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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
(3 CRÉDITOS)
PRACTICA INTEGRAL
INTRODUCCION
El diseño curricular del programa de ingeniería de alimentos, ha llevado a un plan analítico que establece el área de ingeniería básica en la cual se ubican cursos formativos que permiten al estudiante acceder a conocimientos, habilidades y destrezas para abordar importantes cursos de la ingeniería específica y desarrollarse en varios de los campos del ejercicio profesional y ocupacional en la ingeniería de alimentos.
El balance de materiales y energía se constituye es uno de esos cursos de especial significancia, que en términos de los dos elementos materia y energía, se constituye en la contabilidad de los procesos en paralelo a la contabilidad normal que se lleva en toda empresa comercial.
Todo proceso de transformación en la industria de alimentos requiere el manejo de materias primas, materiales, productos en proceso y producto terminado en cantidades apropiadas, perfectamente definidas.
Estas cantidades son base para establecer programas de compras, políticas de almacenamiento y análisis de costos.
El manejo de las operaciones y procesos unitarios así como el dimensionamiento de equipos y diseño de planta se fundamentan en los balances de materia.
Los requerimientos de servicios industriales, principalmente la energía térmica establece fundamentos para el dimensionamiento del servicio que lleva a definir los equipos de producción y transmisión así como líneas de conducción.
El profesional debe desarrollar y aplicar adecuadamente los balances de materia y Energía.
OBJETIVOS
Incentivar al estudiante a concretar decididamente su propio proceso de aprendizaje y afianzar el aprendizaje con otros.
Aportar al estudiante información básica sobre los fundamentos teóricos y prácticos del BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA para aplicar en las diferentes operaciones de conservación y procesamiento de alimentos y con ello lograr un buen desempeño profesional acorde a las competencias que se pretenden desarrollar.
Elaborar productos para desarrollar aptitudes y destrezas en la adquisición y aplicación de conocimientos propios de la ingeniería de alimentos.
Desarrollar procesos para la obtención de productos.
Reconocer operaciones y procesos desarrollados en la obtención de productos.
Elaborar diagramas de flujo.
Hacer balances de materiales y de calor
Determinar costos preliminares de producción
ACTIVIDADES
Las actividades primarias de esta práctica, son las de llevar a cabo procesos que
involucran tanto operaciones como procesos unitarios para obtener parámetros
importantes en el desarrollo de problemas de aplicación en tecnología e ingeniería de
alimentos y obtener inicialmente dos productos, un jugo y un osmodeshidratado de
fruta.
Entre los procesos unitarios tenemos entre otros el escaldado para la inactivación
de enzimas, manejo de pH, e hidrólisis ácida de azúcares. De las operaciones
unitarias se tienen selección, clasificación, limpieza, reducción de tamaño, separación
o filtración, ósmosis y secado.
Una vez realizadas las diversas experiencias se cumple el segundo objetivo, las
aplicaciones a los contenidos de las materias que el estudiante está cursando en su
plan de estudios.
Finalmente se tiene el reafirmar los conocimientos realizando la elaboración de un
informe y respondiendo a las diversas evaluaciones que se presentan en diferentes
momentos del desarrollo de la práctica.
Para la práctica integral se han organizado nueve experiencias, de ellas cinco
obligatorias y cuatro opcionales, a saber:
Experiencias obligatorias
Escaldado de la fruta
Elaboración del jugo y pasterización
Hidrólisis ácida de azucares
Osmodeshidratación húmeda
Osmodeshidratación en seco
Experiencias Opcionales
Obtención de pulpas.
Secado
Fermentación alcohólica de zumos o mostos de frutas
Destilación de fermentados.
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE.
Realice la investigación bibliográfica sobre qué son las operaciones y procesos
unitarios.
Recomendamos los textos
Balance de materia y energía de Fonseca V y all. . UNAD 2001
Operaciones unitarias en la ingeniería química de Smith y all. Mac Graw Hill BooK
Company 2000.
INTRODUCCION
La consistencia y el sabor de un jugo dependen de la relación fruta- agua que se
emplee; el nivel de dulce, de si se emplea o no azúcar y de usarse, en qué cantidad
se debe dosificar.
Es necesario de equipos y aparatos de medición y todos los elementos apropiados
para repetir continuamente procesos que nos den productos muy iguales.
Se debe tener siempre presente que el producto de nuestro trabajo va dirigido a
terceros, o a un público consumidor, muchas veces de gustos muy diferentes a los
nuestros y que siempre están exigiendo un producto con las mismas características
cada vez que lo consumen.
Dicho en otras palabras los productos y procesos deben estar estandarizados y ésto
únicamente se logra en laboratorios y plantas piloto.
En el desarrollo de las anteriores experiencias, en gran medida no se correlacionan
los ejercicios realizados con lo que el estudiante está aprendiendo, a pesar de haber
obtenido conocimientos propios de su carrera.
Las experiencias a nivel planta piloto involucran operaciones y etapas entre ellas las
que tienen que ver con mediciones que en algunos casos conllevan transporte del
material; otras operaciones, muy necesarias cuando los productos llegan a tener vidas
útiles de largo tiempo.
Antes de iniciar cualquier experiencia se debe leer cuidadosamente la guía y elaborar
por escrito un resumen de la misma, que le sirva de orientación en el mismo momento
de hacer las experiencias.
Entonces es conveniente que se elaboren previamente a la experiencia, diagramas de
flujo y borradores de cronogramas que serán aplicados en el desarrollos de cada
experiencia
PRIMERA EXPERIENCIA- SELECCIÓN, CLASIFICACIÓN Y ESCALDADO
Objetivos.
Reconocer equipos básicos empleados a nivel laboratorio o planta piloto
Emplear aparatos de medición
Realizar mediciones de variables.
Establecer balances de materiales y de energía.
Correlacionar las variables que intervienen en el proceso
Marco teórico
El escaldado es aquella operación básica aplicada sobre frutas y verduras por medio
de la cual se destruyen los enzimas que pueden ocasionar alteraciones en el alimento
a lo largo del tiempo.
Consiste en una primera fase de calentamiento a 80-100ºC, seguida de un periodo
que suele variar entre 30 segundos y dos o tres minutos de permanencia del alimento
a esa temperatura, y finalmente un enfriamiento inmediato. Si el enfriamiento se diera
de forma lenta, se provocaría la proliferación de microorganismos termófilos.
Este proceso se sigue en la gran mayoría de empresas alimentarias que procesan
verduras, y en algunas frutas. El pimiento y la cebolla no necesitan ser sometidos a
este tratamiento térmico.
Durante el tratamiento se provoca la destrucción de lipooxigenasas que provocan
enranciamiento de lípidos, polifenoloxidasas que provocan pardeamiento enzimático,
poligalacturonas, y clorofilasas que provocan la conversión las clorofilas a clorofílidos.
Todas ellas reacciones de degradación de los alimentos.
Una vez se ha llevado a cabo el escaldado, para comprobar que éste se ha efectuado
correctamente, se hacen pruebas para comprobar si aún existen enzimas catalasas y
peroxidasas activas. Estos enzimas no provocan el deterioro de los alimentos pero son
los más resistentes por lo que si no se encuentran activas quiere decir que el resto de
enzimas entre los cuales se encuentran los que sí provocan efectos indeseables,
también se han inactivado. Un escaldado insuficiente produce efectos más nocivos en
los alimentos que si no se ha producido
El tiempo de calentamiento dependerá del método de calentamiento, la temperatura
empleada y la propiedades físicas de producto; tamaño, si es particulado, forma de
corte, etc.
La finalidad básica, por tanto, del escaldado es la inactivación enzimática, pero
además se producen otros efectos deseables en el alimento:
Limpieza: Se quita el polvo, los gases superficiales y aparece una nueva tonalidad en el alimento.
Eliminación de la carga microbiana superficial. Eliminación de los gases que se encuentran ocluidos en los tejidos Suavizado del material. En el campo de los contras, se da una pérdida de nutrientes, especialmente
aquellos que son termolábiles o hidrosolubles.
Equipo base de la planta piloto
Equipos e instrumentos de medición
Marmita o escaldador.
Termómetro hasta 150 o C
Estufa de gas
Balanza
PROCEDIMIENTO
Selección y clasificación.
Establecer el peso promedio por fruta;
Determine la densidad de la fruta
Retire las frutas de la solución y enjuáguelas con agua fría.
Recoja y mida el agua empleada en el juagado
Escaldado.- Pese el escaldador, adicione dos litros de agua fría, tome la temperatura
del agua. Coloque el recipiente tapado con el agua en la estufa, prenda la estufa, y
lleve a ebullición.
Mida la temperatura del agua hirviendo.
Coloque la fruta en la cesta perforada o en la bolsa para escaldado e introdúzcala en
el escaldador permitiendo que la fruta en la cesta o la bolsa queden cubiertas por el
agua. Deje la fruta sumergida durante tres minutos.
Choque térmico
Choque térmico. En un recipiente plástico con agua fría coloque la bolsa con los
frutos escaldados y déjelos durante cinco minutos. Mida la temperatura del agua.
Saque la bolsa, retire los frutos.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
1.- Qué es el escaldado?
2.- Por qué se escaldan algunas frutas?
3.- El escaldado elimina microorganismos?
4.- En frutas qué medios emplea para desinfectarlas?
5.- Cuáles aplicaciones industriales tienen las frutas?.
Realizar un resumen de la práctica
Investigar sobre los instrumentos y equipos utilizados
Determinar la densidad de la fruta utilizada ¿Para qué sirve la densidad en el
escaldado?
Realizar balances de materia y de energía
INFORME
El informe se presenta en forma grupal, con un valor total de 12 puntos, en la cual
debe contener:
Portada
Marco teórico
Resolución de las actividades de aprendizaje
Conclusiones
Bibliografía
RUBRICA DE EVALUACION
Item Evaluado
Valoración Baja Valoración media Valoración alta MáximoPuntaje
Participación individual del
estudiante en el grupo de trabajo
El estudiante Nunca participó del trabajo de equipo dentro del grupo asignado.(Puntos = 0)
El estudiante participo del trabajo de equipo dentro del grupo pero sus aportaciones no son suficientes.(Puntos = 0.5)
El estudiante participó de manera pertinente con la actividad(Puntos = 1)
1
Estructura del informe
El grupo de trabajo no tuvo en cuenta las normas básicas para la construcción de informes(Puntos = 0)
Aunque el documento presenta una estructura base, la misma carece de algunos elementos del cuerpo solicitado(Puntos =0.5)
El documento presenta una excelente estructura(Puntos = 1)
1
Redacción y ortografía
El documento presenta deficiencias en redacción y errores ortográficos(Puntos = 0)
No hay errores de ortografía y el documento no presenta una conclusión. (Puntos = 0.5)
La redacción es excelente, los procedimientos son claros y adecuados.(Puntos = 1)
1
Fines del trabajo
El trabajo no da respuesta adecuadas a los problemas planteados de la actividad. (Puntos = 0)
Aunque se resuelven los problemas propuestos, el procedimiento presenta falencias (Puntos = 4)
Se Resolvieron los problemas adecuadamente con el procedimiento adecuado.(Puntos = 8)
8
Referencias
Se maneja de manera inadecuada el uso de citas y referencias.No se hace uso de citas y referencias.(Puntos = 0)
Aunque presenta referencias, estas no se articulan adecuadamente con el trabajo.(Puntos = 0.5)
El manejo de citas y referencias es satisfactorio(Puntos = 1) 1
Total de puntos disponibles 12 puntos
SEGUNDA EXPERIENCIA.- ELABORACIÓN DE JUGO Y PASTERIZACION
Objetivos
Elaborar de un jugo a nivel de planta piloto.
Establecer algunas características fisicoquímicas del jugo
Pasterizar del jugo obtenido.
Elaborar balance de materiales y energía.
3.2.1. Aspectos prácticos. En el primer momento se ha elaborado un jugo que se
puede llamar casero, cuyas características se han definido de acuerdo a nuestro
gusto personal. Para la presente experiencia se debe preparar un jugo con
características definidas y muy concordantes a las que tienen los jugos que se
encuentran en el mercado.
Para ello partimos de un jugo de guayaba con los siguientes parámetros.
Acidez
PH
Grados Brix
Densidad.
En la práctica, para ajustar los parámetros, se deja un margen que generalmente es
un porcentaje del valor prefijado.
En principio, una vez se haya elaborado el producto, se harán las mediciones
correspondientes y se procederá a hacer los ajustes necesarios.
Actividad de Aprendizaje. Investigue que sustancias se pueden emplear para ajustar
los parámetros anteriormente relacionados
3.2.2- Materiales y servicios requeridos para la practica
Materiales
Por cada grupo de tres estudiantes
Las frutas escaldadas, obtenidas en la primera experiencia.
Azúcar
Agua potable, como materia prima
Servicios
Agua
Energía eléctrica.
Energía térmica
3.2.3- Utensillos, equipos, instrumentos de medición y reactivos
Para cada grupo de tres (3) estudiantes
Un (1) recipiente plástico mediano con su respectiva tapa.
Un (1) macerador o una olla mediana
Un (1) cuchillo, de cocina.
Un (1) plato mediano de plástico
Una (1) licuadora semiindustrial o industrial
Un (1) cedazo, tamiz o colador con abertura mediana.
Una (1) botella PET ( de gaseosa) de 2 litros, con su respectiva tapa o garrafa de
similar volumen
Cinco (5) botellas no retornables, de gaseosa de 250 c.c., bien limpias, con su
respectiva tapa
Un (1) vaso de vidrio, pequeño.
Un (1) jarro o vaso de precipitados aforado de un litro
Un (1) embudo mediano
Un (1) recipiente mediano de plástico.
Una (1) probeta aforada de 250 c.c
Una (1) bureta aforada
Un (1) soporte para bureta
Unas (1) pinzas para bureta
Un (1) potenciómetro o papel indicador de pH
Un (1) termómetro hasta 150 o C
Fenolftaleina
Solución de NaOH 0,2 N
Para el grupo en general
Estufa de gas
Balanza
Densímetro de 1 a 1,025
Refractómetro.
3.2.4- Elaboración del jugo. Para la elaboración del jugo agregar agua al vaso de la
licuadora. en cantidad razonable y medida en el jarro o vaso aforado,
Obtención del jugo y tamizadoFIGURAS 43
Residuos del tamizadoFIGURAS 44
Pesar las frutas escaldadas con las cuales va a hacer el jugo , cortarlas y llevarlas al
vaso de la licuadora. Iniciar el licuado con la velocidad baja y luego pasar a velocidad
media. No es conveniente licuar a velocidad alta ya que las semillas se romper y
pueden adicionar taninos al jugo dándole un sabor astringente.
Terminado de licuar, empleando el colador y el recipiente de plástico, filtrar el jugo;
separando las semillas y residuos de cáscaras colocarlas en el plato de plástico y
pesarlas.
Medición de la densidadFIGURA 45
Medida de grados BrixFIGURA 46
Medir el jugo obtenido. Tomar una pequeña muestra y probar el jugo; si es el caso
adicionar, previamente pesado, azúcar.
Para trasvasar el jugo entre los diversos recipientes se debe emplear el embudo
3.2.5. Mediciones y ajustes.. Sacar una muestra en la probeta y medir la densidad.
Para ello se puede colocar cuidadosamente el densímetro en la probeta vacía e irla
llenando lentamente con jugo hasta llegar a ras de la boca de la probeta. Hacer la
lectura en la línea que coincide con el nivel del jugo.
Tomar una muestra para medir los grados Brix. Igualmente medir la temperatura.
Medir el pH y acidez del jugo,( la técnica se encuentra en la Unidad IV, capitulo 8,
Pruebas de
Laboratorio) . Ajustar, si es el caso a los valores de norma
El jugo se envasa en las cinco botellas de 250 c.c. para hacer la práctica de
pasterización. El excedente se envasa en la botella de dos litros para su consumo en
un tiempo prudencial. Proceda a lavar el recipiente plástico para la siguiente
experiencia
3.2.6 Pasteurización. En el macerador aliste unos seis litros de agua y proceda a
calentarla, se introducen tres botellas de jugo, dos herméticamente tapada y la otra sin
tapa a la cual se le coloca el termómetro. Debe tenerse cuidado que el agua no rebose
a las botellas.
Se toman tiempos y temperaturas cada cinco minutos, desde el momento en que se
introducen las botellas al agua caliente.
Una vez se alcanza la temperatura de 70 oC en el jugo, se procede a disminuir el calor
para tratar de conservar esta temperatura durante 15 minutos al cabo de los cuales se
apaga la llama, luego se procede a tapar la botella que se empleó para medir
temperaturas.
PasterizaciónFIGURA 47
Cuidadosamente se sacan las botellas y de dejan enfriar al ambiente, regularmente
tome la temperatura del jugo de la botella que se empleó para medir las temperaturas
teniendo el cuidado de no tocar la zona del termómetro que está en contacto con el
jugo. Cuando llegue a una temperatura de 40 o C, tape bien esta botella e identifíquela
para posteriores controles
3.2.7.- Aseo de Equipos, Utensillos e Instrumentos.- Terminadas las operaciones,
proceda a hacer aseo minucioso de todos los utensillos y equipo empleado. Este aseo
puede hacerse al final de la práctica o a medida que se vayan desocupando o dejando
de utilizar los elemento empleados.
Igualmente haga aseo de los mesones y sitio de trabajo.
3.2.8. Controles.- El jugo se ha envasado en cinco botellas, dos de las cuales fueron
pasterizada, una tercera se calentó y enfrió como las primeras, pero estuvo durante un
buen tiempo destapada, y dos terceras botella sin pasterizar, que se toman como
testigo.
Observe periódicamente las botellas y anote sus observaciones. No se debe bajo
ninguna circunstancia agitar las botellas.
Al cabo de una semana de la experiencia, destapar cuidadosamente las botellas en
especial las que no fueron pasterizadas.
Haga pruebas organolépticas del jugo; en caso de que alguno presente olor no limpio
o anormal, no la deguste.
Guarde muestras del producto para observaciones al microscopio.
Elabore el cronograma de proceso y llene la hoja de proceso. Con los datos de
temperatura y tiempo trace la curva de pasterización.
Jugo para pasterizarFIGURA 48
Jugos sin pasterizar y pasterizadosFIGURA 49
3.3. TERCERA EXPERIENCIA - HIDRÓLISIS DE AZUCAR
Objetivos
- Elaborar jarabe de sacarosa.
- Realizar balance de materiales en la elaboración del jarabe.
- Realizar balance de calor.
- Establecer las principales características del jarabe.
3.3.1- Material y servicios requeridos
Materiales
Para cada grupo de tres estudiantes
Dos y medio kilos de azúcar blanca, sulfitada o refinada.
Agua potable como materia prima
Acido cítrico o ascórbico.
Servicios
Agua
Energía térmica
Aseo
3.3.2.- Equipo e instrumentos necesarios
Un (1) macerador u olla mediana con su respectiva tapa.
Cedazo o tamiz con abertura pequeña
Dos (2) botellas PET de gaseosa de 2000 c.c.
Vaso de precipitados de 1000 c.c
Potenciómetro o papel indicador de pH (rango ácido)
Termómetro
Densímetro de 1 a 1,50
Refractómetro
Balanza
3.3.3.- Procedimiento
Del grupo de tres estudiantes, uno preparará el jarabe en tanto que los otros dos
alistarán la fruta para realizar la experiencia No. 4
3.3.3.1. Alistamiento del agua-. Alistar en el macerador 1250 c.c. de agua, medida
en el vaso de precipitados o en la probeta y llevarla a calentamiento en la estufa.
3.3.3.2. Pesada del ácido cítrico-. Pesar 2 gramos de ácido cítrico o ascórbico
3.3.3.3. Preparación de la solución. Agregar al agua el ácido y el azúcar, llevarlo a
ebullición, agitando y mezclando periódicamente. Tan pronto llegue a ebullición mida
la temperatura.
3.3.3.4.- Obtención del jarabe. Mantener en ebullición durante 5 minutos. En este
lapso el macerador o la olla debe estar tapada para evitar pérdidas de agua por
evaporación. Al término de este tiempo apagar la estufa.
Preparación de jarabeFIGURA 50
3.3.3.5- Enfriamiento del jarabe. Retirar el macerador de la estufa y manteniéndola
tapada dejarla enfriar. Estando el jarabe a regular temperatura sacar una muestra en
el jarro o vaso de precipitados y mida la densidad. Para medir la densidad, en la
probeta de 250 c.c. coloque con cuidado el densímetro y vaya adicionando el jarabe,
lentamente, hasta llegar a ras de la boca de la probeta, efectuar la lectura de la
densidad.
Sacar el densímetro y de inmediato medir la temperatura.
Una vez frío el jarabe tomar una pequeña muestra para observar su viscosidad, color
y olor. Probar y comparar el sabor al de una solución de azúcar normal.
3.3.3.6.- Medición del jarabe. Teniendo las previsiones de aseo del caso, con la
ayuda de la probeta y del vaso de precipitados, medir la cantidad de jarabe obtenido.
3.3.3.7.- Medición de variables. Estando frío el jarabe mida la densidad y la
temperatura a la cual ha hecho la lectura del densímetro.
Para la medición de los grados Brix, calibre en vacío el refractómetro, con la cucharita
tomar una nuestra del jarabe y con cuidado colocarla en el refractómetro para la
lectura correspondiente. (ver numeral 5.2.2.4)
Se recuerda que para cálculos de ingeniería se emplea la densidad y para manejo del
proceso especifico en frutas se emplean los grados Brix.
De acuerdo a la concentración del jarabe o porcentaje de azúcar, busque en tablas a
que densidad corresponde y compare con los resultados obtenidos. De presentarse
diferencia a que la atribuye Ud.
Empleando papel indicador o el potenciómetro medir el pH del jarabe
Una vez realizadas las mediciones, y si se dispone de tiempo iniciar la siguiente
experiencia, de lo contrario guardar el jarabe en las botellas PET
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE. Busque en la bibliografía la relación entre grados
Brix y densidad y aplíquela a los resultados obtenidos.
3.3.3.8.- Aseo . -Terminadas las operaciones, proceder a hacer aseo minucioso de
todos los utensillos y equipo empleado. Este aseo puede hacerse al final de la
práctica a medida que se vayan desocupando o dejando de utilizar los elemento
empleados.
3.3.3.9.- Controles.- Comparar los precios unitarios o por kilo de las diversas
presentaciones del azúcar. A que atribuye Ud. las diferencias presentadas.
De un recibo de pago del agua, obtenga el precio de un kilo de agua; para el efecto se
debe tomar el valor total cancelado. Recuerde que en condiciones normales un metro
cúbico de agua equivale a mil kilos y que se debe tomar el valor total a cancelar en la
factura.
Tomar una cucharada de jarabe caliente y viértalo sobre el macerador, observar como
fluye ;es un indicio de la viscosidad. Una vez frío el jarabe repetir la operación.
Establecer la diferencia.
En el caso de guardar el jarabe, se puede pasar a las botellas limpias con capacidad
suficiente y dejarse al ambiente, también puede guardarse en la nevera, debidamente
tapado.
Al hacer esto último, observe cuidadosamente el fluir del jarabe en la botella tapada
antes de ponerla en la nevera, al cabo de varias horas o días repita la operación y
anote sus observaciones.
3.4 CUARTA EXPERIENCIA - OSMODESHIDRATACION
Objetivos
Conocer los principios de la osmodeshidratación
Realizar la osmodeshidratación.
Establecer las características fisicoquimicas de la fruta osmodeshidratada
Realizar Balances de calor y de energía.
LECTURA COMPLEMENTARIA - OSMODESHIDRATACION 1
En el desarrollo de la práctica se mostrará el proceso de osmodeshidratación, sus
ventajas, desventajas
El fenómeno de la osmosis es el transporte de masa de disolvente a través de una
membrana semipermeable desde una solución diluida hacia una de mayor
concentración. Toma lugar debido a la tendencia de las soluciones a diluirse para
igualar las concentraciones.
Soluciones
Cuando las moléculas o fragmentos de moléculas eléctricamente cargadas conocidas
como iones de dos o más sustancias están uniformemente distribuidas formando una
mezcla molecular homogénea, decimos que se ha constituido una solución. Las
moléculas presentes en mayor numero forman el solvente, mientras que las moléculas
dispersas uniformemente en el solvente reciben el nombre de soluto.
Las soluciones en las que el agua es el solvente, son las mas importantes en los
organismos vivos. Una propiedad exclusiva del agua es la capacidad para disolver una
cantidad de sustancias que se presentan en la naturaleza constituyendo así soluciones
de numerosos gases, líquidos y sólidos.
De acuerdo a la cantidad de soluto las soluciones se clasifican en:
Diluidas. Las que poseen baja cantidad de soluto.
Concentradas. Las que poseen alta cantidad de soluto
Saturadas. Aquellas que aceptan el máximo de soluto que puede contener la solución
Sobre - saturadas. Contiene mas de la cantidad de soluto que soporta el solvente.
Entre las propiedades de las soluciones se encuentra que su composición debe ser
variable, debe presentar propiedades homogéneas y en cuanto a las propiedades
físicas de sus componentes no se deben alterar.
La solubilidad se define como la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en
una cantidad dada de solvente a una temperatura determinada.
Entre los factores que afectan las soluciones se tienen :
Naturaleza de soluto y solvente para que mientras mas parecidas sean , mas
fácilmente se mezclen
Temperatura. La solubilidad aumenta con el aumento de la temperatura
1 Dìaz y Campos. Aprovechamiento de la guayaba roja en Cundinamarca. Tèsis. UniSalle.
Presión. Es importante en cuanto a la solubilidad de los gases.
Osmosis y Presión Osmótica
La osmosis puede ser empleada para extraer agua de una solución diluida que pasa a
través de la membrana a una solución mas concentrada. El agua se difunde hasta que
se alcanza el equilibrio y se obtiene así un efecto de concentración en la solución mas
diluida.
El término ósmosis se deriva de la palabra griega que significa empujar. La tendencia
del agua a empujar sus moléculas desde la porción mas concentrada ( a través de
una membrana semipermeable) hacia la menos concentrada, es el resultado de una
fuerza llamada presión osmótica. Puesto que la presión osmótica depende de la
concentración de los materiales en suspensión, mientras es mayor la concentración la
presión osmótica es mayor.
Cabe anotar que la presión osmótica es independiente de las propiedades de la
membrana y depende directamente del estado del solvente en la solución.
De acuerdo con Vant Hoff, la presión osmótica P es directamente proporcional a la
concentración C ( gr / lt ) y a la temperatura T, e inversamente proporcional al peso
molecular M.
P = R T. C/M
Si T y C son constantes y si las presiones osmóticas son determinadas a igual
temperatura, las presiones P dependerán únicamente de los pesos moleculares :
Mientras mas grandes las moléculas mas pequeña será la presión osmótica medida.
Características de la membrana.
La permeabilidad de la membrana depende de varios factores. Uno de los mas
decisivos es el tamaño del poro. Es obvio que a mayor tamaño del poro es mas fácil
para una sustancia atravesar la membrana.
Las membranas pueden ser de tres tipos : Impermeables, si no permiten el paso de la
molécula a través de la membrana. Permeable, si pueden pasar todas y
semipermeable si solo permite el paso de moléculas pequeñas pero no de las
grandes.
En general, la membrana debe ser lo suficientemente delgada ya que la velocidad de
difusión es inversamente proporcional a su espesor, además debe tener propiedades
mecánicas de resistencia y durabilidad para no ser afectadas por el solvente, por el
soluto o por las diferencias de presiones.
Las paredes o membranas biológicas que constituyen las paredes de las frutas son
semipermeables, ya que permiten el paso de sustancias como el agua, pero no el de
moléculas más grandes y complejas, a menos que se utilicen fenómenos especiales.
Deshidratación osmótica
La osmodeshidratación también llamada osmosis directa es una técnica de
conservación que permite deshidratar o concentrar a temperatura ambiente alimentos
sólidos convertidos en trozos, mediante su inmersión en soluciones concentradas de
azucares (Agente Osmodeshidratante), utilizando para ello el fenómeno conocido
como osmosis, en donde una solución concentrada a través de una membrana
semipermeable tiende a extraer el agua contenida en una solución menos diluida ,
produciéndose en esta un fenómeno de concentración.
En el caso de las frutas la solución menos concentrada será el trozo de fruta, la
solución más concentrada será el jarabe de solución de azúcar y la membrana
semipermeable serán las paredes celulares de la fruta, de esta forma se logra
deshidratar una fruta con una serie de ventajas relativas al hecho de trabajar a
temperatura ambiente protegiendo de esta forma las características organolépticas de
la fruta.
La deshidratación osmótica es definida también como una técnica en la cual se
presenta una transferencia de agua que migra desde una solución de menor
concentración de soluto (interior de la fruta), hacia una zona de mayor concentración
de soluto (exterior de la fruta) a través de una membrana semipermeable para
establecer un equilibrio cuando las dos soluciones se igualan en concentración.
AGUA
AGUASOLUTOS
DIFUSIÓNSUST.
NATURALES SOLUBLES
Fenómeno de ósmosisFIGURA 51
Fenómenos de transferencia de masa durante el proceso de deshidratación osmótica.
Las paredes celulares actúan como membranas semipermeable, a través de las
cuales se lleva a cabo :
Un importante flujo de agua del alimento hacia la solución y
Una transferencia simultánea de la solución deshidratante hacia el alimento como
puede observarse en la figura
La fuerza involucrada es la diferencia en el potencial químico a ambos lados de la
membrana, la cual está relacionada con la presión osmótica o con la concentración de
agua.
Esa transferencia de agua es aplicable a frutas enteras o en trozos en las cuales la
membrana celular o epitelial actúa como membrana semipermeable. A través de ella
se difunde el agua desde el interior del tejido, en donde existen soluciones diluidas de
azúcares, ácidos orgánicos y otros solutos, hacia el exterior al sumergir la fruta en
soluciones concentradas de un soluto apropiado.
Osmodeshidratación de frutas
La osmodeshidratación de frutas se puede lograr debido a que estas cuentan con los
elementos necesarios para inducir la osmosis. Estos elementos corresponden a :
La PULPA, que consiste en una estructura celular mas o menos rígida que actúa
como membrana semipermeable.
Los JUGOS están detrás de las membranas celulares de la fruta, estos son soluciones
diluidas compuestos de sólidos que oscilan entre el 5 y el 18% de concentración.
Los jugos en el interior de las células de la fruta están compuestos por sustancias
disueltas en agua, como ácidos, pigmentos, azucares, minerales, vitaminas, etc.
Algunas de estas sustancias o compuestos de pequeño volumen, como el agua o
ciertos ácidos, pueden salir con cierta facilidad a través de orificios que presenta la
membrana o pared celular, favorecidos por la presión osmótica que ejerce el jarabe de
alta concentración donde se ha sumergido la fruta.
La presión osmótica presente será mayor en la medida que sea mayor la diferencia de
concentraciones entre el jarabe y el interior de los trozos de la fruta, el efecto de esta
diferencia se ve reflejado en la rapidez con que es extraída el agua de la fruta hacia el
jarabe. Los trozos de fruta pierden cerca del 40% del peso.
La posibilidad de que la sacarosa del jarabe entre en la fruta, depende de la
impermeabilidad de las membranas a este soluto. Por lo general los tejidos de la fruta,
no permiten el ingreso de la sacarosa por el tamaño de la molécula.
Factores que afectan la deshidratación osmótica
A continuación se mencionaran los principales factores que afectan el proceso de
deshidratación osmótica como son: La selección de la fruta, el medio
osmodeshidratante, la relación medio osmodeshidratante - fruta, la temperatura del
jarabe, agitación del jarabe, principalmente.
Selección de la fruta: La deshidratación osmótica es aplicable a muchas frutas,
normalmente existen una serie de características relacionadas con la naturaleza físico
- química y estructura de la fruta que se refleja sobre las propiedades cualitativas de
los productos osmodeshidratados.
Las frutas pulposas o carnosas son las más adecuadas a l tratamiento osmótico. En
estas la presencia de una fina estructura de membrana semipermeable permite la
manifestación de procesos osmóticos con una buena retención de características
cualitativas de los productos.
La forma y dimensión de la fruta influyen en la evolución del proceso, según los
principios más generales de los intercambios de materia. Una mayor reducción de las
dimensiones permite incrementar las velocidades de deshidratación pero a la vez
implica un proceso más importante de intercambio de solutos. En la selección de frutas
que se emplean como materia prima en este proceso de deshidratación, se debe
considerar como principal criterio el económico. Se deben tener en cuenta aquellos
aspectos que reflejan la mayor disponibilidad de la fruta: Alto nivel de producción en el
país y aumento porcentual de pérdidas post - cosecha. Otro factor de primordial
importancia en lo económico que influye en la selección de la fruta es su perecibilidad,
ya que no permite transportes largos por ser tan delicada, exigiendo tratamientos post
- cosecha muy cuidadosos y empaques resistentes y costosos, con el fin de evitar
magulladuras y daños que afectarían la calidad y precio de la fruta fresca.
Medio osmodeshidratante : Es la solución concentrada de soluto en la cual se va a
sumergir la fruta.
Dado que algunos solutos también penetran en el alimento, es necesario que exista
una compatibilidad entre los dos de tal forma que no se afecten las características
organolépticas del alimento.
Entre los solutos estudiados se tienen el cloruro de sodio, el glicerol, la fructosa, la
glucosa y la sacarosa, de estos, el cloruro de sodio se limita solo a la deshidratación
de legumbres o como componente menor en las soluciones dehidratadoras de frutas.
Con el uso de la fructosa como soluto, se ha alcanzado niveles de actividad menores,
perdida de peso y humedad muy similares a los alcanzados con la sacarosa, sin
embargo la ganancia de sólidos es mayor para la fructosa ya que posee un coeficiente
de difusión mayor que el de la sacarosa. Esta última permite un mayor nivel de
recirculación del jarabe sin alterar significativamente las características del producto.
En cuanto al sabor, se han encontrado que el glicerol intensifica el sabor dulce de la
fruta al igual que la fructosa e imparte mayor brillo al producto final, sin embargo su
costo alto limita su empleo en este proceso.
Además del azúcar, soluto principal en los jarabes deshidratadoras para frutas, se
emplean otros compuestos, los cuales tienen funciones determinadas como en el caso
del cloruro de sodio que se utiliza en cantidades no mayores al 5% en peso con el fin
de aumentar el nivel de osmosicidad de la solución.
El medio circundante debe poseer una actividad acuosa menor que la del alimento y
esto causa una migración de agua desde este a la solución externa. El flujo de agua
va a continuar hasta cumplir con el requerimiento termodinámica de que el actividad
acuosa sea igual a ambos lados de la membrana semipermeable. Por lo tanto cuanto
menor sea el actividad acuosa mayor será la transferencia de agua desde el alimento
a la solución.
La escogencia del soluto para el control de la actividad acuosa estará relacionada no
solo con la reducción que pueda producir de esa actividad acuosa, ni de la
compatibilidad sino además por su solubilidad, peso molecular, ionización,
participación nutricional y pp.
Por la compatibilidad que debe existir entre el medio osmodeshidratante y el producto
se dice que para las frutas el azúcar es el medio osmótico por excelencia.
Relaciones que afectan la velocidad de osmodeshidratación
Medio osmodeshidratante - fruta : Esta relación es importante, para mantener
siempre la cantidad de jarabe suficiente para que al agua que se retire del alimento no
cause reducción sensible a la concentración del medio ya que esto podría acarrear
problemas en disminución, en la velocidad de deshidratación y / o aumento en la
posibilidad de contaminación microbiológica del medio. También la relación fruta -
jarabe puede tener efectos en el azúcar residual sobre la superficie de la fruta, lo cual
puede ser indeseable.
Otro factor a tener en cuenta es la relación de costo y la posibilidad de reutilización de
jarabes empleados. La relaciones mas empleadas son 4 :1 y 5 :1 . Se ha observado
que al aumentar la relación de jarabe - fruta 1 :1 a 2 :1, 3 :1, 4 :1 mejora la
deshidratación, pero este aumento es cada vez menos significativo por lo cual se debe
dar atención a los costos.
Temperatura del jarabe: La velocidad de la osmosis es afectada de una manera
importante por la temperatura, posiblemente debido a la disminución de la viscosidad
de las soluciones empleadas, .lo cual se traduce en una mayor movilidad y una
migración más rápida a través de la membrana.
La deshidratación osmótica de frutas se puede realizar a temperatura ambiente con lo
que disminuye daños de los constituyentes naturales termosensibles como vitaminas,
pigmentos y principios aromáticos.
El incremento de la temperatura para el mejoramiento de las velocidades de
deshidratación no debe pasar de 50 Oc. para evitar problemas de pardeamiento y
pérdidas de sabores que repercuten en la calidad del producto. . El trabajar con
temperaturas altas trae como consecuencia un incremento en los requerimientos
energéticos, pérdida de compuestos altamente volátiles, descomposición de
compuestos sensibles al calor y cambios en las características organolépticas del
producto, lo cual se ve reflejado en la pérdida de aroma, valor nutricional y textura,
entre otros.
Agitación del Jarabe : Al agitar la capa del medio osmodeshidratante en contacto
con el producto, la interfase se esta renovando permanentemente manteniendo
siempre la máxima diferencia de concentración en interfase en la cual se produce el
intercambio que acelera la pérdida de humedad
Es natural que la operación de deshidratación osmótica pueda hacerse más eficiente
cuando se agita el jarabe, sin embargo en esta forma se puede dañar la fruta, por lo
tanto es preferible provocar simplemente la circulación lenta del jarabe al rededor de
los segmentos de fruta para favorecer el proceso de intercambio.
Otros Factores : Otros factores que pueden afectar no solo la cinética del proceso,
sino también la calidad del producto son el empleo de vacío en la etapa inicial de la
deshidratación, con lo cual se logra la evacuación del aire fluido en las porosidades del
material, mejorando el contacto del medio con el producto.
También se debe considerar lo tratamientos previos como el escaldado preliminar el
cual es un factor influyente en el rendimiento y la calidad por cuanto complementa la
acción inhibitoria de las enzimas, las cuales son afectadas parcialmente por las altas
concentraciones de sólidos disueltos.
En el logro de la calidad final de un producto, la fase de escaldado es una de las más
delicadas entre todas aquellas que preceden o siguen la deshidratación.
En la deshidratación osmótica de un producto, con el escaldado se persiguen los
siguientes objetivos :
Descontaminación superficial de células vegetativas de mohos, levaduras y bacterias.
Eliminación de aire de los tejidos vegetales; con consecuente reducción de riesgos de
procesos de oxidación.
Ablandamiento de los tejidos
Disminución en el tiempo de proceso.
Un proceso optimo de escaldado debería satisfacer las siguientes exigencias:
Distribución uniforme de calor en cada unidad de producto.
Tiempo uniforme de tratamiento.
Mínimos daños en el producto.
Bajos consumos de agua y energía.
Facilidad y rapidez de la limpieza del equipo.
Velocidad de deshidratación : La reducción del peso de la fruta sumergida en la
solución osmótica es el indicador de la velocidad durante el proceso de la
deshidratación. En términos de velocidad de deshidratación, contrariamente a los
procesos de secado convencionales, en la deshidratación por vía osmótica el período
de velocidad constante esta prácticamente ausente, todo el proceso se devuelve a
velocidad decreciente.
Los factores que influyen principalmente en la velocidad de proceso son :
Presión osmótica de la solución determinada por la concentración y osmosicidad del
soluto.
Temperatura del jarabe
Posibilidad de agitación del medio osmodeshidratante.
Adecuada relación en peso fruta - solución.
En la fruta, resulta muy importante la superficie específica, teniéndose a igualdad de
masa un notable incremento de la velocidad de los procesos de intercambio, con la
disminución de tamaño de los trozos del material sólido.
La velocidad de reducción de peso depende de las características intrínsecas del
producto, como la especie, variedad, estado de madurez, pre - tratamientos, etc.
En la deshidratación por osmosis directa, la variación del peso equivale a la resultante
del balance perdida de agua (Pw) - ganancia de sólidos (Sg). La pérdida de agua y la
ganancia de sólidos pueden ser determinados por medidas gravimétricas, solo si se
asume que bajo las condiciones empleadas los solutos presentes inicialmente en la
fruta no se difundirán, en contra del gradiente de concentración de sólidos totales,
hacia la solución osmótica o jarabe concentrado.
El cálculo de los parámetros : Perdida de peso (Pp), Contenido de agua (Cw),
Ganancia de sólidos (Sg) y pérdida de agua (Pw) se expresan en gramos por 100
gramos de producto fresco, y se obtienen a partir de los siguientes datos :
Peso producto inicial (Pi) y Peso producto deshidratado (P).
Residuo seco o sólidos totales (St) se determina por vía gravimétrica a vacío y 65 oC
por 24 horas. En el producto fresco (Sti) y en el producto osmodeshidratado (St).
Estos valores se emplean en las siguientes ecuaciones:
Pp = ((Pi - P) / Pi ) x 100
Cw = 100 - St
Sg = ( St x P - Sti x Pi) / Pi
Pw = Pg + Sg
Ventajas y Desventajas de la Técnica de Osmodeshidratación
Dentro de los aspectos que se consideran favorables para aplicar éste proceso, se
presentan los siguientes:
Mejoramiento de las características de calidad
Características funcionales interesantes. Ej.: semi-elaborados a baja actividad acuosa
(Aw) que se presentan más blandos y no necesitan rehidratación
Enriquecimiento nutricional, por su posibilidad de transportar ácido ascórbico o sales
de calcio.
Estabilidad durante el proceso y la conservación.
Esta técnica permite obtener jarabes con aroma, color y sabor similar al de la fruta que
se procesó y puede ser utilizado posteriormente en jaleas, jugos, conservas y otros.
La elevada concentración del jarabe no permite el crecimiento de microorganismos y
aísla el oxígeno deteniendo reacciones de oxidación de las frutas.
Una de las ventajas mas interesantes es la económica, teniendo en cuenta que el
proceso no requiere de equipos sofisticados, razón por la cual es una técnica
recomendable para ser utilizada a nivel urbano o rural.
Dentro de las desventajas de este proceso se encuentran :
Algunas frutas pueden perder su acidez en cierto grado, que no es conveniente, se
puede corregir ajustando la acidez del jarabe.
En algunas frutas puede permanecer un residuo de azúcar cristalizada o en jarabe que
puede ser poco deseable. Esto se reduce mediante el enjuagado de la fruta al retirarla
del jarabe después de la osmosis.
Frutas que se dejan deshidratar mucho tiempo pueden presentar un enranciamiento
después de un prolongado almacenamiento a temperatura ambiente. Esto se puede
deber a la retención de sustancias aromáticas contenidas en aceites, se evita con el
uso de antioxidantes.
El manejo de los jarabes favorece el ingreso de insectos que pueden ser difíciles de
erradicar.
3.4.1. Consideraciones
De acuerdo a los equipos disponibles en la planta piloto o laboratorio se tienen dos
procedimientos El primero empleará el equipo multifuncional y el segundo recipientes
apropiados para la experiencia. De acuerdo a los grupos de estudiantes que van a
realizar la práctica, se pueden realizar los dos procedimientos.
3.4.2 Material y servicios requeridos
Materiales
Para cada grupo de tres estudiantes
Una libra de guayabas maduras ( no en exceso) de buen tamaño.
Litro y medio de jarabe invertido de sacarosa
Agua potable
Papel absorbente de cocina o servilletas.
Bolsa plástica mediana.
Servicios
Agua
Aseo
3.4.3.- Equipo y elementos necesarios
Mesa o mesón
Equipo multifuncional o recipiente para osmodeshidratación o recipientes plásticos
Canastilla perforada
Cuchillo de cocina
Cedazo o tamiz con abertura mediana
Botellas PET,( de gaseosa de 2 litros)
3.4.4. Procedimiento
Debe recordarse que mientras un estudiante realiza la tercera experiencia, los otros
dos del grupo preparan la fruta.
Las etapas de esta práctica son exactamente iguales a las realizadas en casa
teniendo presente:
3.4.4.1.- Adecuación de la fruta. Para la adecuación o arreglo de la fruta, un
estudiante pela y taja la mitad de las frutas en tanto que el otro taja la otra mitad de
frutas pero con cáscara.
Se desechan la puntas. Cada porción de fruta debe ser pesada e igualmente pesar
las puntas.
3.4.4.2.- Medición de los insumos. Se debe medir el jarabe que se va a emplear,
igualmente pesar las cáscaras, las puntas y las tajadas de las frutas
Corte y despuntada de la fruta
FIGURA 52
A dos o tres tajadas de la fruta determinarle la humedad, para hacer los balances de
materiales ( ver Capitulo VI, Practicas de Laboratorio)
3.4.4.3. Osmodeshidratación de la Guayaba. De acuerdo al equipo disponible se
procede en la forma siguiente:
Equipo multifuncional. En el recipiente de baño de maría se adiciona el jarabe, en
tanto que en la canastilla perforada se colocan las tajadas de fruta, luego se lleva la
canastilla y se introduce en el baño de maría. Debe haberse pesado jarabe suficiente
para cubrir muy bien las frutas. Se tapa el baño y se deja en un sitio apropiado.
.
Tajadas de fruta
FIGURA 53
Recipientes para osmodeshidratación La fruta se coloca en los recipientes de
plástico, se sumerge la frutas ya adecuadas en el jarabe manteniendo
aproximadamente una proporción de 1 : 3, es decir para un kilogramo de jarabe
preparado se agregan 0.330 Kg. de guayaba. Las tajadas con cáscara se adicionan
en un recipiente y las sin cáscara en otro. Luego se tapan los recipientes y se dejan
por 48 horas en osmodeshidratación a temperatura ambiente. Es importante que la
fruta quede completamente sumergida en el jarabe.
Una alternativa es emplear una bolsa plástica resistente y en ella echar la fruta y el
jarabe para luego sacar el aire y amarrarla adecuadamente, teniendo cuidado de un
lado, evitar contaminación y de otro, hacer regueros.
Ollas del equipo multiprópositoFIGURA 54
3.4.4.4.- Aseo de equipos y utensillos. Terminadas las operaciones anteriores,
proceda a hacer aseo minucioso de todos los utensillos y equipo empleado. Este aseo
puede hacerse al final de la experiencia a medida que se vayan desocupando o
dejando de utilizar los elemento empleados.
Fruta en osmodeshidrataciónFIGURA 55
3.4.4.5.- Separación de la Fruta del Jarabe. Se separa el jarabe de la fruta ya sea
levantando la canastilla en el baño de maría o retirando del recipiente la fruta o por
medio de un colador. De todas formas la fruta debe quedar en el colador. En lo posible
que las rodajas no queden unas encima de las otras.
Se deja escurrir la fruta durante 5 minutos, recogiendo el jarabe escurrido se mezcla
con el que quedo en el recipiente.
Tome mediante una cuchara limpia, muestra del jarabe y pruébelo. Establezca niveles
de aroma y sabor respecto a la fruta fresca.
Una vez efectuada la medición lleve el jarabe a las botellas PET. Debe almacenarse
y mantenerse tapado en un ambiente adecuado para una utilización posterior en el
desarrollo de la experiencia No. 6 ó aplicaciones a elaboración de productos.
3.4.4.6.- Mediciones en productos. Empleando los medios adecuados o usando los
recipientes, pesar tanto la fruta como el jarabe obtenidos.
Agregue a la probeta de 250 c.c suficiente jarabe para medir la densidad o los grados
brix por medio del densímetro o de los sacarómetros. Si se dispone de refractómetro
haga la respectiva medición.
Medición de densidad del jarabeFIGURA 56
3.4.4.7. Enjuague de la Fruta. En la manipulación de la fruta se debe tener cuidado
para evitar que se deshagan y pierdan su forma.
Se enjuaga la fruta para retirar el exceso de jarabe en su superficie. Se debe verter
agua sobre los trozos de fruta que se encontraban en el colador por 20 segundos,
agitando constantemente. Se dejan los trozos durante 5 minutos en el colador para
que escurrra el exceso de agua. Nuevamente pesar las tajadas.
3.4.4.8.- Eliminación del exceso de Agua. Sobre una bandeja , se esparcen los
trozos de fruta y con ayuda de papel absorbente se retira el exceso de agua.
Pesar de nuevo las tajadas. Las rodajas se emplean para la experiencia de secado.
Determine la humedad a dos o tres tajadas de la fruta osmodeshidratada para, con los
datos obtenidos efectuar balances de materiales.
3.4.5. Osmodeshidratación en seco
3.4.5.1. - Material requerido
Una libra de guayabas maduras ( no en exceso) de regular tamaño, ya escaldadas
Azúcar blanco sulfitado o refinado.
3.4.5.2- Equipo y elementos necesarios
Recipiente de osmodeshidratación. con su respectiva tapa o bandeja plástica
Baño de marìa y canastilla perforada
Un vaso mediano, de vidrio o plástico
Probeta de 250 c.c.
Densímetro o refractómetro.
Botella PET o botellas no retornables de 250 c.c.
Cuchillo de cocina.
Papel de cocina o servilletas.
Plástico Vinilpel o similar
3.4.5.3.- Limpieza de superficie de materiales. Se asean perfectamente los
mesones en donde se va a realizar la experiencia. Los equipos y utensilios a usar
deben estar perfectamente limpios y desinfectados. Antes de empezar se deben asear
correctamente las manos.
3.4.5.4.- Adecuación de la fruta. Escaldada y fría la fruta se retiran los extremos de
la fruta y se corta la fruta, en rodajas de espesor entre 3 y 4 milímetros. Las cáscaras
y / o las puntas se guardan para hacer jugo, con algo de jarabe usado en el proceso.
Pesar las diferentes porciones que se obtienen en esta adecuación y transcribir los
datos en la hoja de control respectiva.
Determinar la humedad de dos o tres tajadas de fruta fresca.
3.4.5.5. Osmodeshidratación de la guayaba. Se tienen dos formas de poner en
contacto la fruta con el agente osmótico.
En la primera sobre el recipiente se esparce azúcar para que en el fondo se forme una
pequeña capa del agente osmótico, luego se coloca una capa de rodajas y se les
esparce azúcar para que queden totalmente cubiertas.
Si sobran rodajas se forma una segunda capa y se le espolvorea azúcar para que
igualmente quede cubierta.
Una vez se han recubierto todas las tajas, se procede a tapar el recipiente y se deja en
un sitio apropiada por veinticuatro horas.
En la segunda forma y si las rodajas se pueden manipular, se coloca azúcar suficiente
sobre una bandeja y se toman las rodajas con los dedos y se pasan sobre el azúcar,
asegurando
Osmodeshidratación en secoFIGURA 57
que las rodajas queden muy bien impregnadas; luego se colocan en el recipiente.
Finalmente se espolvorea azúcar sobre la fruta para que quede bien cubierta. Las
tajadas se recubren con el vinilpel evitando que el plástico entre en contacto con la
fruta.
Al cabo de las veinticuatro horas se retira el jarabe producido en el vaso y con una
cucharita dulcera se toma una muestra para probarlo. establezca sus características
organolépticas especialmente en su sabor y olor.
A las rodajas parcialmente deshidratadas nuevamente se les espolvorea suficiente
azúcar para que queden recubiertas y se dejan durante otras veinticuatro horas.
3.4.5.6.- Aseo de equipos y utensillos. Terminadas las operaciones anteriores,
proceda a hacer aseo minucioso de todos los utensillos y equipo empleado. Este aseo
puede hacerse al final de la práctica a a medida que se vayan desocupando o dejando
de utilizar los elemento empleados.
3.4.5.7.- Separación de la Fruta del Jarabe. Se separa el jarabe de la fruta ya sea
sacando del recipiente la fruta o por medio de un colador. De todas formas la fruta
debe quedar en el colador. En lo posible que las rodajas no queden unas encima de
las otras.
Se deja escurrir la fruta durante 5 minutos
Jarabe de primera osmodeshidrataciónFIGURA 59
Tome mediante una cuchara limpia, muestra del jarabe obtenido y pruébelo. El jarabe
restante debe almacenarse, bien en la botella PET o en las no retornables de 250 c.c y
mantenerse tapado para una utilización posterior ya sea en jugos o en una próxima
osmodeshidratación húmeda ajustando previamente la densidad y el pH o para ajustar
el jugo en la experiencia No. 6
3.4.5.8. Enjuague de la Fruta. Se enjuaga la fruta para retirar el exceso de jarabe en
su superficie. Se debe verter agua sobre los trozos de fruta que se encontraban en el
colador por 20 segundos, agitando constantemente. Se dejan los trozos durante 5
minutos en el colador para que escurrra el agua de lavado.
3.4.5.9.- Eliminación del exceso de Agua. Sobre una bandeja , se esparcen los
trozos de fruta y con ayuda de papel absorbente se retira el exceso de agua.
3.4.5.10.- Manejo final. Las tajadas osmodeshidratadas pueden conservarse a bajas
temperaturas, en la nevera durante bastante tiempo. Buscando su aplicación a un
desarrollo industrial se someten a una deshidratación final, mediante un secado sea
solar o artificial en equipos adecuados.
En un manejo de mínimas tecnologías la aplicación de esta experiencia se hace en la
región de los cultivos, empleando el secado solar. Las pérdidas poscosecha de frutas
se minimizan e igualmente los costos de transporte se reducen considerablemente.
Disponga de dos o tres tajadas de fruta osmodeshidratada y determine su humedad.
Si se procede a hacer secado, al producto obtenido debe medírsele la humedad final.
3.4.6.- Aseo .- Terminadas las operaciones, proceda a hacer aseo minucioso de todos
los utensillos y equipo empleado. Este aseo puede hacerse al final de la práctica a a
medida que se vayan desocupando o dejando de utilizar los elemento empleados.
3.5. QUINTA EXPERIENCIA SECADO -
Objetivos
Conocer una operación unitaria, aplicable a la industria
Conocer una clase de secador.
Deshidratar un producto
Elaborar balances de materiales y balances de energía
Evaluar organolépticamente un producto
3.5.1.- Material y servicios requerido
Para todo el grupo de estudiantes
Materiales
Trozos de guayaba obtenida en las experiencias de osmodeshidratación.
Servicios requeridos
Aire
Energía eléctrica
Energía térmica
Para esta experiencia se emplea un secador de bandejas, que usa aire en circulación
para permitir que éste absorba el agua evaporada. El aire se mueve por medio de un
ventilador que requiere de energía eléctrica.
3.5.2.- Equipo y elementos necesarios
Secador de bandejas
Balanza
3.5.3. Procedimiento
3.5.3.1. Pesada inicial. Separar dos o tres tajadas pesarlas y llevarlas a
determinación de humedad. Pesar la tajadas restantes para proceder a su secado
3.5.3.2- Secado . Los trozos o tajadas de fruta o se colocan debidamente distribuidos
en las bandejas del secador
Se toma un trozo grueso de fruta y se le introduce la termocupla de producto. Se
prende el ventilador y el sistema de calefacción, permitiendo que la temperatura del
aire llegue a 60.oC.
Tomar cada 5 ó 10 minutos las temperaturas de secado y del producto. Se debe cuidar
que la temperatura de la fruta no suba de los 60 oC.
Observar el estado de las tajadas, cuando considere que se encuentran secas
proceda a apagar el secador.
3.5.3.3. Pesada final.
Terminada la experiencia. los trozos se dejan enfriar para proceder a su pesada.
Establezca la diferencia de pesos entre la fruta húmeda y seca y calcule la cantidad y
porcentaje de agua evaporada.
Las tajadas secas se almacenan apropiadamente para posteriormente hacer pruebas
organolépticas.
3.5.4.- Aseo .- Terminadas las operaciones, proceda a hacer aseo minucioso de todos
los utensillos y equipo empleado. Este aseo puede hacerse al final de la práctica a a
medida que se vayan desocupando o dejando de utilizar los elemento empleados.
Observar periódicamente las frutas hasta que se noten crujientes. Cuando ello ocurra
se apaga el sistema de calefacción y se deja enfriando el producto.
Una vez se tengan los trozos a una temperatura baja proceder a pesarlos. Tomar dos
o tres tajadas y determinarles la humedad final
Secador de bandejasFIGURA 58
3.5.5.- Evaluación Sensorial de la Guayaba deshidratada
Después de varios días de realizado el secado de las tajadas se hace la evaluación
sensorial.
La evaluación sensorial como su nombre lo indica involucra los sentidos humanos que
tiene que ver con los alimentos como son sabor, aroma, color, textura y friabilidad.
Fruta osmodeshidratadaFIGURA 60
3-6- SEXTA EXPERIENCIA FERMENTACION ALCOHÓLICA
Objetivos
Conocer los cambios que ocurren durante una fermentación alcohólica.
Aprender a manejar una levadura.
Realizar un proceso de fermentación.
Realizar mediciones de la variables de proceso.
3.6.1.- Fermentación del jugo. La fermentación juega el papel central en la
elaboración de las bebidas alcohólicas. El jugo posee la mayoría de las características
del fermentado, se exceptúan el alcohol y el gas carbónico, estos compuestos se
obtienen mediante la fermentación del mosto por acción de la levadura
Se llama mosto al preparado listo para fermentar. Es una solución de diversos
compuestos siendo los más importantes los azucares fermentables, proteínas y
algunos compuestos inorgánicos.
Las sustancias sólidas presentes en el mosto se denominan extracto y constituyen lo
que se denomina cuerpo de una bebida.
Los mostos proceden de diversos materiales, siendo el más conocido, el jugo de la
caña de azúcar que se emplea para la obtención de aguardientes y de etanol al
destilar el producto fermentado.
Cocinando la malta de cebada se obtiene un mosto al que se le añade lúpulo;
fermentando el mosto lupulado se obtiene la cerveza verde y dejando añejar o
madurar esta cerveza verde se obtiene la cerveza comercial.
Cuando se elabora una cerveza sin lúpulo y luego se destila, se obtiene el whisky
En la mayoría de los jugos fermentables de frutas, estos ya se encuentran listos para
iniciar la fermentación, razón por la cual reciben el nombre de mostos. En algunas
regiones reciben el nombre de zumos de frutas.
La levadura para fermentación es la Saccaromyces Cerevisae existiendo dos
variedades principales, la Carlbergensis que presenta una fermentación llamada de
fondo o baja y es la que se emplea para la elaboración de las cerveza tipo Pilsen,
vinos y fermentados de jugos, y la Uvariun que produce una fermentación alta o de
superficie empleada en la fabricación de la cerveza tipo Ale y ciertas clase de vinos.
En la fermentación baja una vez se termina el proceso, la levadura va hacia el fondo
del recipiente en tanto que en la alta la levadura va hacia la superficie y ello establece
las condiciones para separar el fermentado de la levadura.
Células de levaduraFIGURA 61
También existe diferencia en las temperaturas óptimas de fermentación; la
fermentación alta se trabaja entre 20 y 240 C, mientras que la baja, entre 8 y 120 C. En
cualquiera de los dos tipos se hace necesario tener el mosto a una temperatura
inferior a la de fermentación ya que este proceso biológico es exotémico, es decir
produce calor por lo cual, si no se refrigera el mosto su temperatura sube y puede
pasar de los valores de trabajo de la levadura, produciendo compuestos químicos que
le dan sabor y aroma anormales a la bebida
Para la fermentación y maduración de los mostos a nivel industrial hoy se emplean los
llamados Unitanques que son tanques verticales cilindrico-cónicos dotados de
camisas de refrigeración y con capacidad para recibir hasta muy grandes volúmenes
de mosto, del orden de 100 metros cúbicos.
El proceso de fermentación es por lotes o por cochada, pero a la vez cada lote o
cochada de fermentación puede estar formada por varios lotes o cochadas de mosto
preparado, en razón de los equipos a trabajar.
Como se explicó se pueden tener tanque para volúmenes muy grandes pero no es
usual preparar jugos o mostos de un volumen similar, por ello en cochadas pequeñas
se preparan los mostos que se van recibiendo en el tanque de fermentación hasta
completar la cochada correspondiente a la fermentación
Antes de recibir la primera cochada se agrega la levadura, que proviene de cultivos,
en una cantidad previamente establecida para permitir una población de ocho a doce
millones de células por centímetro cúbico del mosto de la primera cochada.
Iniciada la fermentación, la levadura se va reproduciendo de tal forma que a medida
que se van recibiendo las siguientes cochadas siempre se va a mantener la
concentración en los valores definidos.
La fermentación es un proceso bioquímico muy complejo, en el cual la levadura
produce tanto exoenzimas, endoenzimas como coenzimas en clase y cantidad que
dependen de la temperatura, pH, concentración de azúcares y aminoácidos y
concentración de levadura.
Una parte de los compuestos del mosto no sufre alteración alguna. Los que se
transforman llevan a una diversidad de productos y subproductos que definen en gran
medida las características de la bebida.
Se consideran como productos de la fermentación el alcohol y el gas carbónico, en
una reacción exotérmica de alta generación de calor. Como subproductos se tienen:
Alcoholes: Propílico, isopropílico, butílico, amílico, isoamílico y otros de alto peso
molecular llamados aceite fusel que contribuyen al aroma y gusto del producto
fermentado y según algunos autores, causan la llamada resaca o guayabo.
Polialcoholes como la glicerina y glicoles.
Acidos; Acético, propiónico, butílico, capróico, succinico, pirúvico, etc.
Esteres, Aldehidos, Cetonas y Varios como SO2, H2S, Mercaptanos, compuestos
volatiles de azufre, sulfuros, etc.
A los compuestos del azufre se le debe el sabor y aroma “verde” o “joven” que tiene
los productos recién fermentados.
La fermentación se inicia con la reproducción de la levadura, fase log, en la cual se
dobla el número de células en períodos regulares de tiempo, luego existe un
crecimiento restringido, período en el cual ocurre la fermentación propiamente dicha
con desprendimiento de calor, requiriéndose de refrigeración para mantener la
temperatura de proceso.
CURVA DE FERMENTACIÓNFIGURA 62
En las primeras horas el extracto se modifica muy poco; una vez se ha cumplido la
fase log el extracto baja aceleradamente hasta el término de la fermentación para
tener el llamado extracto final.
Dependiendo del tipo de producto a obtener , se pueden dejar azucares sin fermentar,
mediante un enfriamiento rápido para inhibir la levadura, en este caso el extracto final
es superior al que se tendría de fermentar todos los azucares.
El extracto correspondiente a la última situación se conoce como extracto limite. La
característica de los productos llamados secos , es que no tienen azucares, mientras
que los semisecos presentan un pequeña diferencia en los extractos final y limite,
conteniendo pequeñas cantidades de azucares.
Poco antes de terminar el proceso, se refrigera el producto para favorecer la
precipitación de la levadura y retirarla fácilmente por el fondo del tanque.
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE. Investigue si desde el punto de vista extracto
fermentable existen los llamados productos extrasecos.
3.6.2. Material y servicios necesarios
Materiales
Jugo o mosto de fruta
Levadura saccaromyces cerevisae
Azúcar
Acido cítrico
Sulfato de calcio o carbonato de calcio.
Dependiendo del equipo a utilizar, la cantidad de mosto a preparar varia de uno a
quince litros. Consulte con el tutor que cantidad debe preparar.
Dado que en todos los laboratorios no se dispone de fermentadores, se describirá la
experiencia basados en el empleo de pequeños fermentadores (botellas PET) de dos
litros.
También pueden emplearse garrafas plásticas de cuatro litros
Servicios
Agua
Aseo
Refrigeración
3.6.3. Equipo basico necesario.
Fermentador ó botellas PET de 2 litros, con su respectiva tapa rosca.
Recipientes para añejamiento o botella PET de 2 litros, o garrafas plásticas de cuatro
litros con su respectiva tapa rosca.
Pocillo o vaso de vidrio o de plástico
Una cucharita dulcera
Dos botellas de 250 c.c.
Densímetro
Potenciómetro o papel indicador de pH
Refractómetro
3.6.4. Procedimiento
3.6.4.1.- Preparación del jugo. Si se dispone fruta osmodeshidratada húmeda que
no ha de ser secada y tampoco se ha de consumir tal cual , se pude preparar un jugo
que no quede muy concentrado.
De todas formas ya sea con el osmodeshidratado o con fruta fresca se prepara jugo
suficiente para tener aproximadamente tres litros. El jugo debe haber sido colado.
.
FermentadorFIGURA 63El pH propicio para la fermentación alcohólica esta entre 4 y 4,5. Mida el pH del jugo
empleando el potenciómetro y si se encuentra fuera del valor de norma, ajústelo bien
sea con el ácido cítrico o con el sulfato o el carbonato. Tenga presente que
generalmente las cantidades a emplear son muy pequeñas.
El jugo se puede fermentar en la botellas PET de dos litros o en garrafas de cuatro
litros , llenando únicamente el cuerpo cilíndrico. La parte cónica de la botella debe
quedar vacía y en este caso el espacio vacío recibe el nombre de cámara libre.
Llenado de la botella para la fermentación y mosto en fermentaciónFIGURA 64
3.6.4.2. Adecuación de la levadura.- En el pocillo o vaso limpio se agrega la
levadura, dos cucharaditas de agua ligeramente tibia y una cucharadita de azúcar;
con la cucharita se procede a agitar para que se disuelva la levadura en el agua
dejándose en reposo durante cinco minutos
3.6.4.3. Agregación de levadura. Al mosto clarificado se le adiciona la levadura
preparada en el pocillo.. Se pretende dosificar para que el contenido de células
levadura en el mosto sea aproximadamente de ocho millones por centímetro cúbico.
3.6.4.4. Fermentación. La botella se deja en un sitio de temperatura moderada y se
observa periódicamente; los dos primeros días puede dejarse bien tapada la botella ,
luego, con cuidado se destapa lentamente para evacuar el gas producido; el resto de
tiempo se deja la tapa suelta
Cuando se tiene una buena fermentación, en la superficie de la botella se forma una
corona central de espuma.
Diariamente se debe sacar cuidadosamente una muestra en la probeta para medir la
densidad y los grados Brix
Desfogue brusco del gasFIGURA 65
Al cabo de los cuatro o cinco días de haberse agregado la levadura saque una
pequeña muestra, determine su aspecto, aroma y sabor; ellos corresponden al
llamado fermentado verde.
Una vez se ha terminado la fermentación, se tapa bien el recipiente y se lleva al
refrigerador para dejarla durante dos o tres días, tiempo en el cual ocurre la mayor
parte de la sedimentación de la levadura. Con cuidado transvase el fermentado a la
segunda botella dejando la levadura en el fondo del primer recipiente.
Una vez se ha obtenido la bebida verde , puede llevarse a añejamiento o se puede
destilar para obtener licor , experiencia ésta que se puede realizar en las instalaciones
de la planta piloto
Termino de la fermentaciónFIGURA 66
3.6.4.5 . Añejamiento. El objetivo del añejamiento es mejorar las características
organolépticas del fermentado, eliminando compuestos gaseosos que son los
responsables es mayor grado de aromas indeseables y precipitando compuestos
insolubles , responsables de los sabores no limpios.
En la industria de vinos y de destilados añejados ( whisky y brandy ) se emplean
recipientes ( barriles de madera) que favorecen considerablemente la eliminación de
los compuestos indeseables a la vez que incorporan gratos sabores y aromas y en
algunos casos como en el de los licores añejados su color característico.
Tapada muy bien la botella se introduce de nuevo en el refrigerador y durante un mes
o más días se deja en reposo. Observe cuidadosamente el aspecto del producto. Al
cabo de este tiempo, destape lentamente la botella para que no se enturbie el líquido,
saque una muestra y pruébela. Acorde a su sabor puede ser consumida. Es apenas
natural que por su manejo, el producto contiene muy poco gas y es ligeramente
opalina.
Levadura y residuos sedimentadosFIGURA 67
