Procesos Agroindustriales

PROCESOS AGROINDUSTRIALES

Ing. David Juan Ramos Huallpartupa [email protected] [email protected]

CONTENIDO GENERALIDADES MATERIAS PRIMAS AGROINDUSTRIALES  PROCESOS DURANTE LA POST COSECHA.  PROCESOS CON APLICACIÓN DEL CALOR.  PROCESOS CON APLICACIÓN DE BAJAS TEMPERATURAS.  PROCESOS POR REDUCCION DE CONTENIDO ACUOSO. 

AGROINDUSTRIA 





La Agroindustria es un sistema dinámico que implica la combinación de dos procesos productivos, el agrícola y el industrial, para transformar de manera rentable los productos provenientes del campo. El sistema de desarrollo agroindustrial conlleva a la integración vertical desde el campo hasta el consumidor final de todo el proceso de producción de alimentos u otros artículos de consumo basado en la agricultura. Una agroindustria es una empresa integradora que involucra la producción de materias primas agropecuarias, su transformación en productos finales y subproductos, que son empacados y comercializados.

AGROINDUSTRIA ES LA TRANSFORMACION DE:

MATERIAS PRIMAS PARA LA AGROINDUSTRIA A) CULTIVOS SUPERFICIALES  Tubérculos  Leguminosas  Gramíneas  hortalizas

B) Cultivos Arbóreos

C) Productos de origen animal  Carne  Cuero  Leche  Huevos  Lana

D) Productos ictiológicos  Pescado  Mariscos  Coral

E)Productos Forestales  Madera  Flora y Fauna  Mimbre

F) Floricultura  Rosas  Margaritas  Claveles

  

Frutales Achiote Tara

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DE DE LA LA MATERIA PRIMA

1.- ESTACIONALIDAD 2.- PERECEDERO 3.- VARIABILIDAD CARACTERIZACIÓN CARACTERIZACIÓN DE DE LA LA MATERIA MATERIA PRIMA PRIMA 1.- Físico 2.- Químico 3.- Microbiológico 4.- Biológico 5.- Sensorial

MATERIAS PRIMAS Y LOS PRODUCTOS DE LA AGROINDUSTRIA NO ALIMENTARIOS Cultivos energéticos

Cultivos tradicionales

Explotaciones ganaderas

Industria alimenticia

Materias primas Producción de Biodisel

Producción (Co-digestión) Digestato

Biogás

Co-generación Vehículos Redes de gas Pilas de combustión Otros usos

V

CADENA AGROINDUSTRIAL

PROCESOS AGROINDUSTRIALES

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN 





Todas las industrias requieren operaciones comunes que se efectúan sobre las materias primas. Las operaciones son ordenadas y concatenadas. Al final, producto con valor agregado.

CONCEPTO DE PROCESOS.

Materias secundarias

Subproductos Materiales auxiliares

Mano Manode deobra obra((personas personas)) Materiales Materiales 55 “M” Medios “M” Medios Métodos Métodos Medio Medioambiente ambiente

Productos residuales Productos de desecho

CONCEPTO DE PROCESOS. Para cada proceso hay que revisar: 1. ¿Qué actividades hay que realizar y en qué secuencia para suministrar o prestar los productos y servicios acordados? 2. ¿Quién debe realizar cada una de las actividades? 3. ¿Cómo hay que realizar cada actividad? 4. ¿Cómo medir la eficacia y eficiencia de cada proceso?

USOS DE DIAGRAMAS DE PROCESOS E INTERPRETACIONES. 

Los diagramas de procesos son herramienta de representación gráfica



Aplicación a cualquier secuencia de actividades que se repita cíclicamente



Para que sea útil debe ser:





Flexible



Sencillo

Nivel de detalle: macro, medio, micro

USOS DE DIAGRAMAS DE PROCESOS E INTERPRETACIONES. Representación de Procesos  Diagrama de Bloques.  Diagrama de Flujos.  Diagrama de Tuberías e Instrumentación (P & I.D.).  Diagramas de Control.  Planos de Equipos y la Planta (vistas 2D y 3D).  Maquetas de la Planta, Equipos y Proceso.  Hoja impresa que contiene una serie de: equipos, conexiones y símbolos para representar la organización general de un proceso o una operación unitaria  Diagrama de Flujos  Documento Legal para: describir, construir y operar un proceso Industrial

USOS DE DIAGRAMAS DE PROCESOS E INTERPRETACIONES.

Diagrama de bloques  La operación se representa por un bloque  Las corrientes de flujo principal se representan por líneas con flechas que indican la dirección del flujo.  Flujos: izquierda a derecha del diagrama. Se incluye la información crítica para entender el proceso.

USOS DE DIAGRAMAS DE PROCESOS E INTERPRETACIONES. 

 

Corrientes gaseosas: parte superior del diagrama, y los líquidos o sólidos hacia la parte inferior, separados por densidad. Si las líneas se cruzan, las horizontales se mantienen y las verticales se cortan. Se incluye el balance de materia y energía simplificado en forma de Tabla.

USOS DE DIAGRAMAS DE PROCESOS E INTERPRETACIONES. Inicio Inicio oo fin fin de de un proceso un proceso

Se suele utilizar este símbolo para representar el origen de una entrada o el destino de una salida. Se emplea para expresar el comienzo o el fin de un conjunto de actividades. Dentro del diagrama de proceso, se emplea para representar una actividad, si bien también puede llegar a representar un conjunto de actividades.

Actividad Actividad

Decisión Decisión

Representa una decisión. Las salidas suelen tener al menos dos flechas (opciones) Representan el flujo de productos, información, ... y la secuencia en que se ejecutan las actividades.

Documento Documento

Representan un documento. Se suele utilizar para indicar expresamente la existencia de un documento relevante.

Base Base datos datos

Representan a una base de datos y se suele utilizar para indicar la introducción o registro de datos en una base de datos (habitualmente informática)

de de

SE PUEDE HACER USO DE MICROSOFT VISIO 2007 Ó 2010

OPCIONES EN MICROSOFT VISIO

Clic izquierdo en diagrama de flujo

ENCONTRAMOS LA SIMBOLOGÍA

TOMANDO EN CUENTA ESTA SIMBOLOGÍA ES POSIBLE ELABORAR DIAGRAMAS DE BLOQUES PARA LOS PROCESOS

CLASIFICACION DE LA PRODUCCION AGROINDUSTRIAL

Productos con POCO valor agregado

Productos con ALGUN valor agregado

Productos con ALTO valor agregado

Productos con MUY ALTO valor agregado

Producción de un bien primario no diferenciado sin enlaces entre la producción y sus características de uso para el consumo final. Ejm: Trigo, soja, maíz, …

Producción de un bien primario no diferenciado, donde puede existir algún enlace entre la producción, el procesamiento y sus características de uso para el consumo final, Ejm: Frutas, vegetales.

Producción (conversión) de productos primarios y bienes en productos semi procesados para el consumo final. Ejm: Aceites vegetales, carnes, harinas, …..

Producción (conversión) de productos primarios y bienes semi procesados listos para el consumo final. Ejm: vinos, mermeladas, …

DETERIORO DE PRODUCTOS AGROINDUSTRIALES

DETERIORO DE MATERIAS PRIMAS Todas las materias primas se deterioran después de su recolección debido a alguno de los siguientes procesos:  ENZIMAS ENDOGENAS: Ej. Senescencia post cosecha, marchitamiento de frutas y hortalizas.  CAMBIOS QUIMICOS: deterioro de la calidad sensorial debido a la oxidación de lípidos.  CAMBIOS NUTRICIONALES: Destrucción del acido ascórbico.  CAMBIOS FISICOS: Deshidratación, absorción de la humedad.  CAMBIOS BIOLOGICOS: germinación de semillas, crecimiento de brotes.  CONTAMINACION MICROBIOLOGICA:

DAÑOS A LAS MATERIAS PRIMAS 







Pueden producirse desde los cultivos hasta la venta de los productos; se debe a factores internos y externos. EXTERNOS: pueden producirse por daños mecánicos, golpes bruscos, mal diseño de aparatos, envasado incorrecto, sistemas de almacenamiento y transporte inadecuados. INTERNOS: son consecuencia de cambios físicos, tales como las variaciones de temperatura y contenido de agua. Cualquiera de estas lesiones aumenta el riesgo de otros daños tanto biológicos como químicos, tales como el pardeamiento del tejido dañado, o la contaminación de las superficies lesionadas por los hongos y podredumbres.

POR LO TANTO …. 

El objetivo será evitar el deterioro de la calidad (nutricional y sensorial), por seguridad o salud pública de los productos elaborados durante toda la cadena agroindustrial y fundamentalmente en el

CONTROL DE CAUSAS QUE PROVOCAN ALTERACIONES: 



 



Cuidado de las condiciones ambientales: Temperatura de almacenamiento, humedad relativa del ambiente. Paralización o retraso de las reacciones que llevan la reacción. Destrucción o inactivación de las enzimas. Prevenir algún tipo especifico de reacciones alterantes, como la oxidación de las grasas. Prevenir o retrasar la proliferación de los microorganismos:  

Eliminando los gérmenes existentes Obstaculizando su crecimiento.

CAMBIOS INDESEABLES AGROINDUSTRIALES ATRIBUTO

EN

PRODUCTOS

CAMBIO INDESEABLE

TEXTURA

a. Perdida de solubilidad b. Perdida de capacidad de retención de agua c. Endurecimiento d. Ablandamiento

SABOR

e. Rancidez (hidrolítica y oxidativa) f. Sabores a caramelo o cocido g. Sabores indeseables

COLOR

h. Oscurecimiento i. Blanqueo j. Desarrollo de colores indeseables

VALOR NUTRITIVO

k. Perdida de vitaminas l. Perdida de minerales m.Degradación de proteínas n. Lípidos.

CAMBIOS INDESEABLES EN PRODUCTOS AGROINDUSTRIALES REACCION CONSECUENCIA CAMBIO DE CALIDAD Hidrólisis lípidos

de Ácidos grasos proteínas

reaccionan

con Textura: a, b, c Sabor: e, g. Valor nutritivo: m

Hidrólisis polisacáridos

de Azucares reaccionan con proteínas

Oxidación lípidos

de Los productos de la oxidación Textura: a, b, c reaccionan con muchos otros Sabor: e constituyentes Color: h y/o i Valor nutritivo: k, m, n

Textura: a, b, c Sabor: f Color: h Valor nutritivo: k, m

Calentamiento de Paredes celulares y membranas Textura: d vegetales verdes pierden integridad, se liberan ácidos Sabor: g y enzimas de los vegetales Color: j Valor nutritivo: k, l Magulladuras o Rompimiento de células, se liberan Textura: d deterioro de frutas enzimas e ingresa el oxigeno Sabor: g Color: h Valor nutritivo: k Calentamiento de Deterioro de proteínas y agregación Textura: b, c o d tejido muscular de las mismas, hay inactivación Sabor: f enzimatica Color: h Valor nutritivo: k

¿“ALTERADO” O “DETERIORADO”? 



1) 2) 3)

“alteración” es cualquier cambio en un alimento que le convierte en inaceptable para el consumidor, ya sea por cuestiones relacionadas con la calidad o con la seguridad. El termino “vida útil” Se define como el tiempo en el que un alimento conservado en unas condiciones determinadas reúne tres condiciones: Es seguro; Mantiene unas características químicas, físicas, microbiológicas y sensoriales adecuadas; y Cumple las especificaciones nutricionales declaradas en su etiquetado.

EL CÓDIGO ALIMENTARIO ESPAÑOL DEFINE: 

“alimento alterado "como todo aquel“ que durante su obtención, preparación, manipulación, transporte, almacenamiento o tenencia, y por causas no provocadas deliberadamente, sufre variaciones en sus caracteres organolépticos, composición química o valor nutritivo de tal forma que la aptitud para el consumo queda anulada o disminuida,

FACTORES EN LA ALTERACIÓN DE ALIMENTOS

REACCIÓN DE MAILLARD Paso inicial: No hay producción de color. Paso intermedio: Aparición de colores amarillos y producción de olores desagradables. Paso final. Formación de pigmentos pardos. En el paso intermedio lo mas grave no es la producción de olores desagradables, sino que estos pueden resultar potencialmente tóxicos las premelanoidinas.

ENRANCIAMIENTO DE LÍPIDOS Aceites y grasas susceptibles a reacciones de deterioro que reducen el valor nutritivo del alimento y forman compuestos volátiles que producen olores y sabores desagradables

ENZIMAS NATURALES DE LOS ALIMENTOS Después del sacrificio o recolección si las enzimas no son desactivadas, continúan catalizando reacciones químicas que hasta cierto punto son deseables como en la maduración de frutas y ablandamiento de la carne; pero si se pasan del límite conllevan a la descomposición de los alimentos y el límite conllevan a la descomposición de los alimentos y debilitamiento de tejidos.

MICROORGANISMOS El proceso de deterioro por microorganismos es variable, ya que esta condicionado por el tipo y número de especies microbianas presentes, que a su vez está condicionado por la naturaleza química del sustrato y condiciones de conservación como temperatura y presencia de Oxígeno conservación como temperatura y presencia de Oxígeno

PRINCIPALES MICROORGANISMOS ALTERANTES DE LOS ALIMENTOS

A L

E T N . A A R H U D EC S S O O S C E T C S O O R P P

AGROINDUSTRIA RECURSOS HUMANOS PERSONAL ADMINISTRATIVO PERSONAL TÉCNICO CALIFICADO PERSONAL TÉCNICO CALIFICADO MANO DE OBRA CALIFICADA

BIENES DE CAPITAL

ENERGÍA

EQUIPOS

PROCESO - CONSERVACIÓN - TRANSFORMACIÓN

MATERIA PRIMA

BIEN ALIMENTO

MICROBIOLÓGICA AGRÍCOLA PECUARIA

RESIDUOS

TECNOLOGIA DE PROCESAMIENTO DE FRUTAS Y HORTALIZAS VEGETAL TRANSFORMACIÓN "1 Y 2"

TRANSFORMACIÓN "0"

PRODUCTOS CON ALTA CONCENTRACIÓN DE AZÚCAR

PRODUCTOS CON BAJA Y/O MEDIANA CONCENTRACIÓN DE AZÚCAR

Mermeladas Jaleas Machacados

Pulpas y/o zumos

Fruta en almíbar

Néctares

Confitado Concentrado Otros

Pastas

PRODUCTOS CON BAJO CONTENIDO DE HUMEDAD

Deshidratados

PRODUCTOS CON CONCENTRACIÓN DE ALCOHOL

PRODUCTOS ACIDIFICADOS

Macerados

Láctica

Fermentados

Acética Encurtidos

OTROS

TECNOLOGIA DE TRANSFORMACION NIVEL “0” DE FRUTAS Y HORTALIZAS -FRIO: °T, H:R, TIEMPO, CLIMATERISMO -ENCERADO -MODIFICACIÓN DE ATMÓSFERA -IRRADIACIÓN Y OTRAS FUENTES IONIZANTES - OTROS

FIG. : MANEJO Y TECNOLOGIA POST COSECHA VEGETAL RECOLECCIÓN

I.M.

TRANSPORTE RECEPCIÓN EN PLANTA SELECCIÓN - CLASIFICACIÓN LAVADO - DESINFECTADO

AGUA

ENVASE

SECADO

CONSERVACIÓN EN FRÍO T° Y H.R

A.M A.C

A.H

I.M.

IRRAD. ENC

TRANSFORMACIÓN

PULPAS, PASTAS NÉCTARES MERMELADAS CONSERVAS LICORES FERMENTADOS DESHIDRATADOS CONCENTRADOS

INDICE DE MADUREZ Existen dos índices de madurez:  De recolección  De procesamiento y/ o consumo A. B. C. D. E.

METODOS VISUALES. METODOS FISICOS. METODOS QUIMICOS. POR CALCULOS. PERIODO CLIMATERICO.

RECOLECCION O COSECHA 



Recolectar el producto del campo a un nivel apropiado de madurez con un mínimo de daño y pérdida, tan rápidamente como sea posible, con un mínimo costo. Hoy como en el pasado estos objetivos son mejor logrados a través de la cosecha manual en la mayoría de la frutas, hortalizas y flores.









La velocidad de cosecha puede incrementarse aumentando el número de trabajadores. Los operarios deben de ser entrenados y capacitados para lograr una velocidad aceptable. Requiere un mínimo de capital de inversión. La calidad es tan importante para la comercialización de los productos frescos, de manera que la labor manual es el método dominante de

COSECHA MANUAL 





Tiene como ventaja que el alimento puede cosecharse de acuerdo al índice deseado. Los operarios pueden identificar el estado de madurez, logrando una selección precisa y adecuada. Se puede manipular el producto con un mínimo de daño





 

La velocidad de cosecha puede incrementarse aumentando el número de trabajadores. Los operarios deben de ser entrenados y capacitados para lograr una velocidad aceptable. Requiere un mínimo de capital de inversión. La calidad es tan importante para la comercialización de los productos frescos, de manera que la labor manual es el método dominante de

COSECHA MECANICA 





Sólo es recomendable para tecnologías de transformación 1 y 2. No se emplea para productos destinados en el mercado de frescos, por el daño que producen. Es un potencial disponible para una cosecha rápida.

 





Mejoran las condiciones de trabajo. Se reducen los problemas asociados con el contrato y manejo de mano de obra. Requiere el empleo de personal bien entrenado . Debe planificarse el mantenimiento regular de maquinarias y equipo y contar con uno de emergencia.

FIG.: COSECHA MECÁNICA

MANEJO POSCOSECHA 

 

Las frutas y hortalizas tienen comportamientos particulares en las tasas respiratorias lo que indica la necesidad de un rápido acarreo y manejo postcosecha. La producción de etileno en hortalizas es baja. Los efectos negativos del etileno en hortalizas son:



   

Amarillamiento debido a la degradación de la clorofila. Manchas café en la lechuga. Abscisión en hojas de repollo. Brotes en la papa. Producción de sabores indeseables.

TRANSPORTE 

   

En función al destino final, tamaño de empresa, grado de tecnificación y a la característica de la materia prima. Para transformación, generalmente a granel: Maracuyá, plátano, limón. En caja (jaba): Naranja, mandarina, piña, durazno, mango, fresa, espárrago, lechuga. En saco: Alcachofa, papa, camote Para productos de exportación: Caja (jaba) de con diseño apropiado.

RECEPCIÓN EN PLANTA A.Operación unitaria exclusiva a empresas con cierto grado de tecnificación  Controles: - Control de pesos - Evaluación de la calidad.  Análisis físico-químicos  Equipos y materiales:  Balanzas, refractómetros, pH-metro, texturómetro, fibrómetro (espárragos) B. Pequeños productores, generalmente se inclinan por:  Venta de la producción a intermediarios.  Comercialización a través de pequeños mercados donde no realizan ningún control. Esta modalidad es la que mas predomina a nivel nacional.

SELECCIÓN-CLASIFICACIÓN Selección Eliminación de materia prima que presenta signos de deterioro.  Clasificación Por color, tamaño, textura, estado de madurez 

*Operación unitaria que no lo realizan las pequeñas empresas

LAVADO - DESINFECTADO Operaciones únicamente realizadas por empresas que se dedican a la conservación por periodos largos y/o a la exportación; a excepción de la uva.  Generalmente para el mercado local y Nacional no se lleva a cabo.  Como desinfectantes:  Los clorados: 50-150 P.P.M de C.L.R. - Los anfóteros en base al Amonio cuaternario. 

OREO Operaciones únicamente realizadas por empresas que se dedican a la conservación por periodos largos y/o a la exportación; a excepción de la uva. EQUIPOS  Fajas transportadoras.  Aire seco. 

OTRAS OPERACIONES QUE CONTRIBUYEN CON LA CONSERVACIÓN

Encerado Tecnología utilizada a nivel industrial: Mandarina, manzana, naranja, mango  Irradiación Tecnología utilizada a nivel experimental en frutas y hortalizas.  Modificación de atmósfera 

EMPACADO   

Depende de: Tipo de materia prima. Lugar de destino: Nacional (supermercados, mercado mayorista, minorista); exportación.

CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO 



Las hortalizas de hojas, raíz y tallo son cultivos adaptados al frio, por ello la mayoría requiere de bajas temperaturas para su conservación. El rango de temperatura para el caso de raíces es amplio. Una vez cosechados deben ser preenfriados tan pronto como sea posible y almacenados a una alta humedad relativa para evitar la deshidratación.

CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO PARA FRUTAS

CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO PARA HORTALIZAS

MANGOS MANGO HADEN SIN ENCERAR

MANGO HADEN ENCERADO

EQUIPOS REQUERIDOS PARA UNA PLANTA PROCESADORA DE FRUTAS Y HORTALIZAS EQUIPO

       

 

Caldero piro tubular de 40 HP equipado Balanza de plataforma Capac. 2000 kg. Lavadora limpiadora de escobillas Mesas con tablero de acero inoxidable Tinas de lavado de acero inoxidable Ollas con chaqueta de vapor Exauster de 3 m. de largo x 0.20 de ancho Cerradora de latas semiautomática, capac. 600 a 800 latas. Autoclave equipado, capacidad 7000 a 9000 latas /batch Pulpeadora - refinadora con

CANTIDAD

01

PRECIO

18,000

01 01 02 02 02 01 02 02 01 01

400 3,500 1,500 2,000 3,500 4,200 16,000 5,000 3,850 10,000

            

Molino coloidal con juego de piedras Prensa hidráulica Tanques de preparación de jarabe de 1000 lts. Envasadora - dosificadora Pasteurizador de placas equipado Equipo fermentación acético Deshidratación con aire caliente Capac. 500 kg/batch. MATER. DE LABORATORIO Refractómetro 0-32 -30-65 45-85 pH - metro Material de vidrio Material de Plástico Otros

01 01 02

8,500 4,000 6,000

01 01 01 01

6,000 30,000 10,000 18,000

03 01

1,800 800 2,000 1,000

10,000 TOTAL $ 166,050

CAPACIDAD DE PLANTA  

    

Pulpas 3,000 kg/8 h. Fruta en almíbar 100 cajs x 24 lats/8 hs. Fruta deshidratada 500 kgde M.P./8 h. Mermeladas 1200 kg/8 hs. Sidra 1600 lts/15 días Vinagre 1600 lts/15 días Néctares 200 cajas/24 unid/8 hs.

Fisiología Postcosecha :

Es una disciplina que estudia los cambios que experimentan los productos agrícolas desde que son cosechados hasta que llegan al consumidor . Deterioración perecederos.

:

Tejidos

vivos

,

suculentos

y

altamente

Factores Intrínsecos : Respiración , Transpiración, Maduración, Senescencia.  Factores Ecofisiológicos : Temperatura, Humedad relativa, concentración de oxigeno, luz, etc.

Fruto : Ovario maduro y fecundada asociado algunas Partes de la flor. Fruta : nombre genérico del fruto comestible de numerosos vegetales . Clasificación Botánica de las Frutos:   Agregados: fresas, frambuesas Bayas : uvas, tomate, Cariopsides : maíz Hesperidios : cítricas Legumbres : guisantes Múltiples : higos, piña Pomos : peras, manzanas Nueces : castañas Peponides : pepino, calabaza

Hortalizas : Parte de la planta herbácea que se utiliza como alimento. Clasificación botánica de las hortalizas Raíz (Ej.Zanahorias) Bulbos o tubérculos ( Ej. Cebolla, ajo, papas) Hojas (Ej. Acelga, espinacas, coles) Brotes tiernos o yemas apicales(Ej. Espárragos) Inflorescencias (Ej. Coliflor, alcachofas) Tallo (Ej. Apio españa) Frutos (Ej. Tomate, berenjena, pimentón) Semillas o Granos (Ej. Guisantes,garbanzos, lenteja).

Respiración : Proceso catabólico coeficiente respiratorio (Q=CO2 /O2 ) Es un indicador del tipo de reacción que predomina en un determinado proceso de oxidación : Combustión de carbohidratos (glucosa). Q=1 Combustión de grasas y ácidos orgánicos. Q> 1 Combustión de proteínas . Q< 1 Combustión por fermentación . Q excesivamente elevado. Frutos Climatéricos Frutos no Climatéricos

Transpiración : Pérdida de agua en forma de vapor.   Causas :    Alto Déficit de presión de vapor (DPV= (100 - Hr). Pv ) 100  Temperatura altas y Humedad relativa muy bajas. Formas de transpiración : estómica ( Hortalizas de hojas), cuticular, lenticelar . Barreras Naturales :

pelos unicelulares o vellosidades

epidérmicas (Ej. Duraznos),falsas espinas(Ej. Guanábana), lenticelas( Ej. Papa), pedúnculo (Ej. Pimentón) y otros.

Maduración de Frutos   Conjunto de cambios composicionales que se inician una vez que el fruto ha alcanzado su máximo crecimiento y desarrollo (madurez fisiológica), caracterizado por el ablandamiento y los cambios de color en los frutos, por efecto de la acción combinada del etileno y de algunas enzimas hidrolitícas.

 Madurez Hortícola:    Es el estado de desarrollo cuando una planta o parte de ella cumple con los requisitos de utilización para su consumo.    En el caso de hortalizas de fruto , la madurez hortícola esta relacionado con la madurez fisiológica, es decir con el completo crecimiento físico del material vegetal, medido por la longitud, diámetro, volumen, peso, etc., característico de su variedad o cultivar.

 Factores Externos o Ecofisiológicos :   Efecto de la temperatura : La velocidad de respiración es afectada por la temperatura (Q10ºC), : K: 2-3

.

Ley de Van’t

Hoff . EJ: En cítricos la degradación de la clorofila: Es óptima a 22ºC y se detiene a 38ºC La síntesis de carotenoides es óptima a 18ºC y se detiene a 30ºC. 10___ T2- T1

 Efecto de la humedad relativa : Una disminución de la %Hr origina : Pérdida de peso y de la apariencia general del producto (arrugamiento de la piel) y una disminución de la textura.   Efecto de la luz : Influye en algunos cambios composicionales no deseables en los rubros, tales como : Crecimiento en espárragos cosechados. Presencia de solanina en papas. Grelación (por efecto de la oscuridad ).

Técnicas de Control de la Deterioro

Atmósferas controladas : Consiste en el almacenando un producto en una atmósfera baja de oxigeno y alta de dióxido de carbono. ____________________________________________________________ Producto Temperatura % O2 % CO2 Uso Potencial __________________________________________________________ Fresa 0-5 10 15 - 20 Excelente Aguacate 5-13 2 -5 3 - 10 Limitado Cambur 12-15 2-5 2-5 Excelente Espárragos 0- 5 2-3 5-10 Limitado Zanahoria 0 -5 ventilación Excelente _____________________________________________________________ Fuente : Flores, 1994.

 Atmósferas Modificadas Consiste en la remoción o adición de gases resultando en una composición atmosférica diferente a normal, que contribuye a retardar la maduración y la senescencia.  Tipos : Atmósferas modificadas pasivas : se crean con recubrimientos de ceras ( Ej. Semperfresh, Primafresh ) , plásticos o empaques. Atmósferas modificadas activas : se logran con almacenamiento refrigerado y constante ventilación. Problemas : Daño por frío

Condiciones de maduración y almacenamiento para algunas frutos ________________________________________________ Frutos Maduración Almacenamiento (Etileno) 2 semanas _________________________________________________   Guayaba 16-21 ºC x 95 %Hr 8-10 ºC x 95 % Hr 10 ppm Limones Lechosa

22-25 ºC x 90 % Hr 200 ppm

13 ºC x 90% Hr

21 - 27 º C x 90 % Hr 13 ºC x 90 % Hr 1000 ppm __________________________________________________ Fuente : Wills, 1990

Determinación de Parámetros Físicos y de Preservación de Productos Hortofrutícolas. PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS  Físicas

HORTOFRUTÍCOLAS:

(peso, forma, tamaños,área,volumen, peso específico, índices de redondez, esfericidad y elipsoidal).

 Mecánicas – Reológicas(físicas-mecánicas:Textura: Firmezaturgencia)

 Térmicas (Calor específico, calor sensible o de campo)  Ópticas (Tramitancia y reflectancia de la luz)

PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS HORTOFRUTÍCOLAS:  Fisiológicas (Madurez fisiológica, Comercial y de consumo)  Químicas y Bioquímicas( Cambios composicionales por actividad metabólica)  Nutricionales (Composición química de los rubros)  Organolépticas (apariencia general, sabor, olor, color,  Funcionales (Aprovechamiento industrial

del producto)

textura, sonido)

PROPIEDADES FÍSICAS: Peso : varia de acuerdo a la variedad. Se determina en una balanza gravimetríca y se expresa en gramos o kilogramos.Ej.

  Clasificación de los frutos tropicales por peso ___________________________________________ Clase Rangos de Ejemplos de Pesos(g) Frutos _____________________________________________   Muy livianos < 50 fresas, cemeruca Livianos 51 - 100 guayaba, parchita Medio liviano 101 - 250 cambur, berenjena Medio 251 - 500 mango, plátano Medio pesado 501 - 1000 aguacate,melón Pesado 1001- 5000 lechosa, piña Muy Pesado > 5000 patilla, auyama ________________________________________________ Fuente : Pantastico,1975.

Volumen : Determinado por el principio de Arquímedes: consiste en medir el volumen de agua desplazado por un producto de peso conocido.   Otro método es el de de flotación en soluciones salinas de diferentes densidades.   Relación área/volumen :   Frutos pequeños : menor volumen mayor relación área/ volumen mayor pérdida de agua y mayor tasa respiratoria .   Peso especifico o densidad:    es la relación del peso del producto con respecto a su volumen, expresado en g/cm3 .   Densidad aparente o real :   es la relación entre el peso total y el volumen total de los productos expresado en g/cm3.

Propiedad Térmica :    son las relacionada con los procesos de calentamiento y enfriamiento de los productos, Ej. calor especifico , calor sensible o calor de campo .   Calor especifico: Permite cuantificar la cantidad de energía que un gramo de producto cede o suministra un gramo de un fluido (agua o aire) para elevar la temperatura en 1ºC.   Ce= 0.008 a + 0.20; donde: a= porcentaje de agua en el producto.   Calor sensible o de campo :   calor inherente y presente en el producto en el momento de cosecharlo o refrigerarlo. No es el calor de respiración, sino el proveniente de los factores ambientales: temperatura del aire circundante.   Qs= Ce. P(T1 - T2)    P: peso del producto, Ce: calor especifico; T1: temperatura de campo; T2 : temperatura de enfriamiento o almacenamiento.

Propiedades Ópticas: Corresponde a las propiedades de transmitancia y reflectancia de la luz de los productos agrícolas., como por ejemplo el color característico de un producto. Determinación por :   Métodos electrónicos por reflexión de la luz: colorímetro de Gadner, colorímetro de Hunter-Lab (L,a,b) Índice de color=(1000) a/L.b) colorímetro de tomate (Agtron ).   Métodos espectrofotométrico y de densidad óptica por tramitancia o reflectancia de la luz a longitudes de ondas especificas . Métodos subjetivos por comparación de colores, utilizando Cartas de colores triestimulo de Munsell.   Escala de colores subjetiva comparando el fruto con una escala diseñada : IC= n(E)comparar + n(E)+ ....n(E)/N Ejemplo: podemos el color de varias frutas y hortalizas:  naranja y zanahoria (naranja + claro + fuerte), sandía (rojo + semi-claro + fuerte), fresa y cereza (rojo + semioscuro + fuerte), manzana y patata (amarillo + claro + débil), pepino (piel: verde + semioscuro- fuerte; cuerpo: amarillo-verde + claro débil), etc.

Curvas de sensibilidad espectral de los sensores XYZ, o técnicamente funciones de igualación (CMF, del inglés Color Matching Function), del observador patrón CIE-1931 XYZ

Atributos perceptuales básicos del color

Propiedades mecánicas- reológicas (Físicas-mecánicas):   Predice el comportamiento de los productos agrícolas al someterlos a cargas estáticas o dinámicas.   Pruebas : Resistencia al impacto, Esfuerzo cortante y Compresión   Los atributos que los constituyen son : Textura: - Relación entre la firmeza y la turgencia.  - máxima tensión que puede soportar el fruto sin desviación de la proporcionalidad entre los esfuerzos y la deformación.   Firmeza: - Relación entre la distribución de los tejidos, el nivel de fibra y la composición de las paredes celulares.   Turgencia: - Se refiere al contenido de humedad en el tejido, que atribuye crujencia al producto.

Consistencia: Se refiere a la resistencia cualitativa o sensorial, determinada al tocar o comprimir el producto.   Resistencia a la compresión :   se calcula a partir de la carga máxima aplicada al producto a nivel de la sección transversal. Se expresa en unidades de Newton, Dinas o Kg-f en función de los milímetros (mm) de deformación.   Resistencia a la tracción :   tensión de tracción máxima que soporta un material. Se expresa en unidades de Newton, Dinas o Kg-f en función de los milímetros (mm) de deformación.   Resistencia a impactos:   La máxima carga aplicada por efecto de impacto sobre el material. Se expresa en unidades de Newton, Dinas o Kg-f en función de los milímetros (mm) de deformación.

Métodos destructivas: Probadores de presión y punción manual.   Penetrometro Magness-Taylor (Manual) de diferentes diámetro y formas (10-30mm).   Fibrómetro.   Tenderometros.   Penetrométros con base estacionaria y dinámicas (determina la firmeza relativa del rubro). Ej. Instron: instrumento probador universal adaptable a un número variable de productos.   Medidas : compresión / deformación.   Tijera de presión de Kramer (Alo-cualitómetro), permite medir la turgencia al corte y la compresión. Métodos No Destructivas: Transmisión de la luz.

APLICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS HORTOFRUTÍCOLAS.

CARACTERISTICAS . Las propiedades ópticas en concordancia con las propiedades físicas y fisiológicas ( color, tamaño, forma peso y el volumen ).

APLICACION  Son aplicables para definir el momento oportuno de cosecha. Permiten establecer los criterios para la selección y clasificación de los rubros. 

. La relación de peso y volumen que define el peso especifico de un fruto en combinación con las características físicas dimensiónales del rubro.   . Las propiedades Fisiológicas, organolépticas y nutricionales. . Las propiedades físicas y reológicas referidas a las características dimensiónales del producto, índices de curvatura y valores textuales .

Permiten establecer los calibres de los productos para determinar las distintas categorías de calidad comercial.

. Definen el estado de madurez de un rubro caracterizando el grado de susceptibilidad y la resistencia físico mecánica en las operaciones de manejo postcosecha . 

Permiten inferir sobre la carga a granel o el peso definido máximo a manipular de un producto sin que ocurran daños que reduzcan la calidad general del producto y seleccionar maquinas, equipos o instrumentos de trabajo.

APLICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS HORTOFRUTÍCOLAS. 







CARACTERISTICAS



Las medidas volumétricas, el área y la forma de un producto.

Los índices elipsoidales . 

de

redondez

Las propiedades funcionales químicas y bioquímicas.



Definen las dimensiones de empaques, cajas, tasas calibradoras, unidades para molde o sostenedores.



Permiten dimensionar la superficie de algunas estructuras y las aperturas para cada unidad de clasificación por peso.



Definen el tipo de material a seleccionar para el manejo y las condiciones requeridas para la conservación de un producto.

y

,

APLICACIÓN

. COMPORTAMIENTO FISIOLOGICO DE GRANOS O CEREALES.

FISIOLOGÍA POSTCOSECHA DE GRANOS CEREALEROS Granos o semillas : Óvulo maduro desarrollado

fecundado

y

Son tejidos vivos que al cosecharlos continúan sus actividades metabólicas a una tasa de respiración acelerada, que promueve la germinación o la fermentación, los cuales van en detrimento de la calidad comercial del producto. Madurez Fisiológica en Semillas : se refiere al máximo peso fresco, vigor y viabilidad con un contenido de humedad alrededor del 45 %. Madurez Fisiológica en Granos : se refiere al máxima acumulación de materia seca con un contenido de humedad entre 16 y 20 %.

Deterioración de los granos : Factores Biológicos :

Tasa de respiratoria.

C6 H12 O6 + 6 O2   180 g 130.4 l (Glucosa)

6 CO2 + 6 H2 O + calor 134.4 l

180 g

677.2 cal

Procesos de Fermentación : Muerte del embrión. C6 H12 O6 Glucosa

2 C2 H5 OH + 2 CO2 + 22 cal Alcohol etílico

Factores Ecofisiológicos : Temperatura, humedad relativa y la ventilación o aireación .

Grado de deterioro : Propiedades intrínsecas de los Granos y Semillas Baja conductividad térmica. Velocidad del calor al pasar de las zonas calientes a las frías. Es diferente y específica según el tipo de grano o semilla. Depende de las características físicas : forma, tamaño, peso, área, textura y contenido de humedad. Alta capacidad de absorción de agua. Equilibrio dinámico entre el agua del grano y el agua del aire. Naturaleza porosa y la resistencia del grano al flujo

Condiciones de Almacenamiento de granos : Disminuir la intensidad respiratoria de los granos. Mantener la humedad de equilibrio del grano seco.

Evitar la acumulación del calor por aumento de la temperatura. Evitar el aumento del contenido de humedad de los granos. Evitar la condensación de agua superficial que favorece el desarrollo de microorganismos. Técnicas de control :

Aireación y Presión estática

A mayor presión estática (mayor altura de la columna de granos mayor es la fuerza que se requiere del ventilador para forzar la cantidad de aire a través de la masa de granos.

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PROCESOS CON APLICACIÓN DEL CALOR

PROCESOS CON APLICACIÓN DEL CALOR 





Estudio del tratamiento térmico aplicado a un producto agroindustrial para mejorar su conservación. El método empleado debe conseguir que la intensidad de calor aplicado atraviese el envase y a todas y cada una de las partículas de producto agroindustrial. La penetración de calor es un fenómeno que puede desarrollarse de acuerdo con mecanismos de conducción o convección y en el que inciden numerosos factores que deben ser controlados, o al menos tomados

PROCESOS CON APLICACIÓN DEL CALOR (TRANSFERENCIA DE CALOR) 



La trasferencia de calor es una de las operaciones que tiene lugar en la agroindustria, Ejm: la cocción, horneado, secado, esterilización y congelación, son procesos en las que se transfiere calor y forma parte del procesamiento de casi todos los productos agroindustriales. La fuerza motriz que impulsa la transferencia de calor es el gradiente de temperatura entre la fuente y el receptor de calor. El calor pasa de una sustancia a otra atravesando un medio, que en general ofrece cierta

PROCESOS CON APLICACIÓN DEL CALOR (TRANSFERENCIA DE CALOR) 

Estos dos factores, la diferencia de   temperatura y la resistencia al flujo de calor, afectan a la velocidad de transferencia de calor, los cuales están relacionados entre si por la siguiente ecuación general.



El calor se puede transmitir por tres mecanismos diferentes: conducción, convección y radiacion.

CONDUCCION 

Se intercambia directamente energía molecular desde la sustancia mas caliente a la mas fría, cediendo las moléculas de mayor energía parte de ella a las moléculas vecinas de menor energía. Ejm. Transferencia de calor a través de las paredes solidas de un horno o un congelador. Ley de Fourier

= flujo de calor; Kcal.h-1, BTU.h-1, W k = Conductividad térmica del medio; Kcal.h-1.m-1.°C; BTU.h-1.pie-1.°F-1; W.m-1.°C-1 A = Area transversal de la pared por la que fluye el calor; m2; pie2 = gradiente de temperatura, velocidad de cambio de temperatura por unidad de longitud; °C.m-1 ; °F.m-1

CONVECCIÓN 

La transferencia de calor se lleva a cabo por el movimiento de grupos de moléculas de un fluido debido a cambios de densidad o por un movimiento forzado del fluido. Ejm: cocción en tanques enchaquetados, si no hay agitación las variaciones de densidad dan lugar a la transferencia de calor por convección natural, si hay agitación, la convección Ley de Newton es forzada. = flujo de calor; Kcal.h-1, BTU.h-1, W = Coeficiente de transferencia de calor; Kcal.h-1.m-2.°C; BTU.h-1.pie-2.°F-1; W.m-2.°C-1 = Temperatura del medio del fluido; °C; °F = Temperatura de la superficie; °C; °F

RADIACION 

Es la transferencia de energía térmica por medio de ondas electromagnéticas que transmiten calor de un cuerpo a otro, Ejm: calentamiento de un producto haciéndolo pasar bajo un grupo de resistencias eléctricas calentadas al rojo vivo. Radiación entre dos cuerpos

= emisividad de la superficie a T1 = emisividad de la superficie a T2 = Constante de Boltzman = 5.73 x 10-8 W.m-2.°K-4

Radiación desde el entorno a un cuerpo pequeño

PROCESADO TÉRMICO.

Ing. David Juan Ramos Huallpartupa [email protected]

CONTENIDO    



INTRODUCCIÓN TIPOS DE REACCIONES ORDEN DE UNA REACCIÓN VELOCIDAD DE REACCIÓN Y SU DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA PROCESADO TÉRMICO

INTRODUCCIÓN • Las reacciones químicas ocurren en los productos agroindustriales durante el procesamiento y almacenamiento. • Algunas reacciones resultan de la perdida de calidad y deben ser minimizadas, mientras otras producen un sabor y color deseado y deben ser optimizados para obtener mejor calidad. • Un entendimiento de los mecanismos de reacción y la cuantificación de las constantes de velocidad facilitara la selección de las mejores condiciones del proceso o almacenamiento; así como las características deseadas que estarán presentes en el producto.

TIPOS DE REACCIONES 1. Reacciones unimoleculares. Degradación de Sea: A, B, C, D = Componentes o reactantes; K i= constante de velocidad de reacción

los componentes de un alimento. K1 A ---------> productos K1 K2 A ---------> B --------> productos K2 K3 A ---------> A+B --------> productos

(1) (2)

(4)

++}

(3)

2. Reacciones Bimoleculares. La reacción puede basarse en uno de los componentes que puede ser un reactante o un producto. Ejm: Reacciones de fermentación. K1 a A + b B-------> c C + d D

(6) (7)

(5)

TIPOS DE REACCIONES Reacciones Reversibles. La reacción

Sea: A, B, C, D = Componentes o reactantes; K i= constante de velocidad de reacción; S =sustrato

3.

puede expresarse desaparición de A:

como

la

velocidad

K1 n A <---------> b B + c C K2

(8)

(9)

neta neta de

(10)

(11)

4. Reacciones Enzimáticas. Ocurren a velocidad limitada por la concentración de la enzima presente. Puede medirse en función de la perdida del reactante o la aparición del producto. Si no hay inhibición del producto: la actividad de la enzima (a) será: -a

(12)

ORDEN DE UNA REACCIÓN

Se define como la suma de los exponentes de la concentración de reactantes.

1. Reacciones de orden cero. Es una relación lineal entre la concentración de reactante y tiempo. (13) (14)

2. Reacciones de primer orden. La concentración es una función logarítmica del tiempo. -

(15) (16)

3. Reacciones de segundo orden. Es una relación hiperbólica de la concentración de reactante y tiempo. (17) (18) -2

VELOCIDAD DE REACCIÓN Y SU DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA

ECUACIÓN DE ARRHENIUS. Relaciona la constante de velocidad de reacción a la temperatura absoluta con la energía de activación. K = Constante cinética (velocidad de reacción) (min -1 ) A = Constante empírica (min-1) Ea = Energía de activación del sistema (J/g mol) T = Temperatura absoluta (K) R = Constante de los gases ideales 8.31(J/K mol)

PROCESADO TÉRMICO Se refiere al proceso de calentamiento, mantenimiento y enfriamiento requerido para eliminar microorganismos patógenos o evitar la descomposición de los alimentos responsables de enfermedades. PARÁMETROS PARÁMETROS PARA PARA EL EL PROCESADO PROCESADO TÉRMICO TÉRMICO

TIEMPO DE REDUCCIÓN DECIMAL (Dt): Es el tiempo (min) necesario a una temperatura dada para destruir el 90% de la población microbiana, equivale a la reducción de la población microbiana en un ciclo logarítmico. SE RELACIONA CON LA REACCIÓN DE PRIMER ORDEN.

PROCESADO TÉRMICO PARÁMETROS PARÁMETROS PARA PARA EL EL PROCESADO PROCESADO VALOR Q10: Es el numero de vecesTÉRMICO que una velocidad de reacción cambia con un cambio de 10ºC. Se relaciona con la ENERGÍA DE ACTIVACIÓN y Z. CONSTANTE DE RESISTENCIA TÉRMICA (Z): Es el cambio de temperatura requerido para cambiar la velocidad de inactivación microbiana por un factor de 10. Se relaciona con ENERGÍA DE ACTIVACIÓN.

TIEMPO DE MUERTE TÉRMICA (F): Es el tiempo requerido para que a una temperatura especifica se consiga destruir un numero determinado de microorganismos que tienen un valor Z concreto.

D

METODOS BASADOS EN EL TRATAMIENTO TERMICO ESCALDADO.- Es un tratamiento previo de los productos alimenticios de origen vegetal (frutas y verduras), orientado a la estabilización de los mismos con respecto a sus actividades enzimáticas que se aplican antes del congelado, enlatado o esterilización comercial, deshidratación. Características:  Corta duración (pocos minutos)  Temperatura moderada (95 – 100 o C) 1.

ESCALDADO Expulsión del aire para eliminar su oxígeno, con el fin de evitar posteriores oxidaciones.  Inhibición de sistemas enzimáticos cuyas actividades darían lugar a modificaciones químicas en el producto almacenado.  Destrucción de algunos microorganismos presentes dependiendo de la severidad de las condiciones bajo las que se aplique, además de inactivar enzimas. METODOS  Vapor: con cortinas de agua, con cierres hidráulicos en lecho fluidizado.  Agua. 

PASTEURIZACION Es un tipo de procesamiento térmico de baja intensidad a temperatura que se sitúan por debajo del punto de ebullición del agua, método de conservación diseñado para destruir en forma selectiva microorganismos patógenos específicos, pero no conduce a un producto estable en almacén sin refrigeración. OBJETIVOS  Destruir bacterias patógenas asociadas con los alimentos para evitar problemas de salud pública, manteniendo las propiedades sensoriales del producto (p.e. leche, huevos con pH ligeramente ácido).  Prolongar la vida útil de los productos ácidos (zumos cítricos, vino, cerveza) ejerciendo una acción deletérea frente a M/O y enzimas. 

PASTEURIZACION METODOS 1. Empleo de bajas temperaturas (60- 65oC) y tiempos bastante prolongados (3-4 horas) 2. Empleo de altas temperaturas (75-90oC) y tiempos muy cortos (2-5 minutos), que solo afectan a los M/O, pero no los componentes químicos. APLICACIONES  Alimentos líquidos  Alimentos en los cuales se busca la destrucción de algunas especies de M/O patógenos.  Alimentos de pH bajo que permiten destruir las especies de M/O capaces de vivir bajo estas condiciones o bien impide la proliferación de las especies más termorresistentes.

PASTEURIZACION EQUIPOS 1. Para alimentos envasados se usan los siguientes intercambiadores de calor:  Por inmersión en baño de agua  Por lluvia de agua 2. Para alimentos sin envasar los intercambiadores son:  Con circulación de los fluidos: flujo en contracorriente y en paralelo.  Tubulares: con tubos coaxiales, multi tubulares de envolvente, de superficie aleteada.  De placas.

ESTERILIZACION COMERCIAL 



Es un tratamiento térmico que consiste en introducir alimentos en recipientes cerrados, a la acción del calor en autoclaves a temperaturas superiores a 100 oC. Controlado el binomio tiempo-temperatura se logra la destrucción de los M/O patógenos y de todos aquellos enlatados estables en almacén. El calor suele modificar las propiedades sensoriales de los productos.

ESTERILIZACION COMERCIAL FASES: 1. Preparación del alimento.- Selección, limpieza y clasificación, etapas importantes que si no se realizan bien pueden dar lugar al incremento de la contaminación bacteriana, con perjuicio del proceso térmico. 2. Escaldado.- Aplicado a frutas y vegetales para favorecer la inactivación de algunas enzimas, muerte de algunos M/O y la eliminación de casi todo el aire ocluido en la masa alimenticia. 3. Envasado.- Control de la exactitud del peso que se introduce en el envase y el modo de llenado para que retenga la menor cantidad de aire posible.

ESTERIZACION COMERCIAL 4. Expulsión del aire y cierre hermético.- el primero se logra mediante el uso de calor, inyección de vapor o de modo mecánico, dejando un mínimo de aire residual para que no se deforme durante el enfriamiento. El segundo mediante suturas con selladoras automáticas. 5. Tratamiento térmico.- Los alimentos envasados se colocan en autoclaves y se someten al calor en función al tiempo y temperatura establecido para cada alimento para alcanzar la esterilidad comercial (valores de D y F). 6. Refrigeración.- al concluir el tratamiento térmico enfriar rápidamente para cortar de inmediato la transferencia de calor, evitar el sobrecalentamiento y así mantener la calidad y estabilidad del producto.

ESTERILIZACION 





Consiste en la aplicación del calor de una forma drástica de tal manera que se destruyan casi en su totalidad las células y las esporas termorrresistentes, con el fin de alcanzar una estabilidad duradera en el alimento sin riesgos para la salud pública. En el proceso UHT normalmente se aplican temperaturas muy altas entre 135-150oC por solo 4 a 15 segundos, con lo que las propiedades sensoriales del alimento se ven un poco afectadas pero exige que el producto se mantenga bajo condiciones asépticas hasta su envasado hermético. Las industrias de zumos, derivados lácteos, sopas, helados usan este método que pueden ser :

ESTERILIZACION - Tratamiento térmico directo: El producto toma contacto directo con el medio calefactor que generalmente se trata de vapor de agua. - Tratamiento térmico indirecto: El calor se transmite a través de una superficie de separación integrada en un intercambiador de calor.

SISTEMAS DE ESTERIZACION PARA PRODUCTOS ENVASADOS SISTEMAS POR CARGAS  Calentamiento por vapor de agua saturada.  Calentamiento por mezcla de aire y valor de agua.  Calentamiento por agua sobrecalentada por inmersión o por lluvia. . SISTEMA EN CONTINUO  Hidrostáticos.  Neumohidrostáticos  Por llama directa 

EVAPORACIÓN CONTENIDO 

  

Conceptos básicos de la evaporación. Capacidad de Evaporación. Economía del Evaporador. Aumento en el Punto de

EVAPORACIÓN La evaporación es la operación de concentrar una solución mediante la eliminación de disolvente por ebullición. El objetivo de la evaporación es concentrar una disolución consistente en un soluto no volátil y un disolvente volátil.

EVAPORADOR Un evaporador consiste básicamente de un intercambiador de calor capaz de hervir la solución y un dispositivo para separar la fase vapor del liquido en ebullición.. En su forma más simple puede ser una charola de líquido colocada sobre una placa caliente. En la operación agroindustrial se construye para una operación continua, la superficie de intercambio de calor se incrementa de un modo notable, la ebullición es sensiblemente mas violenta y la evolución del vapor es rápida.

EVAPORADOR DE EFECTO SIMPLE

CAPACIDAD DE EVAPORACIÓN. Hasta la capacidad de evaporar 60000 lb/h (27.273 kg/h) de agua es necesario estudiar la posibilidad de utilizar evaporadores tipo tubular y de placas. Desde el punto de vista de costo de compra, los valores son muy cercanos, pero en la instalación los costos de la de placa son menores que los tubulares. Además, los evaporadores de placa ocupan menos espacio que los tubulares. Cuando la capacidad de evaporación del agua es sobre 60000 lb/h (27.273 kg/h) hay que considerar solamente los evaporadores tubulares.

ECONOMÍA DE UN EVAPORADOR La economía de un sistema de evaporación es la masa total de solvente evaporada por cada masa de vapor de agua alimentado al sistema de evaporación. El principal factor que influye sobre la economía de un evaporador es el número de efectos. Mediante un diseño adecuado, la entalpía de vaporización del vapor de agua que entra en el primer efecto puede utilizarse una o más veces dependiendo del número de efectos. La economía también está influenciada por la temperatura de la alimentación.

Si la temperatura es inferior a la de ebullición en el primer efecto, para el calentamiento de la carga se utiliza una parte de la entalpía de vaporización del vapor de agua y solamente una parte queda disponible para la ocupación. Si la temperatura esta a una temperatura superior a la de ebullición, la vaporización súbita que se produce contribuye a generar una evaporación adicional a la producida por la condensación del vapor de agua. Desde el punto cuantitativo la economía de un evaporador es totalmente una cuestión de balance de entalpía.

El vapor que sale de un evaporador puede utilizarse como medio de calentamiento de la calandria de un segundo evaporador siempre que la temperatura de ebullición de este evaporador sea lo suficientemente baja para mantener una diferencia de temperatura apropiada. Esto se consigue mediante la operación de efectos sucesivos a presiones cada vez más reducidas. La reutilización del calor por este método puede extenderse a varios efectos y se denomina evaporación de efectos múltiples.

AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN Para que se produzca la ebullición la presión de vapor tiene que ser igual a la presión atmosférica. Por esto la disminución de la presión de vapor de la disolución afecta al punto de ebullición del agua. En esta ocasión no debemos fijarnos en el diagrama de fases del agua, dado que éste es sólo de la molécula y en este caso estamos hablando del agua en disolución. A pesar de que en el diagrama de fases, la curva de vaporización sea positiva, por lo tanto nos indica que menor presión y menor temperatura es la necesaria para producir el cambio de estado

En esta ocasión al haber un solvente que está interactuando con el agua provoca que ésta no se pueda evaporar por si sola, se realiza una oposición. Por eso para vencer dicha oposición necesitamos un aumento de temperatura, el aporte de energía calorífica hace que las moléculas puedan superar la oposición de la otra sustancia (igualar la presión de vapor). El aumento del punto de ebullición es proporcional a la molalidad: DTeb = Ke · m DTeb = variación entre la T de ebullición del solvente puro y la T de ebullición de la disolución. Ke = constante de proporcionalidad ebulloscópica (agua = 0.52º C) m= molalidad de la disolución.

FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE SECADO

     

Naturaleza de la material a secar. Forma, tamaño y disposición del material Disposición del material por unidad del área. Carga del material mojado por unidad del área. Temperatura del aire. Humedad del aire Velocidad del aire

HUMEDAD DEL SOLIDO 1.

2.

3.

Contenido de humedad: en peso húmedo (Kg, H2O/Kg. Producto húmedo) o en peso seco (KgH2O/Kg producto seco). Humedad de equilibrio: es el contenido de humedad más pequeño que se puede alcanzar a determinadas condiciones de temperatura y humedad y ocurre cuando la presión de vapor del sólido se iguala la presión de vapor del gas. Humedad libre: es el exceso de humedad sobre el contenido de humedad de equilibrio a cualquier temperatura y humedad dadas.

FORMAS DE ENLACE DE LA HUMEDAD CON EL MATERIAL 1.

Enlace químico o ligada: es la que se une con mayor solidez al material en determinadas proporciones estequiométricas y puede eliminarse solo calentando el material hasta altas temperaturas o como resultado de una reacción química, esta humedad no puede ser eliminada del material por secado.

FORMAS DE ENLACE DE LA HUMEDAD CON EL MATERIAL

2. Enlace físico-químico: Une dos tipos de humedad que difieren por las solidez del enlace con el material: humedad ligada osmóticamente y por adsorción.  La primera llamada también humedad de hinchamiento, se encuentra dentro de las células del material y se retiene por las fuerzas osmóticas.  La segunda se retienen sólidamente sobre la superficie y en los poros del material.

FORMAS DE ENLACE DE LA HUMEDAD CON EL MATERIAL

3. Enlace físico-mecánico: Es la más fácil de eliminar se subdivide en: humedad de los macrocapilares y microcapilares (capilares con el radio medio, mayor y menor de 10 -5 cm.)  La humedad de los macrocapilares se elimina con facilidad no solo por secado sino que también empleando métodos mecánicos.

MOVIMIENTO DE HUMEDAD DENTRO DEL SOLIDO 1.

2.

DIFUSIÓN LIQUIDA: debido al gradiente de concentración entre las profundidades del solido, donde la concentración es alta y la superficie donde esta es baja. MOVIMIENTO CAPILAR: Movimiento de la humedad a través de capilares intersticios de los solidos mediante un mecanismo que implica tensión superficial.

MOVIMIENTO DE HUMEDAD DENTRO DEL SOLIDO

3. DIFUSIÓN DE VAPOR: Ocurre cuando se suministra calor a una superficie de un solido mientras en otra el secado continua. 4. PRESIÓN: durante el secado debido a la concentración de las capas externas de un solido, se puede compeler la humedad hacia la superficie.

HUMEDAD DE MEZCLAS AIRE-VAPOR Y DIAGRAMAS 1.

HUMEDAD ABSOLUTA (H): son los Kg de vapor de agua por Kg de aire seco. H (Kg H2O/kg aire seco) = (18,02/28.97) P A/(P-PA)

PA = presión parcial de vapor de agua

2. HUMEDAD DE SATURACIÓN: Es aquella en la que la presión parcial del vapor de agua en la mezcla aire-vapor de agua es igual a la presión de vapor del agua pura a la T establecida. H (Kg H2O/Kg aire seco) = (18,02/28.97) P*A/(P- P*A)

P*A = presión de vapor de agua pura

3. HUMEDAD RELATIVA: es la cantidad de saturación de una mezcla aire-vapor de agua. HR = PA / P*A x100

CALOR HÚMEDO EN UNA MEZCLA AIRE- VAPOR DE AGUA 

Es la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de 1 Kg de aire seco mas el vapor de agua presente en 1ºC. Cs (KJ/Kg aire seco - ºK) 1.005 + 1.88 H (SI) Cs (BTU/lb aire seco - ºF) 0.24 + 0.45 H (S Ingles)

VOLUMEN HÚMEDO DE UNA MEZCLA AIRE – VAPOR DE AGUA

Es el volumen total en m3 de 1 Kg. De aire seco más el vapor que contiene a 101.325 Kpa absolutos de presión y a la temperatura de gas.

ENTALPIA TOTAL DE UNA MEZCLA AIRE-VAPOR DE AGUA

Es el calor sensible de la mezcla airevapor de agua más el calor latente del vapor agua a T

CURVAS DE VELOCIDAD DE SECADO Para reducir el contenido de humedad en el secado de diversos materiales de proceso, por lo general se estima:  El tamaño de secador necesario  Condiciones de operación (humedad y T del aire empleado)  Tiempo necesario para lograr el grado de secado

DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LA VELOCIDAD DE SECADO 1. 2.

3.

4.

Colocar una muestra en una bandeja La relación entre la superficie de secado y no secado asi como la profundidad deben ser idénticas. La velocidad, humedad, temperatura y dirección del aire deben ser las mismas para simular un secado en condiciones constantes Determinar la pérdida de peso a diferentes intérvalos de tiempo sin interrumpir la operación.

CONVERSION DE LOS DATOS A CURVA DE VELOCIDAD DE SECADO 1.

2.

3.

4.

Convertir los datos obtenidos en el experimento expresado como peso total del sólido húmedo (sólido seco mas humedad) a diferentes intérvalos de tiempo a datos de velocidad de secado como sigue: Calcular la humedad para cada punto Determinar la humedad de equilibrio de las condiciones de secado, X Calcular el contenido de humedad libre para cada punto.

CLASIFICACION DE LA OPERACIÓN DE SECADO 





Se puede clasificar en continuas y discontinuas. Las operaciones continuas pasan continuamente a través del equipo tanto la sustancia a secar como el gas. La operación discontinua se refiere a un proceso semi continuo, en el que se expone una cierta cantidad de sustancia a secar a una corriente de gas que fluye continuamente en la que se evapora la humedad.

CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS DE SECADO 1.

2.

3.

Métodos de operación: continuas o discontinuas. Métodos de propiciar el calor necesario para la evaporación de la humedad: directos e indirectos. Naturaleza de la sustancia a secar: sólidos rígido (madera), material flexible (papel, tela) sólido granular (cristales), pasta espesa o delgada o una solución.

TIPOS DE SECADORES SECADOR DE TUNEL:  FLUJO PARALELO . Secado inicial rápido . Transferencia de calor ineficiente al final del secado. . Formación de poros o grietas internas  FLUJO CONTRACORRIENTE . Alta temperatura a menor contenido de humedad. . Incremento de los daños por quemadura . Puede ocurrir un completo encogimiento 1.

2. SECADORES PARA MATERIALES ESPUMOSOS  



 

Proceso continuo Costo de procesamiento menor que el de vacío o liofilización. Elevada proporción de eliminación de humedad. Proceso relativamente a baja T. Limitado a áreas específicas.

2. SECADORES PARA MATERIALES ESPUMOSOS

CARACTERISTICAS DEL PRODUCTO  Sabor y calidad superior del producto  Productos casi solubles instantáneamente  Productos de baja densidad  Relativamente inestable durante el almacenamiento.  Difícil de obtener contenido de humedad suficientemente bajo en un secador de etapa simple.

3. SECADO DE LECHO FLUIDIZADO 

     

Adecuado para pequeñas piezas granulares Tipos: Fijo Convencional (simple o múltiple) Secador vibro-fluidizado Chorro centrífugo

3. SECADOR DE LECHO FLUIDIZADO VENTAJAS  Operación continua de fácil manipuleo  Mezclado rápido  Adecuado para operaciones de gran escala  Elevada proporción de transferencia de calor  Area de transferencia de calor relativamente pequeña.

3. SECADOR DE LECHO FLUIDIZADO DESVENTAJAS  Tiempo de residencia no uniforme  Contacto ineficiente cuando ocurre burbujeo, sedimentos o ranuras.  Puede resultar elevados niveles de desgaste. APLICACIONES - Secado de vegetales finamente divididos, granos, café tostado, enfriamiento de latas, cocción de alimentos usando lechos de sal o azúcar.

4. SECADORES NEUMATICOS CARACTERISTICAS  Proceso continuo  El secado del material ocurre mientras está suspendido en una corriente de aire caliente  Utilizado para completar el secado APLICACIONES  Secado de granos y completar el secado de materiales en polvo.

5. SECADORES POR ATOMIZACION ETAPAS DE PROCESO 1. Atomización del alimento 2. Contacto rociado/aire 3. Evaporación y secado de la partícula 4. Recuperación del producto seco ATOMIZACION  Atomizadores rotatorios  Toberas de atomización