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

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Entomofagia México y el mundo 2000 especies (540 en México)

ESCAMOLESESCAMOLES Náhuatl. azcatl: hormiga y

mol: guiso. “Guiso de hormiga”.

Hormigas (Liometopum apiculatum y Liometopum occidentale).

Pupas casta reproductora.

CARACTERÍSTICASCARACTERÍSTICAS

PROBLEMÁTICAPROBLEMÁTICA

Estacionales. Vida de anaquel muy corta. Alto costo.

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.

a) ½, b)1/3 c) Entre ½ y 1/3.

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.

a) vapor a 121 y b) inmersión a 115 °C.

Tiempos de proceso experimentales Tiempos de proceso experimentales obtenidosobtenidos

115 ºC 121 ºC

Salmuera Inmersión 53.13±0.69 30.15±1.8

Vapor 54.98±0.14 31.69±0.1

Escabeche Inmersión 18.2±0.3 12.69±0.33

Vapor 17.32±0.125 11.93±0.28

Validación microbiológicaValidación microbiológica

MICROORGANISMO RESULTADO

Productos en salmuera pH > 4.6Mesófilos aerobios NEGATIVOMesófilos anaerobios NEGATIVOTermófilos aerobios NEGATIVOTermófilos anaerobios NEGATIVO

Productos en escabeche pH < 4.6Lactobacilos, hongos y levadura NEGATIVOTermófilos de descomposición ácida NEGATIVOLactobacilos, hongos y levaduras NEGATIVO

Comparación entre el tiempo de proceso: experimental y simulado con Choi y Okos y estimación de parámetros

TPE TPC TPR

115 ºC 121 ºC 115 ºC 121 ºC 115 ºC 121 ºC

Salmuera Inmersión 53.13±0.69 30.15±1.8 53.5+0.5 37.75+1.75 53.85+0.35 30.935+2.435

Vapor 54.98±0.14 31.69±0.1 47.25+1.75 35+3 55.16+0.16 31.75+ 0.25

Escabeche Inmersión 18.2±0.3 12.69±0.33 48.5+5 36.5+3.5 18.7+0.4 15.2+1.2

Vapor 17.32±0.125 11.93±0.28 42.25+1.75 28.5+1.5 18.8+0.2 16.45+3.95

Composición químicaComposición química

PRODUCTOS %H % Ceniza % P % Grasas % ARTSalmuera Inmersión 115 ºC

82.97+ 0.081 1.34+ 0.037 5.78+ 0.018 6.17+ 0.015 3.61+ 0.005

Salmuera Vapor 115 ºC

84.37+ 0.0 1.23+ 0.0081 6.0+ 0.062 5.76+ 0.017 2.64+ 0.114

Salmuera Inmersión 121 ºC

82.92+ 0.087 1.32+ 0.037 5.95+ 0.049 7.18+ 0.018 2.63+ 0.016

Escabeche Vapor 121 ºC

84.40+ 0.053 0.82+ 0.054 4.20+ 0.012 6.55+ 0.02 3.89+ 0.107

Salmuera Vapor 121 ºC

85.55+ 0.0.2 1.23+ 0.020 5.26+ 0.306 5.55+ 0.014 2.41+ 0.05

Escabeche inmersión 115 ºC

83.84+ 0.04 0.81+ 0.008 5.06+ 0.025 6.43+ 0.014 4.30+ 0.015

Escabeche Inmersión 121 ºC

84.47+ 0.18 1.0+ 0.031 5.09+ 0.024 5.84+ 0.017 4.0+ 0.010

Escabeche Vapor 115 ºC

84.57+ 0.155 0.834+ 0.003 4.71+ 0.021 5.82+ 0.018 3.94+ 0.005

Parámetros fisicoquímicosParámetros fisicoquímicos

pH Aw

115 ºC 121 ºC 115 ºC 121 ºC

Salmuera Inmersión 6.29+0.5 6.14+0.05 0.986+0.001 0.983+0.0015

Vapor 6.24+0.5 6.23+0.05 0.985+0.003 0.985+ 0.0025

Escabeche Inmersión 4.52+0.2 4.64+0.35 0.977+ 0.002 0.992+0.0055

Vapor 4.23+0.5 4.34+0.02 0.987+0.0045 0.985+0.001

EtiquetaEtiqueta

Evaluación sensorial del producto Evaluación sensorial del producto terminadoterminado

ab b b b b b

b

Propiedades térmicasPropiedades térmicas

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.

GRACIAS POR SU GRACIAS POR SU ATENCIÓNATENCIÓN