósito para agua limpa
− Após o envase asséptico do leite ou outros produtos, em primeiro lugar se faz um pré-enxague recirculando agua do enxague da limpeza anterior (com resto de detergente) para remover restos de leite na tubulação facilitando o trabalho posterior. Esta agua será descartada após este uso;
− A continuação se usa o detergente de natureza alcalina para araste de gordura e proteínas, mas, inclui um sequestrante de cálcio que removerá os depósitos minerais. Esta solução poderá recircular o tempo que seja necessário e a cada passagem a sua concentração diminui, mas, o sistema de condutividade corrige esta perda de forma a manter constante esta concentração.
− OBS. Parâmetros de tempo e temperatura serão fornecidos pelo fabricante do equipamento e fornecedores de materiais de limpeza.
− Findada a etapa anterior se procede à passagem de agua limpa (enxague final) para remover todo resto de detergente alcalino. Esta agua será recuperada para o pré-enxague posterior.
ESTADO DA ARTE
Devido à turbulência interna na linha de produção, natureza química de outros compostos e influência da turbidez e somado o fato da condutividade ser fortemente dependente da temperatura, etc. o método da condutividade pode ter retardo de resposta, neste caso a presença de um sensor de absorbância ou de espalhamento de luz com comprimento de onda próximo ao Infra Vermelho (NIR) instalado no retorno do CIP para medir com exatidão a interface entre as águas de enxágue e a limpidez/qualidade da água final do enxágue, monitorando a concentração dos detergentes e desinfetantes e o resíduo após a limpeza, melhora o desempenho do processo, garantindo que não haja mistura de contaminantes (resíduos químicos) aos alimentos na etapa de processamento seguinte (Optek).
VANTAGENS DO SISTEMA CIP
− Diminuição do impacto ambiental e os custos de operação com redução de Água e do Esgoto (Tetra Pak; Optek; Chapeco Soluções industriais).
− Gestão da Condutividade: evitando-se a sobre dosagem do detergente e assegurando os mais elevados níveis de segurança alimentar (Tetra Pak; Optek;).
− Identificação automática de soluções – garantindo precisão no controle de líquidos (Tetra Pak).
− Sistema CIP já vem incorporado com uma série de programas de limpeza predefinidos, porém podem-se criar outros (Tetra Pak).
− Sistema IHM (Interfase Homem Máquina) – segurança operacional (Tetra Pak; Optek; Chapeco Soluções industriais).
− Aumentar ou reduzir a concentração do detergente em qualquer momento, sem parar a operação (Tetra Pak).
− Com a utilização de sensores Infra Vermelho (NIR) se reduz os tempos dos diferentes ciclos (Optek).
CONSIDERAÇÕES
Pela natureza e objetivos deste trabalho, neste documento, muitos conceitos deixaram de ser abordados e outros só foram apenas mencionados, a saber: perda de carga nas tubulações, pontos de difícil limpeza nestas, Design x fluxo da solução de limpeza, grau de incrustação e facilidade/dificuldade de dissolução/remoção dos resíduos (proteínas, carboidratos, gorduras e sais minerais), formação/remoção de biofilmes, resistência/carga inicial de microrganismos, legislação e problemas ambientais, eficiência dos detergentes, interação química destes, qualidade da agua (dureza, pH), natureza do produto processado (ex. Achocolatado vs. Leite), custos operacionais, etc.
REFERÊNCIAS:[]
1. Chapeco Soluções industriais: http://chapecosolucoesindustriais.blogspot.com.br/ Acesso em 12/11/2012.
2. Cleaning Handbook, Copyright 2008; Tetra Pak Processing Systems.
3. IndustrySearch - processamento de alimentos, equipamentos de construção, automação, manuseio de materiais, mineração, metalurgia, segurança e equipamentos de transporte: http://www.industrysearch.com.au/CIP-Cleaning/f/3692 Acesso em 12/11/2012.
4. Optek - desenvolvimento e suporte em linhas de analisadores fotométricos para líquidos industriais: http://www.optek.com/Application_Note/geral/Portuguese/3/aplicacoes_cip_(clean-in-place).asp. Acesso em 05/11/2012.
5 – NETO, L. G. G. et al. Influência do tratamento UAT no valor nutritivo do leite. Revista Leite e Derivados, v.67,2002.c
6 – ROCHA, G. L. Influência do tratamento térmico no valor nutricional do leite fluído. Universidade Católica de Góias. Junho. 2004.
7 – Instituto Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial – Guia Técnico, Indústrias de Laticínios. Disponível em: <http://netresiduos.trace.pt/resources/docs/guias_sectoriais/lacticinios/sectorindustrialacticinios.pdf>. Acesso em: 15 de Novembro de 2012.
8 – Tetra Pak. Disponível em: <http://www.tetrapak.com/br/produtos_e_servicos/processamento/lacteos/recepcao_do_leite/pages/default.aspx>. Acesso em: 15 de Novembro de 2012.
9 – New Monograph on UHT Milk. Federation Internationale de Laiterie. International Dairy Federation – FIL – IDF. Document – 133, 1981.