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DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE PROCESO DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE PROCESO EXPERIMENTAL Y SIMULADO PARA EL EXPERIMENTAL Y SIMULADO PARA EL
ENLATADO DE ESCAMOLES ENLATADO DE ESCAMOLES (L(LIOMETOPUMIOMETOPUM APICULATUM)APICULATUM)
PRESENTA: Sandra Vianey Salas García
ASESORA: Dra. Alicia Grajales LagunesCO-ASESORA: I.A. Ma. Alicia De Anda Salazar
11 de Julio de 2011
ESCAMOLESESCAMOLES Náhuatl. azcatl: hormiga y
mol: guiso. “Guiso de hormiga”.
Hormigas (Liometopum apiculatum y Liometopum occidentale).
Pupas casta reproductora.
JUSTIFICACIÓNJUSTIFICACIÓN
Alternativa para combatir la desnutrición que existe actualmente.
Alto contenido de proteínas, vitaminas y minerales.
Estacionales.
Altamente perecederos
HIPÓTESISHIPÓTESIS
Es factible aplicar un proceso de enlatado a los escamoles, manteniendo en niveles
aceptables su estructura, sus propiedades nutritivas y sensoriales del producto
terminado.
OBJETIVO GENERALOBJETIVO GENERAL
Caracterizar el proceso para la obtención de dos productos enlatados (escabeche y salmuera) a base de escamoles (Liometopum apiculatum) utilizando 2
temperaturas (115 y 121 °C) y 2 tipos de esterilización (vapor e inmersión en agua).
OBJETIVOS ESPECÍFICOSOBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar experimentalmente el punto frío en diferentes posiciones de la lata.
Obtener la evolución de temperatura en el punto frío (determinado anteriormente).
Determinar el tiempo de proceso experimental y simulado.
Validar el tiempo de proceso experimental, de acuerdo a lo establecido por la NOM-130-SSA1-1995.
Determinar la composición química, las propiedades fisicoquímicas (Aw y pH) y la evaluación sensorial.
Calcular las propiedades térmicas del producto enlatado: calor específico (Cp), conductividad térmica (k) y la densidad () en función de la temperatura y la composición química del producto terminado aplicando las ecuaciones de Choi y Okos.
Estimar las propiedades térmicas k y coeficiente global de transferencia de calor (h) por medio de regresión no lineal, aplicando una simulación dinámica, a través del software COMSOL Multiphysics 3.5.
Validar los resultados del tiempo de proceso experimental con los resultados obtenidos mediante la simulación.
Diseñar la etiqueta para el producto terminado de acuerdo a la NOM-051-SCFI-1994.
MATERIALES Y MÉTODOSMATERIALES Y MÉTODOS
*Durante esterilización2
Validación tiempo de proceso
(microbiológicamente)
Determinación
del tiempo de proceso
experimental
Evolución de temperatura en tres posiciones de la lata
Determinación del punto frío
Llenado de la lata
Agotamiento
Enfriamiento
Cierre
Esterilización*
Formulación de productossalmuera y escabeche
1
Determinación de la composición química
Parámetros fisicoquímicos (Aw, pH)
Evaluación sensorial
Propiedades térmicas (Cp, k, ρ)
Análisis realizados en el producto terminado
Simulación4
Estimación de parámetros por regresión no lineal
Simulación en COMSOL (Choi y Okos)
Determinación del tiempo de proceso simulado
3
RESULTADOSRESULTADOS
Identificación punto frío y transferencia de Identificación punto frío y transferencia de calorcalor
a) ½, b)1/3 c) Entre ½ y 1/3.
Evolución de la temperatura en el punto Evolución de la temperatura en el punto fríofrío
a) Productos en salmuera b) Productos en escabeche
CONDICIONES VELOCIDAD DE CALENTAMIENTO
EN MIN (fc)1/2
VELOCIDAD DE CALENTAMIENTO
EN MIN (fc) 1/3
VELOCIDAD DE CALENTAMIENTO
EN MIN(fc)
ENTRE (1/2 Y 1/3)
UBICACIÓN PUNTO FRÍO
Salmuera vapor 115 °C
22 13 29.5 ½ y 1/3
Salmuera vapor 121 °C
27.5 25.5 28.5 ½ y 1/3
Salmuera inmersión115 °C
32 24.3 29.7 ½
Salmuera inmersión121 °C
29.5 17.1 24.7 ½
Escabeche Vapor115 °C
9.150.2
13.122.6
929.5
½
Escabeche Vapor121 °C
9.929.5
8.726.7
1322.8
½
Escabeche inmersión
115 °C
10.231.4
617.3
828.6
½
Escabeche inmersión
121 °C
11.841.2
9.738.7
828.6
½
Evolución de la temperatura en el punto Evolución de la temperatura en el punto frío con respecto del tiempo para frío con respecto del tiempo para
salmuera.salmuera.
a) vapor a 121 °C y b) inmersión a 121 °C.
Parámetros obtenidos por regresión Parámetros obtenidos por regresión lineal lineal
(k y h)(k y h)
kChoi y Okos
( W/m ºC)
krnl
( W/m ºC)
hrnl*10-9
( W/m2 ºC)
115 ºC 121 ºC 115 ºC 121 ºC 115 ºC 121 ºC
Salmuera Inmersión0.6345
+0.00110.6376
+0.00110.6988+0.027
0.7094+0.070
9.858+0.308
9.339+0.66
Vapor0.6353
+0.000250.6430
+0.00240.6042+0.019
0.8717+0.25
9.466+0.72
9.703+0.022
Escabeche Inmersión0.6379
+0.00250.6426
+0.000474.541+0.95
2.6007+0.28
7.310+0.88
9.754+0.21
Vapor0.6397
+0.00310.6435
+0.00121.894+1.11
1.733492+0.25
9.673+0.40
9.650+0.028
Análisis de varianzaAnálisis de varianzaVARIABLE DE RESPUESTA
GRADOS DE
LIBERTAD
SUMA DE CUADRADOS
VARIANZA CONSTANTE DE FISHER
PROBABILIDAD
ksim_rnl
Regresión 6 25.0034 4.167237.11234 0.005Residual 9 5.27323 0.585915
Total 15 30.2766 2.01844hrnl
Regresión 6 6.68532 1.205321.62264 0.247Residual 9 7.23192 0.742813
Total 15 13.9172 0.927816kchoi_Okos
Regresión 6 0.000163131 2.71885e-0054.07631 0.030Residual 9 6.00288e-005 6.66987e-006
Total 15 0.00022316 1.48773e-005Dif_kRegresión 6 24.9718 4.16197
7.13323 0.005Residual 9 5.25116 0.583463Total 15 30.223 2.01487pHRegresión 6 13.0511 2.17518
65.2977 0.001Residual 9 0.299806 0.0333118Total 15 13.3509 0.890059AwRegresión 6 0.000146108 2.43514e-005
0.848647 0.564Residual 9 0.00025825 2.86944e-005Total 15 0.000404358 2.69572e-005Tiempo_procRegresión 6 4152.41 692.068
754.81 0.0001Residual 9 8.25189 0.916877Total 15 4160.66 277.377
Coeficientes modelo de regresión linealCoeficientes modelo de regresión lineal
VARIABLE DE RESPUESTA
COEFICIENTES DE REGRESIÓN DEL MODELO LINEALb0 b1 b1 b2 b2 b3 b4 b4 b4 b4 b5 b5 b6 b6
ksim_rnl
P(t)1.719.31E-06
1.010.0006
1
-1.010.0006
1
-0.430.055
0.430.055
-0.240.26
-0.480.042
0.480.042
0.480.042
-0.480.042
-0.330.13
0.330.13
0.240.25
-0.240.25
kchoi_Okos
P(t)0.635.57E-24
0.00170.031
-0.00170.031
0.00110.12
-0.00110.12
0.00250.0046
-0.000450.53
0.000450.53
0.000450.53
-0.0004450.53
-0.000300.66
0.000300.66
0.000490.49
-0.000490.49
Dif_kP(t)
1.060.0003
4
1.010.0006
1
-1.010.0006
1
-0.430.054
0.430.054
-0.240.25
-0.480.041
0.480.041
0.480.041
-0.480.041
-0.340.13
0.340.13
0.240.25
0.240.25
pHP(t)
5.31.3E-15
-0.921.1E-08
0.921.1E-08
-0.0660.19
0.0660.19
0.00610.89
-0.0870.11
0.0870.11
0.0870.11
-0.0870.11
0.0420.41
-0.0420.41
0.00640.89
-0.00640.89
T_ProcP(t)
28.769.7E-16
-14.177.52E-13
14.177.5E-13
0.170.49
-0.170.49
-7.352.6E-10
-0.630.035
0.630.035
0.630.035
-0.630.035
4.761.6E-08
-4.761.6E-08
0.0410.87
-0.0410.87
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
Los resultados totalmente inéditos
Se logró obtener los mecanismos de transferencia de calor para ambos tipos de productos
El tiempo de proceso obtenido de manera
experimental y simulada fue menor para los productos de escamoles en escabeche que para los productos de escamoles elaborados en salmuera.
Las ecuaciones de Choi y Okos se ajustaron para el producto de escamoles en salmuera por sus características termodinámicamente ideales.
La simulación realizada por regresión no lineal se ajustó para ambos productos independientemente del tipo de esterilización y la temperatura.
Con la validación de los tiempos de proceso se garantiza la condición de esterilidad comercial para ambos productos.
La obtención de los parámetros k (conductividad térmica) y h (coeficiente convectivo de transferencia de calor) por regresión no lineal permitirá obtener los tiempos de proceso para tamaños y formas de latas diferentes siempre y cuando sea el mismo material de envase.
Los escamoles enlatados siguen siendo un alimento rico en proteínas.
Todos los productos fueron aceptados por el consumidor, aunque la mayor preferencia la obtuvieron los productos en escabeche.