Fundamentos de tecnología de los alimentos
Editor
Horst-Dieter Tscheuschner
ejem plar fue don ado ad o por el J Este ejemplar I
P.
Ministerio Ministerio o e Ed»lecc le cció ión n Supe Superior rior y la A O fi c in a C':.'? 1 ■ 0 ' ' n r S n c H.-»l 0 - . ^ + ^ , :: :>n dor dor :rio corno epodo a ics Instituci Institucione ones s c u & Ju cjet cj etón ón Superi Superior or fi1?»
Comeas, 200í
Editorial ACRIBIA, S.A. ZARAGOZA (España)
Fundamentos de tecnología de los alimentos
Editor
Horst-Dieter Tscheuschner
ejem plar fue don ado ad o por el J Este ejemplar I
P.
Ministerio Ministerio o e Ed»lecc le cció ión n Supe Superior rior y la A O fi c in a C':.'? 1 ■ 0 ' ' n r S n c H.-»l 0 - . ^ + ^ , :: :>n dor dor :rio corno epodo a ics Instituci Institucione ones s c u & Ju cjet cj etón ón Superi Superior or fi1?»
Comeas, 200í
Editorial ACRIBIA, S.A. ZARAGOZA (España)
Título original:
G rundzü ge der Le bensm itteltechnik, 2“ edición
E d it o r :
H orst-Dieter Tscheuschner
E d it o r ia l:
B. B eh r’s V erlag Gm bH & Co. Averhoffstraße 10 D-22085 Hamburg, Alemania
© B .B eh r’s Verlag GmbH & Co., Co., Averhoffstraße 10 D-22085 Hamburg, Germany © De la edición en lengua española Editorial Acribia, S.A., Apartado 466 50080 ZARAGOZA (España)
I.S.B.N.: 84-200-0952-0
IMPRESO EN ESPAÑA
Depósito legal: legal: H U- 25 1/200 1/20011
PRINTED IN SPAIN
Editorial ACRIBIA S.A.- Royo, 23 - 50006 Zarag oza (España)
Imprime: Grafic RM Color, S.L. C/ Ganadería, parcela 27B, nave 2. 22006 Huesca. 2001
Del prólogo a la primera edición
En la presente obra, «Tecnología de los alimentos», se presentan por primera vez de forma compleja los principales elementos de esta disciplina científico-técnica. La tecnología de los alimentos surgió en los primeros países industrializados hacia finales de los años cincuenta del siglo XX y desde ese momento se desarrolló de manera vertiginosa. Es la expresión y el resultado del gran grado de desarrollo alcanzado por la pro p ro du cc ión ió n de alim al imen en tos. to s. Todavía a principios del siglo XIX la producción de alimentos se basaba pri p rinn c ip a lm e n te en el co n o c im ien ie n to técn té cn ic o e m p íric ír icoo , del de l que qu e eran er an d ep o sita si tari rias as las industrias artesanales dedicadas a la producción de alimentos. alimentos. El punto de vista científico científico de algunos aspectos de estos procesos de producción se fue imponiendo sólo de modo titubeante y esporádico conforme se desarrollaban la ciencia y la tecnología. Los prim pr im eros er os pro pr o gres gr esos os im po rtan rt an tes te s se con c on sig si g uier ui eroo n grac gr acia iass a la inv i nves esti tiga ga ción ci ón de situ si tuac acio ione ness concretas. E llo condu jo a una may or efectividad y estabilidad estabilidad de los procesos emp íricos o a una mejor calidad del producto final. Con el paso progresivo de la producción artesanal a la produc ción ind ustrial comenz ó la segun da fase del desarrollo del punto de vista científico. científico. A este desarrollo de la tecnología contribuyeron especialm ente el análisis y la descripción general de las fases de cada proceso de producción. La abstracción conseguida de los procesos tecnológicos elementales de cada industria permitió el análisis teórico unitario de los procesos básicos más importantes. Simultáneamente, se crearon así los los sup uestos esenciales para una base teórica común para el desarrollo de procesos y para proyectar la producción de alimentos como un saber científico-técnico a partir de la tradición artesanal. Con el comien zo de la revolución técnico-c ientífica se instauró tamb ién en el el ámbito de la producción industrial de los alimentos una rama de desarrollo cualitativamente nueva, que surgió a la vez que la tecnología de los alimentos. Es objeto de esta disciplina el proceso de produc ción indu strial de alimentos. alimentos. Reflejo de este conocimiento científico en forma teórica es el contenido de la disciplina científica de la tecnología de los alimentos. Los elementos importantes de esta rama del saber con carácter integrador son las materias primas y sus propiedades tecnológicas, la tecnología de los procesos de transformación, el proceso de producción total total y los los métodos para la estructuración estructuración y proyecto de los procesos. Así, este estado de la cuestión tecnológica en el sentido Y
más amplio constituye el núcleo de la tecnología de los alimentos y la línea de partida par p araa el d e sa rro rr o llo ll o de nu ev os proc pr oc eso es o s y equi eq uipo pos. s. Al elegir los los comp onentes del contenido del libro no pudimos consid erar las disciplinas disciplinas bás b ásic icas as de las cien ci en c ias ia s na tura tu rale less y de la tecn te cn olog ol og ía, ía , que qu e per p erte tenn ec en a los lo s sabe sa be res re s bá sico si coss del ingeniero de los alimentos. Igualmente, por motivos de espacio renunciamos a describir detalladamente los fundamentos de la tecnología de procesos y del procesado, así como del envasado. Estas disciplinas se tratan exhaustivamente en la literatura especializada, a la que remitiremos al lector. Desde este punto de vista, las características técnicas del procesado seleccionadas y los métodos de control de calidad constituyen el núcleo de esta obra, así como el com plejo tecnoló gico de la transfo transfo rmac ión de las las materias primas en alimentos. El libro pro p ropo po rcio rc iona na im p orta or tant ntes es tem te m as, as , estr e struc uctur turas as tecn te cnol ológ óg icas ic as y legi le gisl slac ació iónn gene ge nera rall y m étod ét odos os de la tecnología alimentaria, permitiendo así una visión de conjunto rápida de las complejas relaciones e interacciones de la producción industrial de alimentos. Vaya nuestro agrade cimiento a todas todas las personas e instituciones instituciones que han colabo rado con nosotros o nos han proporcionado material gráfico y han revisado el manuscrito. Serán bienvenidos todos los comentarios e indicaciones sobre el texto que puedan mejorar futuras ediciones. Dresden El Editor y la Editorial
VI
Prólogo a la segunda edición
La prime ra edición de este libro de texto texto y manual esp ecializado fue publicado por la Fachbuchverlag Leipzig con autorización de Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt tuvo tan buena acogida por parte no sólo de los técnicos de la industria alimentaria, sino también especialmente entre los estudiantes; le siguió poco tiempo después una reimpresión sin mo dificación alguna. alguna. Después de muchos años, esta reimpresión reimpresión también se agotó y la B eh r’s r’s Verl Verlag, ag, Hamburg, tuvo el mérito especial de promo ver la aparición de una segunda edición revisada. Esta nueva edición se realizó realizó m anteniendo la concepción básica original. original. Mientras que los Capítulos 1 a 4 y el el 6 se actualizaron sólo con peq ueñas mo dificacion es y adiciones, los Capítulos 8 y 9 requirieron una revisión exhaustiva. Por último, los Capítulos 5 y 7 se escribieron de nuevo, para lo que fue necesario recurrir a nuevos autores especialistas en la materia. El editor agradece a todos los autores, personas y compañías que contribuyeron al manuscrito con su colaboración y proporcionando material gráfico. Dresden El Editor
VII
Autores
Prof. Dr.-Ing. habil., Institut für Verarbeitungsmaschinen, Landmaschinen und Verarbeitungstechnik, Technische Universität Dresden
H orst G oldhahn,
Dr. rer. nat., ehem. Institut für Lebensmittel und Bioverfahrenstechnik, Tech nische Universität Dresden
H iltrud L i e b e r s ,
Prof. Dr.-Ing. habil., Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik, Technische Universität Dresden
L othar L inke,
U l r i c h L ö s e r ,
Dr.-Ing., Kraft Jacobs Suchard, RSD, Inc. München Dr.-Ing., Dr. Quendt Backwaren GmbH, Dresden
H artmut Q uendt,
H a n s - J ö r g R a e u b e r ,
Prof. Dr.-Ing. habil., Franz Zentis Konfitüren- und Süßwarenfabrik, Aa
chen W a l t e r E.
L. S p i e s s , Prof. Dr.-Ing., Institut für Verfahrenstechnik, Bundesforschungsanstalt für Ernährung, Karlsruhe Prof. Dr.-Ing. habil., Dr. h. c., Deutsches Institut für Lebens mitteltechnik e. V., Quakenbrück
H o r s t - D i e t e r T s c h e u s c h n e r ,
W illi W i i t ,
Dr.-Ing., Westfalia Separator AG, Oelde
K a r l - H e i n z W o l f ,
J o r i s W o ' it it e ,
Prof. Dr.-Ing. habil., Fachhochschule Lausitz
Prof. Dr.-Ing. habil., Institut für Verfahrenstechnik, Technische Universität Dresden
(t1996)
Con la colaboración de: G unter A rndt,
Dr.-Ing., Dresden
Prof. Dr.-Ing. habil. (|), ehem. Institut für Verar beitungsmaschinen, Technische Universität Dresden
H e l m u t B r o s a m l e r ,
S i e g f r i e d G e r h a r d t,
Dr.-Ing., Kipsdorf
Dr.-Ing., Bergholz-Rehbrücke
E r i c h H a e v e c k e r ,
Prof. Dr.-Ing, habil., Institut für Konstruktionstechnik und Anlagengestal tung (IKA Dresden)
J oachim H ennig,
Dr.-Ing., Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik, Techni sche Universität Dresden
C h r i s t o p h K l u g e ,
W o l f g a n g K o p s c h i n a , B e n n o K u n z ,
Dipl.-Ing., ehem. Unilever, Kleve
Prof. Dr.-Ing. habil., Institut für Lebensmitteltechnologie, Universität Bonn
S usanne L ailach , H e i n z N i k o l a u s,
Dr.-Ing., Tscheuschner LTR, Dresden
Frankfurt/Oder IX
Capítulo 1.
1.1-1.4
2.
2.1-2.8
Autores
H.-D. T s c h e u s c h n e r H.-D. T s c h e u s c h n e r
2.9-2.11
L . L inke
E . H aevecker
2.12
B. K u n z H. N i k o l a u s
2.14
H.-J. R a e u b e r H.-J. R a e u b e r H.-J. R a e u b e r
S . G erhardt
2.15
L . L inke
G. A r n d t
2.13
3.
3.1-3.5
4.
4.1-4.10
5.
5.1-5.3
6.
6.1
H.-D. T s c h e u s c h n e r H.-D. T s c h e u s c h n e r
U. L öser
6.2.4
K.-H. W o l f H.-J. R a e u b e r H.-J. R a e u b e r H.-D. T s c h e u s c h n e r H.-J. R a e u b e r
6.2.5
L . L inke
6.2.1 6.2.2 6.2.3
7.
7.1-7 .3
W. E.
8.
8.1
8.2
H.-D. T s c h e u s c h n e r H.-D. T s c h e u s c h n e r
8.3
W . W it t
8.4
L . L inke
8.5
H.-D. T s c h e u s c h n e r
8.6
L . L inke
8.7
H.-D. T s c h e u s c h n e r
8.8
L. L inke
S. L ailach
W. K o p s c h i n a S . L ailach
9.2
9.3
L. L i n k e
9.4
L. L i n k e
C h . K l u g e
9.5
L. L inke
C h . K l u g e
9.6
J. W o t t e
8.10 8.11 8.12 8.13
X
L . S piess
H.-D. T s c h e u s c h n e r H.-J. R a e u b e r H.-J. R a e u b e r H.-J. R a e u b e r H . L iebers H. Q u e n d t H. G o l d h a h n
8.9
9.
Con la colaboración de
9.1
B. K u n z H. N i k o l a u s S . G erhardt
K.-H. W o lf H.-J. H ennig H. B rosamler
índice de contenido
1
2.4.2
La tecnolo gía de los alimento s como disciplina científica industrial
1 .1 .1
............................................
D e f i n i ci ci o n e s f u n d a m e n t a l e s
1.2
Objetivos y particularida des de la producción de alimentos
1.2.1 1.2.1 1.2.2 1.3
Ob jetivos jetivos principales de la producción producción de alim entos Particularidades de la producción de alimentos .......................................... Estructuración Estructuración jerárquica del proceso de producción
1.4
2
1 1 2 2
4
5
M a t e r ia ia s p r i m a s
9
\
2 .1 .1
................................................. ................. C e r e a l e s ................................
2.1.1 2.1.2
Característi Características cas gen erales ............ Estructura, com ponentes y partes aprovechables ...................... Propiedades Propiedades físico-químicas físico-químicas Especies y variedades variedades ..................... Con diciones de almacenam iento ... ...
2.1.3 2.1 .4 2.1.5 2.2 2.2.1 2.2.2
L e g u m b r e s ...............................................
2.2.3 2.2 .4 2.2.5
Característ Características icas gen erales .................... Estructura, com ponentes y partes aprovechables ...................... Propiedades físico-quím icas Especies. Variedades ............................ Con diciones de almacenam iento ... ...
2.3
Nueces y fr u to s s e c o s ..........................
2.3.1 2.3.1 2.3.2 2.3.3
Característi Características cas gen erales .................... Estructura, com ponentes y partes aprovechables ...................... Condiciones de almacenam iento ...
2.4
S e m i l la la s d e c a c a o .................................
2.4.1 2.4.1
Característ Características icas gen era les ....................
2.5 2.5.1 2.5.1 2.5.2
9 9 9 10 15 15 16 16 16 18 19 19 20 20 20 22 23 23
23
25
S e m i l l a s o l e a g i n o s a s ..............................
2.5.3
Caracterís Característi ticas cas gen era les ........................ Estructura, com ponentes, par p ar te s ap ro v ec h ab le s y propiedades propiedades físico-quím icas 27 Propiedades Propiedades de alm acenam iento... iento..... 27
2.6
Granos de ca fé ......................................
2.6.1 2.6.2
Característ Características icas gen erale s .................... Estructura, com ponentes, pa p a rt e s ap ro v ec h ab le s y propiedades propiedades físico-quím icas Especies, variedades y condiciones de almacenam iento .... ...
2
Los principios tecnológicos tecnológicos y su em p le o en la te cn o lo g ía de los alimentos ...................................
...............................
2.4 .3
Estructura, compon entes, partes partes aprovechables y propiedades físico-químicas ......................................... Subespecies, variedades, variedades, grados de calidad, condiciones de almacenamiento .................................
2.6 .3 2.7 2.7.1 2.7.1 2.7.2 2.7.3
T é ...................................... ......................................................... ......................... ......
Característ Características icas gen era les ................... Estructura, com ponentes y partes apro vec hab les Especies, variedades y condiciones de almacenam iento .... ...
2.8
................................................... ..................... T a b a c o ..................................
2.8.1 2.8.1 2.8.2
Característ Características icas gen erales .................... Estructura, com ponentes y partes aprovechables ...................... Propiedades Propiedades físico-químicas Especies, variedades y condiciones de almacenam iento .... ....
2.8.3 2.8 .4 2.9 2.9.1 2.9.1 2.9.2 2.9.3 2.9.4
.................................................... .................... .... F r u ta s ....................................
Caracterís Característi ticas cas ge ner ales .................... Estructura, com ponentes y partes aprovechables ...................... Propiedades físico-químicas físico-químicas y particularidades de elaboración ... ... Almacenamiento Almacenamiento de la fru ta
26 26
27 27
27 30 30 30 31 32 33 33 33 34 35 36 36 37 38 39 XI
2.10
H o n a l i z a s ...............................................
2.10.1 2.10.2
2.10.4
Características Características gen erale s ................... Estructura, Estructura, componentes y partes aprovechables ...................... Propiedades físico-químicas y particularidad es de elaboración ... ... Almacenamiento Almacenamiento de ho rtaliza s
2 .1 .1 1
Remolacha azuc arera
2.1 0.3
2.11.1 2.11.2 2.11 .3
2.11.4
2 .1 .1 2
.................. Característi Características cas ge nera les .................... Estructura, Estructura, componentes y partes aprovechables ...................... Propiedades físico-químicas y procesos específicos de elaboración ...................................... Almacenamiento de la remolacha azucarera ................ . ..................................................... L e c h e ' ......................................................
2.12.1 Característic Características as gen erale s ..................... 2 .1 2 .2 C o p tp o s ic ió n .... ....... ..... ..... ..... ..... ..... .... ..... ..... ..... ..... .... ..... ..... ..... ..... .. 2.12.2.1 2.12.2.1 Proteínas Proteínas láctea s .................................... 2.12.2.2 Grasa Grasa lác tea ............................................. 2 . 1 2. 2 . 2 .3 .3 L a c t o s a ..................................................... 2.12 .2.4 Com ponentes lácteos lácteos esp eciale s... s.... 2.12.3 Propiedades físico-químicas 2.13
C a r n e .........................................................
2.13.1 2.13.2
Característic Características as gen erale s ..................... Estructura, Estructura, componentes, pa p a rt e s a p r o v e c h a b le s ......................... Propiedades Propiedades físico-químicas Clases Clases y tip o s ......................................... Características Características de almacenamiento
2.13.3 2.13.4 2.13.5
40 40 43 44 45 46 46 47
48 49 50 50 50 51 51 52 53 54 55 55 56 57 59 59
2.14
P e s c a d o ...................................................
2.14.1 2.14 .2 2.14.3 2.14.4
Características Características gen erales .................... Condiciones de almacenamiento ... E s p e c i e s ................................................... E s t r u c t u r a ................................................
60 60 62 63 63
2.15
A g u a ..........................................................
74
2.1 5.1
Función del del agua en la elaboración de a li m e n to s.......... s............. ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ... 2 .15 .2 Especificaciones de calidad del agua 2.1 5.2.1 Especificaciones del agua potable .. 2.15 .2.2 Especificaciones Especificaciones especiales especiales pa ra la el ab or ac ió n de determinados productos .............. 2.15.3 Tratamiento Tratamiento del del ag u a ........................... 2.15 .4 Utilizaci Utilización ón económica del del a g u a 3
3.1
F u n d a m e n t o s f ís í s i co co s - q u í m i c o s acerca de sustancias alimenticias e n s i s t e m a s d i s p e r s o s ...................
76 79 82
3.2.1 3.2.1 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2 .2.3 3.2.2.4 3.2.2.5 3.2.3
3.2.3.1 3.2 .3.2 3.2.3 .3 3.2 .3.4 3.3
83
Energía Energía interfacia l ............................... Fenómenos interfaciales interfaciales en sistemas bifásicos .......................... Presión Presión capilar capilar de curv atura Trabajo Trabajo de coh esión ........................... Adsorción a los límites límites de fases líquidas ......................... .......... Sustancias Sustancias tensio activa s ..................... Adsorció Adsorciónn en interfa interfases ses sól ida s Fenómenos interfaciales interfaciales en partículas pequeñas y películas finas .................................... Gotitas y cristales cristales pe qu eñ os Películ Películas as líquid líquidas as fin as ......................... Películas y envolturas de solvatos extrafinas ....................... Formación de núcleos cristalinos cristalinos y de condensación ............................ Interacciones entre partículas en sistemas dispersos ..........................
Interacciones electrostáticas entre pa rtíc rt ícul ul as en líq ui do s p o la r e s 3.3.2 Interacciones electrostáticas entre pa rtíc rt ícul ul as en líq uido ui do s a p o la r e s 3.3 .3 Interacciones Interacciones de V an D er W aals entre partíc ulas d is p e rs as ..... ....... ..... ..... ..... ..... .... 3.3.4 Interacciones Interacciones entre partículas partículas con capas de adsorción ...................... 3.3.5 Superposición de interacciones entre partículas .................................... 3.3.5.1 Agregación y estabilidad de floculación ........... 3.3.5 .2 Coalescencia Coalescencia y estabili estabilidad dad de la coalescencia ................................ 3.3.6 A d h e s i ó n .................................................. 3.3 .7 Forma ción de estructuras en sistemas dispersos ......................... 3.4
3. 4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 3.4.8
3.5
3.5.1 83
Interacciones Interacciones entre moléculas en los sistemas dispersos ..................
86 87 88 88 88 89 89 92
95 95 96 97 98 10 0
3.3.1
3.4.9
Las sustancias alimenticias como sistemas dispersos ...................
XII
74 76 76
3.2
Propiedades de sistemas dispersos e s p e c i a l e s ...............................................
S us pe ns io ne s........ s............ ........ ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ....... ... E m u l s i o n e s .............................................. E s p u m a s ................................................... Sólid Sólidos os disp ersos ................................... A e r o s o l e s ................................................. P o l v o s ....................................................... Coloide Coloidess de asoc iación ........................ Disoluciones Disoluciones macromoleculares macromoleculares y g e l e s ..................................................... Sistemas Sistemas dispers dispersos os com plejos
101 10 2 103 10 5 10 7 10 7 1 10 11 0 1 11 11 3 113 115 11 5 11 8 12 0 121 121 121 12 4 128
Fundamentos físico-químicos de la viscosidad de líquidos
12 9
Teorías cineticom oleculares de la viscosidad .....................................
12 9
Influencia de la estructura estructura molecular sobre sobre la visc os ida d 3.5.2.1 Líquidos poliatómicos poliatómicos apo lares 3.5.2.2 Líquidos Líquidos po lare s ....................................... 3 . 5 .2 .2 . 3 P o l ím ím e r o s h o m ó l o g o s ........................... 3 . 5 .2 .2 . 4 H o m ó l o go go s c o m u n e s .............................. 3 . 5 . 2 . 5 H o m o m o r f o s ......................................... 3.5 .2.6 Influencia de la presión presión y l a t e m p e r a t u r a ..................................... 3.5.3 Viscosidad de disoluciones verdaderas .................. 3.5.4 Viscosida Viscosidadd en sistemas sistemas dispersos
5.2 .2.2
3.5 .2
131 131 131 131 13 2 13 3 133 13 3 133 13 3 13 4 134
4
Reo logia de los alim en tos
4.1
Clasificaci Clasificación ón y defin ición ....................
4.2
Definiciones generales de la macrorreología ............................
135
4.3
Cuerpos elástico s .....................................
145 14 5
4.4
Cuerpos Cuerpos viscosos ......................................
14 7
4.5
M o d e l o s r e o l ó g i c o s ................................
151
4.5 .1
Mo delos de las propiedades reológica s fundam entales ideales ... ... 151 Modelos de las propiedades propiedades Teoló Teológi gica cass co m ple jas ............................. 151
4.5 .2 4.6
4.6.1 4.6 .2 4.6.3 4.6.4
Com portamiento de cuerpos complejos bajo deformación
1 35 35
151
Flujos newtoniano y no newtoniano ..................................... 151 15 1 Fluidos no newtonianos independientes independientes del del tiem po .................. 15 5 Comportamiento de flujo dependiente del tiem po 163 Com portamiento deformativo viscoelástico ............................................. 16 8 17 7
Otras propiedades y ca ra ct er ís ti ca s r e o ló g ic a s
17 8
Leyes fundamen tales de la reologia .......................................
18 5
D e t e r m i n a c ió ió n e x p e r im im e n t a l de las propiedades reológicas .......
18 6
5
A s e g u r a m i e n t o d e l a c a l i d a d ...
195
5.1
i n t r o d u c c i ó n ..........................................
19 5
5.2
A p li c a c ió n de las normas DIN ISO 9000 ........
19 7
5.2 .2 5.2 .2.1
Utilidad de la certificación ISO 9000 ............ Sistemas Sistemas de gestión gestión de ca lida d Particularidad es de las empresas de alimentación ....................................
5.3
6
6.1
Dirección de procesos estadísticos estadísticos
Fundamentos d e l o s p r o c e s o s t é c n i c o s ..............
19 9 199 19 9
201 203 206 20 6 212
217
Procesos básicos generales, aparatos y máquinas de las técnicas
6.1.1 6.1.1.1 6 . 1 .1 .1 .2 .2 6 . 1 .1 .1 . 3 6.1.1.4 6.1.2 6.1.2.1 6.1.2.2
Procesos mecánicos fundamentales Separación ............................................ M e z c l a d o .............................................. D i v i s i ó n ................................................. A g l o m e r a c i ó n ...................................... Procesos térmicos fundam entales.. Transferencia Transferencia de c a lo r ..................... Transferenci Transferenciaa de m ateria .................
6.2
Procesos básicos especiales, especiales,
217 217 217 223 229 231 233 234 236
aparatos y máquinas de la tecnologí tecnología a de los los alim en tos
4.8
5.2.1
5.2.2.5
d e p r oc oc e s am am i e n to to y p r o c e s o s
Solidez de cuerpos reológicos
4.10
5.2 .2.4
13 5
4.7
4.9
5.2.2 .3
Estructura organizativa de un sistema de gestión de la ca lid ad Estructura de los contenidos de los docum entos ISO 9 0 0 0 .... ...... .... .... .... Elementos de un sistema sistema de gestión de calidad ........................... M antenimiento antenimiento de un sistema sistema certificado de gestión de ca lid ad
Eliminación de componentes de las las materias materias p rim as ....................... 6.2.1.1 Definición .............................................. 6.2 .1.2 Agrupación de los principios principios de actuación ........................................... 6.2.1.3 Realización Realización técn ica ............................. 6.2.2 Fragmentación de materias materias no quebradizas ...................................... 6.2.2.1 Definición ............................................... 6.2 .2.2 Fuerzas eficaces eficaces y realización técnica ......................... 6.2.3 Form ación y transformación de estructuras ........................................ 6.2.3.1 Definicione Definicioness y sino ps is ...................... 6 . 2 . 3 . 2 E m u l s i o n a d o .......................................... 6.2.2.3 Producció Producciónn de esp um as ...................... 6.2 .3.4 Elaboración de suspensiones y pastas por condensación ............... 6.2.3 .5 Cambios estructurales estructurales especiales especiales .... .... 6.2.4 Transformaciones Transformaciones física s ................... 6.2.4.1 Cocción térmica ................................... 6.2.4.2 Fermentación y desarrollo de biomasa ..................... 6.2.4.3 Maduración". ............................................ 6.2.5 Conservación ......................................... 6.2.5.1 Sinopsis ..................................................... 6.2.5.2 Conservación Conservación térm ica .........................
239
6.2.1
240 240 242 250 250 250 25 1 266 266 269 270 273 275 275 275 288 294 298 298 300 XI II
8.2.4.2
Refrigeración y congelación
7
de alimentos
......................................
307
8.2.4.3 7. 1
G e n e r a l i d a d e s ......................................
7 .2
E fe c to s d e la s b a ja s te m p er a tu ra s e n l o s a l i m e n t o s ...................................
7 .2 .1 7 .2 .2 .2 .2 7 . 2 .3 .3 7.2.4 7.2.4.1 7 .2 . 2 .4 .4 .2 .2 7.2.4.3 7.2.4.4 7 .3
A ltlt e r a c i o n e s q uí u í m i c as a s ....................... A lt l t e r a c i o ne ne s m ic i c ro ro bi b i o ló ló gi g i c as a s ......... A lt lt e r a c i o n e s f í s iicc as a s ............................. Alteración de las propiedades t e r m o f í s i c a s .......................................... Capacidad calorífica específica ...... E nt n t a lp lp ia ia e s p e c íf íf ic ic a ............................. Conductividad calorífica .................. Conductivi Conductividad dad térm ica ...................... P r o c e d im ie n to de aplicación aplicación del fr ío ........................
307 31 1 3 11 313 314 322 324 324 326 329
7.3.1 7.3.1.1 7 . 3 .1 .1 . 2 7.3.2 7 .3 .2 .1 7 . 3 .2 .2 . 2 7.3.2.3 7.3.2.4
Refrigeración ........................................ E n f r i a m i e n t o ........................................ A l m a ce ce n am am i en e n to to r ef ef ri ri ge ge ra ra d o ......... Producción por congelación ............ C o ng n g el e l a ci c i ó n ........................................... A l m a ce ce na n a m ie ie n to to e n c o n ge ge la la d or o r ... . D ist rib uc ió n..... n....... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. D e s c o n g e l a c i ó n ....................................
329 329 330 334 336 337 34 1 34 4 345
8
Procesos de producción
347
8 .1
G e n e r a l i d a d e s ......................................
347
8 .2
P ro c es a d o d e c e r e a l e s ......................
348 348
8 .2 .1 8.2.2
...............
S i n o p s i s ................................................... Obtención de productos de la molienda (harina de trigo) ..... 8.2.2.1 Objetivos y procesos implicados ... 8.2.2.2 Proceso general de la obtención d e h a r i n a ................................................ 8.2.2.3 Fase de limpieza y preparación ...... 8.2.2.4 Fase de molienda y tamizado ......... 8.2.2.5 Fase de proceso de mezclado de las fracciones de la molienda 8.2.3 Obtención de productos descascarillados (arroz) ..................... 8 . 2 . 3 . 1 Objetivos y procesos necesarios .... 8.2.3.2 Proceso completo del descascarillado del arroz ............. 8 .2 .2 .3 .3 .3 .3 D e sc s c as a s ca ca ri ri l l a do d o ..................................... 8 . 2 .3 .3 . 4 S e pa pa ra ra ci ci ón ón de de lo s g ra ra no no s descascarillados de los granos con cáscara ............................................ 8.2.3.5 Desbastado del arroz descascarillado .................... P u l i d o ...................................................... 8.2.3.6 8 .2 .4 E la b o ra c ió n d e p r o d u c to s pan p an if ic a d o s fr es c o s ( p a n ) ................. 8 . 2 . 4 . 1 Objetivo Objetivoss y proc proceso esoss necesa necesari rios os .... XI X I V
348 348
8.2.4.4 8.2.4.5 8.2.4.6 8.2.4.7 8.2.5 8.2.5.1 8.2.5.2 8.2.5.3 8.2.5.4 8.2.5.5 8.2.6 8.2.6.1 8.2.6.2
8 .3
O b t e n c i ó n d e a l m i d ó n ......................
8.3.1 8.3.2 8.3.2.1 8.3.2.2
Generalidades ......................................... Ob tención de almidó n de patata .... .... Consideraciones generales ............... Introducción a la producción de almidón de patata .......................... Fase de obtención del almidón d e p a t a t a ................................................ Obtención Obtención de almidón almidón de m aíz Consideraciones generales ............... Introducción a la producción de almidó almidónn de m aíz ............................. Fase de obtención del almidón de maíz .................................................... Obtención de almidón de trig o Considera Consideraci ciones ones g ene rales ............... Introducción a la producción de almidón de trigo ............................. Fase de obtención de almidón de trigo ....................................................
8.3.2.3 8.3.3 8.3.3.1 8.3.3.2 8.3.3.3
349 3 51 353
8.3.4 8 .3 .4 .1 8.3.4.2
363 8.3.4.3 364 364 364 366
366 367 368 368 368
Proceso completo de la elaboración de pan .................... Fase de preparación de las las materias materias prim as ....................... Fase de preparación de lam lam a s a Fase de amasado ................................... Fase de horneado ................................ Fase de tratamiento p tratamiento p o s t e r io r Producción de pastas alimenticias (espaguetis) ............................................ Ob jetivos y proce sos neces arios .... .... Proceso completo de la elaboración elaboración de espa gue tis Fases de preparación y moldeado de la m asa .............................................. Fase de secado ...................................... Fase de trata tratamiento miento po sterior Elaboración de productos cocidos y extruidos (texturizados) ................ Objetivo y procesos imp licados' Proceso completo de la cocción y e x t r u s i ó n - H T S T ..............................
8 .4
P ro d u c ci ó n de a z ú c a r .......................
8.4.1 8.4.2
Objetivo Objetivo y procesos procesos imp licado s Proceso completo de obtención de azúcar blanco a partir de la remolacha .................................... Etapas de producción (procesos (procesos y equipam ientos) Preparación Preparación de la rem olac ha Obtención del extracto ..................... Purificación del extracto ................. Concentración Concentración del del ju g o ..................... Obtenc ión del azúca r cristalizado ..
8.4.3 8 .4 .3 .1 8.4.3.2 8 .4 .3 .3 8 .4 .3 .4 8.3.4.5
368 368 370 379 38 1 384 384 38 4 385 386 387 389 389 38 9 389 390 390 39 3 393 393 394 397 397 398 398 401 401 401 402 404 404
404 404 404 408 414 416 41 7
8 .5
d e m e s a y d e m a r g a r i n a ..................
S i n o p s i s ................................................... Producción de aceite vegetal (de girasol) refinado .......................... Objetivos y procesos necesarios .... 8.5.2.1 Proceso completo de producción 8.5.2.2 de aceite e hidrogenación de grasas ................................................. Producción Producción de de m arg arina ................. 8.5.3 Objetivo y procesos necesarios ...... 8.5.3.1 ' 8 . 5. 5 . 3 .2 .2 P ro ro c es es o c o m pl p l et et o d e pr p r od od uc uc ci ci ó n de margarina .........................................
8.5.1 8.5.2
8 .6
Pro P ro ce sa d o de fr u ta s y ho rt a liza li za s ...
8.6.1 8.6.2
Sinopsis .................................................. Producción de conservas e s t e r i l i z a d a s........................................... O b je je ti ti vo vo y p ro ro ce c e so so s n ec e c e s ar ar io io s ...... P ro ro c es es o co co m p le le to to d e p ro ro du du cc cc ió ió n de conservas esterilizadas ................ Etapas del proceso (procesos y equipamientos) ............. Producción de conservas congeladas .................... P ro ro du du cc cc i ó n d e z u m os o s d e fru ta s y hortalizas ............................................
8 .6 .6 .2 .2 .1 .1 8 .6 . 6 . 2. 2. 2 8.6.2.3 8.6.3 8 .6 .6 .4 .4
.
8 .7
P r o d u c c i ó n d e d u l c e s .......................
8 .7 .1 8.7.2
S i n o p s i s ................................................... Producción de productos a base de cacao (tabletas de chocolate) .... Objetivo y procesos necesarios ...... Proceso completo .............................. Fase de elaboración de pasta de cacao .................................................. Fase de producción de manteca de cacao y cacao en polvo ............... Fase de producción de pasta d e c h o c o l a t e ......................................... Fase de transformación de la pasta de chocolate en tabletas ..............:.... Elaboración de productos a base de azúcar (caramelos) ........................ Objetivo y procesos necesarios ...... P r o c e d i m i e n t o c o m p l e t o ................. Fase de producción de masa d e c a r a m e l o ........................................... F as as e d e el el ab ab or or ac ac ió ió n de de la la m as as a d e c a r a m e l o ...........................................
8.7.2.1 8.7.2.2 8.7.2.3 8.7.2.4 8.7.2.5 8.7.2.6 8.7.3 8.7.3.1 8.7.3.2 8.7.3.3 8 . 7 .3 .3 . 4
8.8.2.3
P ro d u cc ió n de a ce it e fi n o
8 .8
P r o d u c c ió n de b e b id a s .....................
8.8.1 8.8.2 8.8.2.1 8.8.2.2
S i n o p s i s ................................................... Elaboración de cerveza ..................... Objetivo y procesos necesarios ...... Proceso completo de elaboración de cerveza ..............................................
423 423 424 424
8.8.3 8 . 8 .4 .4 8.8.5 8 .9
424 43 1 43 1 432 436 436 437 437
8.9.1 8 .9 .9 .2 .2 8.9.2.1 8 .9 .9 .2 .2 .2 .2 8.9.2.3 S . 9 .2 .2 . 4
450
8.9.2.5 8 .9 . 9 . 2. 2. 6 8.9.2.7 8.9.2.7 8 .9 .9 .3 .3 8 .9 .9 .3 .3 .1 .1 8 .9 .9 .3 .3 .2 .2 8.9.3.3
452
8.9.3.4
457 457
8.9.4
437 437
45 8 45 8 459 459
8 .9 .9 .4 .4 .1 .1 8 . 9 .4 .4 .2 .2 8.9.4.3 8 .9 .9 .4 .4 .4 .4 8 . 9 .4 .4 . 5
465 468 473 476 476 476 478 480 483 483 484 484 485
8.9.4.6 8.10
8 .1 0 . 1 8.10.2
Fases del procedimiento (procesos v equipamientos) ............. Producción de bebidas refrescantes s i n a l c o h o l ............................................. E la la b o r a c i ó n d e v in o ........................... Produ Producci cción ón de de bebidas bebidas alcohó alcohóli licas cas . P r o d u c c i ó n d e e s t i m ul ul a n t e s po p o rt a d o r e s de a l c a l o i d e s .................
485 495 499 502 504 504
S i n o p s i s ................................................... E la la bo bo ra ra ci ci ó n d e ca ca f é to to st st a d o y molido a partir del café crudo ..... 5 0 6 Objetivo y procesos necesarios ...... 5 0 6 P ro ro ce c e so so co co m pl p l e to to .............................. 5 0 6 Fase de limpieza preliminar del café crudo ....................................... 5 0 6 F a se se d e to to s ta ta c ió ió n , re re lr lr ig ig e ra ra c ió ió n y eliminación de piedras ................... 5 0 6 Fase Fase de de limp limpie ieza za del del caf caféé tostado. tostado... .. 511 F as as e d e m ol ol ie nd nd a de l c a fé fé t os os ta ta do d o .... 5 11 11 Fase Fase de envasad envasadoo del del caf caféé tostado.. tostado.. 5 1 2 E l a b o r a c i ó n d e té n e g ro r o .................... 5 1 2 512 O b je je ti ti vo vo y p ro ro c es es o s n e ce ce s ar ar io io s P ro ro ce ce so so co co m pl p l e to to .............................. 5 1 2 Procesado de hojas tiernas de té pa ra o bt en ci ó n del de l té b r u t o ............. 5 1 2 Procesado del té negro para obtener té de calidad comercial ...... 5 1 6 Procesado de cigarrillos a partir de tabaco crudo .................................... 5 1 7 O b je je ti ti v o y p ro ro ce c e so so s n e ce c e s a ri ri o s...... 5 1 7 P ro ro c e s o c o m p le l e to t o .............................. 5 1 7 Fase de preparación del tabaco c r u d o ........................................................ 5 1 7 F a s e de de m ez ez c l a d o y picado del tabaco ............................. 5 2 0 F as ase d e se se ca ca do do , re re fr fr ig ig er er ac ac ió ió n , extracción de polvo y a r o m a t i z a d o ...................................... 5 2 0 Fase de liado, corte y empaquetado de cigarrillos........... 52 1 Tratamiento y p ro c e sa d o d e le c h e .........................
S i n o p s i s ................................................... Objetivo y procesos necesarios en el tratamiento y procesado de la leche .............................................. ro c e so so s m e c án án ic ic o s ........................... 8.10.2. 1 P ro 8.10.2.2 Procesos térmicos .............................. 8.10.2.3 Proce Procesos sos bioqu ímicos ........................ Proceso completo .............................. 8.10.3 de la leche .... .... 8.10.3. 1 Manejo y transporte de 8.10.3.2 Producción de leche para consumo y bebidas a base de leche ................... 8.10.3.3 Elaboración de productos lácteos acidificados ............................................ 8.10.3.4 Producción de quesos frescos .........
522 52 2
523 523 529 53 1 532 532 533 533 535 X V
8.10 .3.5 8.10 .3.6 8.10.3.7 8.10 .3.8 8.10 .3.9
Producci Producción ón Producci Producción ón Producción Producción Producción Producción Producción
8.11
de quesos quesos m adu ros de queso queso fun did o de mantequilla ............... de nata para consu mo . de leche en p olv o
536 539 540 541 542
Obtención y procesado de carne... 5 4 3
8.11.1 Sinopsis ................................................... 5 4 3 8.11 .2 Objetivo Objetivo y procesos nece sarios 543 8 . 1 1 . 2 . 1 A t u r d i m i e n t o ........................................ 5 4 3 8 . 1 1 . 2 . 2 D e s a n g r a d o ............................................ 5 4 6 8.11.2.3 Desollado y arranque de cerdas ...... 5 4 6 8 . 1 1 . 2 . 4 A s e r r a d o .................................................. 5 4 8 8.1 1.2 .5 Desh uesado, extracción extracción de de carne ... ... 548 8.11.2.6 Tritur Triturado, ado, picado picado y m olid o 549 8.11.2.7 Llenado, Llenado, dos ificación ........................ 55 1 8.11.2.8 Refrigeración, congelación, d e s c o n g e l a c i ó n ..................................... 5 5 2 8.11.2.9 Ahumado, Ahumado, sec ad o ................................ 5 5 6 8.11.2.10 Salazón y productos cárnicos c u r a d o s .................................................... 5 6 0 8 . 1 1 .3 .3 P r o c es es o c o m p l e t o ............................ 56 1 8.11.3.1 Sacrifi Sacrificio cio de ganado po rcin o 561 8.11 .3.2 Sacrifi Sacrificio cio de ganado va cu no 561 8.11.3.3 Despiece de canales ............................ 5 61 8.1 1.3 .4 Producción de embutidos crudos .... .... 564 8.11.3.5 Producción de embutidos e s c a l d a d o s .............................................. 5 6 5 8.1 1.3 .6 P roducción de embutidos cocidos .. 565 8.12
8.12.1 8.1 2.2 8.1 2.2.1 8.12 .2.2 8.12 .2.3 8.12 .2.4 8.12 .2.5 8.12.2.6 8.12.2.7 8.12 .2.8 8.12.2.9 8.12.3 8.12.3.1 8.12.3.2 8.1 2.3 .3 8.13
8.13.1 8.1 3.2
Sinopsis ................................................... Objetivo y procesos necesarios en el proc esam iento del pescad o ... ... Refrigeración previa del pescado ... ... Clasifi Clasificaci cación ón del del pe sca do ................ Destripado Destripado del del pesca do ..................... Lavado del del pescad o ............................ Fileteado Fileteado del pesc ado ........................ Troceado Troceado del del pesca do ....................... Tritur Trituraci ación ón del del pe sc ad o .................. Congelación Congelación del pe sca do .................. Descongel Descongelaci ación ón del del pe sca do Procedim iento com pleto del procesado del pescado ................ Preservación Preservación del pe sca do ................. Conserva Conservass de pesca do ........................ Producción de subproductos de pescado .............................................. P r o d u c ci c i ó n d e b i o m a s a ..................
Sinopsis .................................................. Producción de levadura alimenticia y para piensos ...................................... 8.13.2.2 Procedimiento completo en la producción de levadura alimenticia y para piensos ...............
XV I
9
567 567 56 8 57 0 570 572 572 573 575 577 577 578
587 587 587
9.1
Fundam entos de la racionalización de los procesos
607
9.1.1 9.1.1
Conceptos importantes y métodos de trabajo .......................... Análisis y racionalización del proceso ............................................ Función y estructura de los los sistemas sistemas tecno lógicos Defectos en los los sistemas sistemas tecnológ icos Desarrollo y comparación de vari ante s es tru ct u ra le s...... s........ .... .... .... .... .... .. Modelos de sistemas sistemas tecnológicos tecnológicos y su desarrollo .............................>........ Evolución genérica del diseño de sistemas tecnológicos ................... Desa rrollo rrollo conceptual de las variante variantess proy ectad as Traslado a la producción de la variante objetivo conc ebida ..
9.1.1.1 9.1 .1.2 9.1.1.3 9.1.1 .4 9.1.1.5 9.1 .2 9.1.2.1 9.1 .2.2
9.2.1 9.2.1.1 9.2.1 .2 9 . 2 . 1 .3 .3 9.2.2 9.2.2 .1 9.2.2 .2 9.2 .2.3
9.3
9.3.1 9.3.2 9.3.3
590 9.3.4 597
602 60 5
607
9.2 .2.4 578 579 584
597
R a c i o n a l iz iz a c i ó n d e p r o c e s o s e i n s t a l a c i o n e s ..................................
9.2
Tratamiento y procesado d e l p e s c a d o ...........................................
8.13.2.3 Etapas del procedimiento (procesos y equ ipam ientos) 8.1 3.3 Producción de levadura de panadería ........................................... 8.13 .4 Cultivo Cultivo masivo de algas ...................
9.3.5
M á q u in a s e instalaciones de procesado
Máquinas de procesado ....................... Com etido, etido, función función y es truc tura Modo de traba jo .................................... C o m p o r t a m ie ie n t o f u n c i o n a l Instalaci Instalaciones ones de pro ces ad o Variantes Variantes estructurales de la concatenación ............................ Alm acenamiento en instalaciones instalaciones de procesado .......................................... Criterios Criterios de selección y variantes de estructuras tecnológicas de instalaciones .................................... Estructuras Estructuras básicas lógicas lógicas relativas relativas a la seguridad funcional ..................... Planificación Planificación tecnológica/proyecto de instalaciones de producción d e a l i m e n t o s ..........................................
Estable Establecimie cimiento nto de ob jetivo s Procedimientos y equipam ientos p r i n c ip a l e s ............................................. Estructuración y dimensionam iento técnico de instalaciones .................... Estructuración Estructuración espacial y dimensionado .................................... Representación del proyecto ...........
607 607 610 612 61 6 619 623 623 625 626 626 62 6 63 1 635 637 639 639
644 645
645 645 646 650 653 659
9.3.6 9.3.7
9.3 .8 9.4
9.4.1 9.4.2 9.4.3 9.4.4 9.4 .5 9.5 9.5.1
Almacenam iento de alimentos alimentos a granel ................................................... Medios de racionalización racionalización en el proyecto/planificación t e c n o l ó g i c o ............................................ Seguridad laboral y protección del medio ambiente ............................. Técnicas de seguridad en las industrias alimentarias
F u n d a m e n t o s .......................................... Prevención Prevención de incen dios .................... Prevención Prevención de exp losion es ................ Medidas de protección protección contra otros efectos nocivos ......... Dispositivos de seguridad pa ra in st al ac io n es e s p e c íf ic a s
660
9.5 .2 9.5.3 9.5 .4
660 665 66 5 66 5 668 669 673
9.6
9.6.1 9.6 .2 9.6.3 9.6.4 9.6.5
Detergentes y desinfectantes .......... Procedim ientos e instalaciones de limpieza y desinfección ............... Controles del estado de limpieza y desinfección ......................................
685 687 696
Técnicas de protección medioambiental en las industrias a l i m e n t i c i a s ...........................................
696
Principios de la protección medioambiental .................................... Aguas residuales ..................................... Contaminación Contaminación del ai re ....................... Residuos ................................................... R u i d o .........................................................
69 8 699 706 709 71 1
6 75 Bibliografía
Técnicas de limpieza e higiene en las instalaciones ............................
68 1
Fijación de objetivo s y formación de depósitos de productos ................
68 1
...........................................................
índice alfabético
..................................................
713
733
X V II
1 ---------La tecnología de los alimentos como disciplina científica industrial
1.1
Definiciones funda men tales
La t e c n o l o g í a d e l o s a l i m e n t o s ( « F o o d P r o c e s s E n g i n e e r i n g » e n i n g l é s , «Lebensmitteltechnik» en alemán) es una rama científica del campo de la producción industrial de alimen tos que tiene por objeto el análisis, síntesis y realización industrial de procesos, métodos e instalaciones dirigidos a la producción de alimentos, tomando como base los fundame ntos técnicos de procedimientos y transformaciones, así como los princ ipios tecn oló gi co s y espec ífico s de ca da proce so en particular. Es una parte inte grante de la ingen iería técnica, q ue com prende las bases de la realización de las ciencias naturales y matemáticas, de proc esos y proced imientos industriales en lo referente a su estructuración y puesta en práctica. En términos gen erales, se ocupa de la diferenciación pr og re siva de proce so s es pec íficos de la tecn olog ía de a limentos y de los co no cimientos en creciente desarrollo al respecto, aprovechando a tal fin los conceptos polivalentes relativos a método s y proceso s y aplicándolos a la obtención de técnicas, instalaciones y prod uc tos nue vo s [1.1] [1.2] [1.4] [1.8] [1.9]. Como disciplina cien tífica que es, la tecnología tiene como objetivo principal el aspec to técnico-práctico de los procesos de producción industrial. Su meta es establecer las bases y los métod os más efica ces para el desarrollo práctico de los procesos de prod uc ción, de acuerdo con los principios legales y criterios técnicos, biológicos, económicos y sociales; aplicar los últimos conocimientos científicos a los sistemas de producción, y mantener el desarrollo de estos últimos en el mayor nivel científico y de calidad y con la máxim a economía, respetand o a la vez los principios ergonómicos, ecológicos y de segu ri dad industrial [1.4] [1.5]. La tecnología de procesos es una rama científica que se ocupa de los métodos tecno lógicos de análisis, síntesis y realización industrial de los procesos de elaboración de sustancias, sin conce der impo rtancia primaria a la especificidad de las sustancias y pro ductos ni a la definición de mod elos macrog eom étricos. La manipulación de sustancias comprende las variaciones físicas, químicas y bioló gicas de los sistemas materiales [1.4] [1.5] [1.10]. La tecnología de la transformación es una rama cien tífica que se ocupa del análisis, síntesis y realización industrial de los diversos procesos modificadores, así como de todos los procesos de ubicación y depósito de sustancias macrogeo métricame nte confo r 1
2
Fundamentos de tecnología de los alimentos
madas, sin conce der impo rtancia primaria a la especificidad de las sustancias y produ c tos ni a los procesos transformado res. La tecnolog ía de la transform ación se ha desarrollado históricamente en paralelo con la tecnología de los procesos. Ambas disciplinas se aproximan de manera creciente en sus respectivas me todologías, po r lo que se enriquece n mutuamen te. Todos los procesos de producción de alimentos comprenden elementos de las tecno logías de los procesos y de las transformaciones [1.4] [1.5] [1.7] [1.11]. El de alimento es un concepto más amplio que los de sustancia alime nticia y artículo comestible. C omp rende todas las sustancias que, en estado crudo, preparadas o transfo r madas, son comidas, beb idas o tomadas por el organismo humano de alguna otra manera para sa tisfac er las ne ce sida de s de nutrición o pa ra su estim ulac ión. Las su stan cias alim en ticias son alimentos necesarios para el crecimiento, manteni miento y correcta actividad funcional del organismo humano. Son com ponentes ese ncia les de los productos tanto de origen animal como vegetal los principios inmediatos (pro teínas, grasas, hidratos de carbono), sales minerales, elementos vestigiales, vitaminas, sustancias de lastre, pigmentos y sustancias responsables de aroma y sabor. Los estimulantes son sustancias en su mayoría de origen vegetal (plantas comesti bles) o afines a los alim en tos. Su valor alim en tic io es de im portan cia m ínim a o in exis tente. Actúan sobre la actividad nerviosa de forma inmediata o transcurrido cierto tiem po, gen eran do un a sens ac ión placen tera. Entre estos artíc ulos estim ulan tes se incluy en , v.gr., café, té, betel, cola, mate, tabaco y bebidas alcohólicas [1.6].
1.2 1.2.1
Objetivos y particularidades de la producción de alimentos Ob jetivos principales de la produ cción de alimentos
El objetivo principal de la producción de alimentos consiste en cubrir cuantitativa, cualitativamente y en todo momento, mediante una actividad productiva adecuada, las necesidades de la población en sustancias alimenticias y artículos de consumo. Las necesidades varían de acuerdo con los diversos grupos de consumidores, calcu lándose en términos cuantitativos y cualitativos. La expresión de las necesidad es se ve influida por diversos factores, com o deseo de una alimentación sana, desarrollo de trabajo, nutrición en tiempo libre, precio de los produ ctos alim en tic ios, etc. En la transformación de materias primas animales y vegetales en alimentos revisten impo rtancia los objetivos gen erales menciona dos en la Tabla 1.1, de acuerdo con el tipo y características de la materia prima y del produ cto final a obtener.
1.2.2
Particularidad es de la produc ción de alimentos
Las materias primas destinadas a la producción de alimentos son, en su gran mayo ría, de origen animal o vegetal. Como sustancias biológicam ente activas, están sujetas a
La te cn o lo gía de lo s ali m en to s
3
Tabla 1.1 Fi na li da de s y ejem pl os de tran sfo rm ac ión de m at eri as pr im as an im al es y vege tale s en al im en tos [1.7].
Finalidad
Ejemplos de procesos básicos utilizados
Aumento de la capacidad de conservación
Desecación, enfriado, gaseado, esterilización, acidificación, ahumado
Eliminación de suciedad y de porciones o sustancias inadecuadas o nocivas para la nutrición
Lavado, cribado, pelado, eliminación de piedras o huesos, filtrado, tostado, precipitación, extracción
Fragmentación en trozos o partículas del tamaño deseado
Corte, rotura, molido, triturado
Concentración de sustancias especialmente valiosas para la alimentación humana
Extracción, cristalización, destilación, ultrafiltración, osmosis inversa, evaporación, desecación, compresión, filtración
Eliminación de sustancias para aumentar la digestibilidad
Cocción, asado, horneado, avahado, ahumado en caliente, esponjado, salazón, acidificación, fragmentado, plastificado, fermentación
Transformación de la estructura para m od ificar la co nsist encia
Amasado, emulsión, dispersión, gelificación (coagulación, densificación), compactación, cristalización, espumado, disgregación, imbibición
Fraccionado de productos naturales complejos en componen tes con diversos contenidos y propiedades
Centrifugar, cribar, tamizar, cortar, prensar, clasificar
Combinación de diversos componentes de materias primas naturales o semielaboradas para obtener productos nuevos
Mezclar, amasar, inyectar, estratificar, emulsionar, suspender, rellenar, espolvorear
Transformación de sustancias mediante proce sos quím icos, bi oq uím ic os y biológicos para obtener sustancias y propiedades nuevas
Rea ccio ne s bioquím ica s: fermentación, acidificación, ob ten ción de arom as, madu ración Pro ces os biológi cos: producción de biomasas, enmohecimiento Pr oceso s quím ico s: reacciones hidrotérmicas de desdoblamiento, reacción de Maillard
Enriquecimiento en componentes deficitarios para au men tar el va lo r n ut rit ivo del prod uc to
Vitaminización, adición de sales minerales, adición de ácidos grasos y aminoácid os esenciales, adición de proteínas de alto valor biológico, adición de fermentos, adición de sustan cias de lastre
Aumento de las propiedades sensoriales de los produc tos (valor organoléptico)
Aromatización, envasado protector del aroma, tostado, ahumado, coloreado, adornado, moldeado, templado, modificación de la consistencia, influencia sobre la textura
Obtener productos «instantáneos» para alcanzar cortos tiempos de preparación
Tratamiento hidrotérmico, aglomeración, emulsión
Conformar piezas concretas con fines decorativos o tecnológicos
Moldear, troquelar, enrollar, laminar, filamen tar a presión
Preparar formas de presentación adecuadas pa ra la ve nta
Dosificar, seccionar, tabletear, rellenar, envasar, etiquetar. cerrar
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Fundamentos de tecnología de los alimentos
una intensa interacción con el medio ambiente. Por ello, es necesario tener en cuenta los siguientes extremos: -
-
-
-
-
-
Las características de calidad y preparación varían mucho. Estas sustancias suelen contar con escasa capacidad de conservación y pierden cali dad con rapidez. Son por lo general de compo sición extrem adam ente com pleja, lo cual impon e deter minados lím ites en su transformación en lo referente a temp eratura, presión y m ani pu lacione s mecán ica s. Las materias primas, productos intermedios y productos terminados se alteran con rapidez, por lo que exigen un efectivo y fiable control de calidad y el cálculo de la pro du cc ión de ac ue rdo con las ca ntid ad es y ca lid ad es de las mater ias prim as que intervienen, todo ello para ev itar pérdidas y obtener artículos de a lta calidad. Los complejos microprocesos físicos, químicos, bioquímicos, microbiológicos, bio lógicos y físico-químicos que discurren durante el almacenado y el tratamiento tec nológico, pese a los esfuerzos realizados a nivel mundial, todavía se hallan insufi cientemen te investigados y formulados matemáticamente. En la produ cción de alimentos, los productos terminados han de reun ir elevados re quisitos higiénicos y organolépticos. Adem ás de exhibir una alta calidad, los produ c tos alimenticios deben estar exentos de sustancias nocivas para la salud. Esto obliga a dictar especificacion es especiales para los establecimientos y los procesos tec noló gicos correspondientes. La estrecha relación existente entre la calidad de los productos terminado s y la cali dad de las materias primas requiere conservar al máximo la actividad biológica de estas últimas. Por esto y por la especial estructura de las materias primas, es fre cuen te tener que desa rrollar complicados p rocesos tecnológicos. La disponibilidad, limitada en el tiempo, de materias primas y las necesidades de alimentos relativam ente un iformes a lo largo de todo el año, exige cuand o se trabaja con materias primas fácilmente alterables que los productos intermedios y los ya terminados dispongan de adecuados sistemas de conservación y almacenado.
1.3
Estructurac ión jerárquica del proceso de producción
Para el análisis y síntesis de un procedimiento tecnológico, deben distinguirse las si guientes consideraciones cualitativas: el proc ed imiento compren de todas las etapas y uni dades procesales que son necesarias, convenientemente organizadas, para obtener un p ro ducto terminado. Aquí quedan comprendidas las etapas del procesado a que se somete la materia prima, la transformación de ésta y la preparación final de la misma. Las etapas del procedimiento, como parte integrante de éste, constituyen una agrega ción de unidade s procesales, que sirven para la realización de ciertos pasos parciales rela tivamente independientes, con vistas a la óptima transformación de la materia prima. La unidad procesal es la base tecnológica fundamental de una etapa del procedi miento o de un proceso en el cual discurre el macrop roceso tecn ológico. Los límites de la unidad p rocesal corresp onden a la cobertura operativa, es decir, al aparato o la máquina
La tecnolog ía de los alime nto s
5
en que tiene lugar el proceso. La unidad procesal caracteriza a la vez a la unidad de tecnolog ía y construc ción, ya que es en la unidad procesal donde tiene el macro proceso tecnológico su estructura material. El pro ce so parcia l comprende los límites de la unidad procesal determinados geométricamente con suficiente exactitud y los desarrollos de diversos mecanismos aquí actuantes, con lo cual la unidad de tecnología y construcción se convierte en punto de consideración. El elemento de volumen es el plano o nivel a con siderar en el sistema m aterial, que cojista de dimen siones m uy pequeñas, pero limitadas. A quí se suele considera r de forma combinada la acción de los aspectos físico-químico y biológico del proceso, v.gr. el transporte simultáneo de m ateria y energía, presentándose ya en el elemen to de volumen fuertes gradientes de ma gnitudes proc esales de distinta intensidad. El pr oc es o elem en ta l comprende los microprocesos de naturaleza física, química o biológica qu e discu rren librem en te po r efecto de almac en am ientos ex ces ivam en te pro longados. El proceso elemental se describe exclusivamente de acuerdo con los princi pios de los co no cim iento s naturales, po r lo que co ns tituye la ba se científica natural del análisis y síntesis del proceso [1.3] [1.10].
1.4
Los principios tecno lógicos y su empleo en la tecnología de los alimentos
La puesta en práctica de los principios tecnológicos básicos sólo es posible toman do en consideración las leyes físicas, químicas y biológicas fundamentales, así como las importantes directrices econ ómic as y cibernéticas. Mientras que en las llamadas ciencias exactas sólo una solución es la correcta por lo general, la solución de los problemas tecnológicos (que operan con un amplio sistema de principios de ciencias fundamentales lim itados en el esp acio y en el tiemp o por imposición de las condiciones concretas imperantes) no siempre supone llegar a resultados únicos. Los requisitos a cumplir, basados en diversas directrices físicas, químicas o biológicas, pueden esta re n contradicción con las necesid ades más c on venientes [1.1]. Al proyectar un proc eso industrial, el objetivo final es crear un conjunto de circu ns tancias técnicas y económicas óptimas de procesos tecnológicos. Esta meta puede alcanzarse de diversas maneras, de acuerdo con las clases de máquinas y aparatos exis tentes en el establecim iento, la mano de obra disponible y su cualificación , las materias prim as nec es arias, los siste mas de ab as tecimiento de agua, la en ergía dispo nible, las cond iciones clim áticas y otros factores. Los índices generales que permiten valorar la idoneidad de una línea de trabajo son el gasto conc reto por unidad de produc to (dadas unas características mínimas de calidad de éste), la existen cia de contaminac iones no civas procedentes del medio a mb iente y el cumplimiento de las normas de protección laboral. Como consecuencia de las prescrip ciones en parte contradictorias, resulta difícil la elección de un método tecnológico óp timo, por lo que es preciso tomar en consideración y comparar entre sí gran número de po sibles va riab les.
6
Fundamentos de tecnología de los alimentos
Principio del mayor aprovechamiento posible de las materias primas
En la producción de alimentos, los costes de las materias primas constituyen una im po rta nte fracción (50-95 %) de los costes totales. Po r ello, el m áximo apro vech am iento de dichas materias primas es medida muy principal para reducir el costo de producción. Principio del acortamiento de la duración del proceso
La intensificación del proceso industrial (incremento de la velocidad de procesado) se alcanza aumentando las diferencias de potencial (temperatura, presión, concentra ción, etc.), los coeficientes cinéticos (constantes) y la superficie de contacto de las fases en mutuo intercambio. La velocidad de cualquier proceso de transformación o segregación es directamente proporcional a la fue rza motriz e inversamente proporcional a la resistencia. La fuerza m o triz es en este caso el factor que desvía el sistema considerad o desde el estado de equilibrio. Principio del aprovechamiento máximo de la energía
En la industria alime ntaria hacen falta grandes cantidades de energía para la realiza ción de los procesos técnicos y también para las operaciones de transporte y activida des aux iliares. La eficiencia del aprovecham iento de la energía requerida para un proceso tecnoló gi co se valora mediante un balance energético basado en la ley de la conservación de la masa y la energía. Principio del aprovechamiento óptimo de las instalaciones
La esencia de este principio consiste en alcanzar cotas máximas de producción a partir de determ in ad o vo lumen o su pe rficie de un a máq uina o aparato, que ocupa n un a cierta longitud o superficie de la nave de producción. Este principio aspira a disminuir los costos específicos, ya que los gastos permanentes de edificaciones e instalaciones no se modifican, y a aumentar las cantidades prod ucidas. Principio de la mejora de las materias primas y de la calidad de los productos
La máxim a mejora de una materia prima y de la calidad de los produc tos terminad os pe rm ite par tir de m ater ias prim as ba ratas y fá cilm en te aseq uibles pa ra elab ora r ar tícu los de alta calidad, que alcanzan altos precios en el mercado mundial. Este principio sirve para aprovechar al máximo el potencial de la materia prima, ahorrar la importa ción de productos de elevado precio y permitir la producción de artículos de alto valor culinario y de consumo. Aquí se incluye también la producción de biomasa a partir de pro du ctos re siduales baratos pa ra la elab or ac ión de artíc ulos de alto valor proteico . Principio del ciclo cerrado de las materias primas
M ediante el principio del ciclo cerrado de las materias primas en la industria alimen taria, en particular en cooperac ión con la agricultura, se evita en buen a med ida la con ta minación del medio am biente, además de aprovecharse amp liamente todos los residuos.
La tec nología de los alime nto s
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Principio de la producción media uniforme, independientemente de la disponibilidad estacional de materias primas y de las necesidades de alimentos
Como consec uencia de la disponibilidad de materia prima durante cortos períodos de tiempo (resu ltado a su vez de la breved ad de las épocas de cosecha), de la escasa cap a cidad de conservación de las materias primas y de las necesidades med ias relativamente constantes de prod uctos alimenticios, tiene lugar un desajuste entre las disponibilidades de materias primas, la capacidad de transformación de las mismas y las necesidades alimenticias. El principio de la producción media uniforme ase gura la total transform a ción de las materias primas con una capacidad de producción ad ecuad a y un aprovech a miento uniform eme nte elevado de las instalaciones. La puesta en práctica del principio requiere el depósito transitorio en «circuitos amortiguadores» antes y después de la p ro d u c c ió n , a sí co m o la c o n s e rv a c ió n in te rm e d ia (v .g r., co m o p ro d u c to s semielaborados) o la conservación de los artículos terminados, con objeto de asegurar un almacenamiento prolongado y con escasas mermas. Principio de la ubicación y dimensiones óptimas del establecimiento
De las dimension es del establecimiento dependen los métodos de producción a utili zar, la capacidad de producción y el grado de mecanización y automatización de ésta. Las unidades grandes de producción pueden rendir más eficientemente. C on una crecien te concentración de la producción se alargan, en camb io, los trayectos a recorrer por las materias primas hasta el establecimiento, así como los trayectos a seguir por los prod uc tos terminados h asta su entrega, lo que eleva los gastos y las pérdidas por transp orte en concepto de daño s, alteraciones o mermas de la calidad. Por esto, las dimens iones ó pti mas de un establecimiento dependen tanto de los tipos de materias primas y productos obtenido s, del nivel tecnoló gico de la prod ucció n y de la densid ad de población, co mo de la capacidad de ab astecimiento y otras condiciones co ncretas de la localidad. Principio de la especialización y cooperación
El complejo abastecimiento de la población con alimentos, requiere una amplia va riedad de presentaciones dentro de cada grupo de productos. En las líneas de produc ción de flujo continuo tiene lugar, sin embargo, el cambio frecuente de las instalacio nes, lo que imp lica la existenc ia de períodos de tiempo improd uctivos. L a especialización de determinados establecimientos en una pequeña línea de productos, permite una pro ducción masiva y en serie en buenos términos económicos. Principio de la producción masiva automatizada
La seguridad de un a calidad u niforme en los productos, el eficaz aprovech amiento de las instalaciones y a ser posible una producción al máximo con tres turnos, se logran con máxima efectividad controlando y gobernando autom áticamente los procesos indu s triales. La utilización aquí de medios microelectrónicos proporciona una alta precisión y una segura automatización de las instalaciones y procesos más complejos. El empleo de robots industriales, especialmen te para las operaciones de transporte, alma cenam ien
8
Fundamentos de tecnología de los alimentos
to y transbordos, libera a los operarios encargados de estas actividades de todo trabajo corporal monótono y pesado. Principio de las variaciones óptimas
Este principio pretende, al programar instalaciones y métodos de trabajo la integra ción óptima de las diversas operaciones en lo referente a continuidad, procesos físicos, químicos y bioquímicos, régimen tecnológico, parámetros constructivos, calidad de los prod uctos , re ducc ión de pé rdidas, así com o de otras varia bles. Los requisitos, en parte contradictorios, de algunas especificaciones referentes a la pro du cc ión sólo pu ed en co m pa ginarse reso lviend o de la m ejor m an er a posible los p ará metros más importantes, merced a considerar sus valores máximos y mínimos como circunstancias obviables. El proceso principal de producción se modificará de acuerdo con las condiciones concretas imperantes, lo que normalmente redun dará en una reduc ción de los gastos comerciales inherentes al resultado buscado. Sin embargo, en la in dustria alimentaria resulta socialmente más importante otro parámetro principal de la produ cción: ase gurar ab so lutam en te y en todo mom en to el ab as tecimiento de la pobla ción en cantidad y en variedad con prod uctos alimenticios básicos.
Materias primas
Casi todas las materias primas destinadas a la producción de alimentos proceden de li naturaleza viva. Suelen ser plantas y animales explotados por el hombre que, merced i orocesos de selección y cría, cuentan con características especiales y con una elevada rroporción de partes adecuadas para la nutrición humana. Com o sustancias biológicas que son, están sometidas durante su crecimiento, recolección, almacenamiento y procesado a las influencias ambientales. Esto hace que sus propiedades, componentes y características de calidad fluctúen en el transcurso del tiempo. Además de su género y variedad, ejercen notable influen cia sobre la calidad de las materias prim as agrícolas los factores geográficos, atmosféricos y climáticos. Por esto, sólo pueden expresarse valores raedios para determinados componentes y características. En muchos casos, para design ar La calidad de las materias primas es conveniente expresa r el país de origen o la región de cultivo, así como el año en que tuvo lugar éste. Lo mismo puede ex tenderse a las condiciones de alimentación y manejo de los animales de abasto.
2.1
Cereales
2.1.1
Cara cterísticas generales
Los cereales son las plantas superiores más importantes para la alimentación del hombre. B otánicam ente, los cereales pertenecen a las gramíneas. L as especies de cerea les más importantes para la producción de alimentos humanos y piensos para el ganado en Europa son el trigo, centeno, cebada y avena. En América, Asia y Africa, la mayor importancia corresponde, junto al trigo, al arroz y maíz. En algunas regiones cobran importancia el mijo y el sorgo. Los cereales poseen una alta concentración de nu trientes, son fácilmente transportables y, en virtud de su bajo contenido de humedad (1215%), toleran almacenamientos prolongados. Los alimentos fabricados a base de cereales se consumen principalmente en forma de pan, pasteles, tortas, pastas y purés.
2.1.2
Estructura, com pon entes y partes aprove chables
Los granos de cereales constan de la envoltura de fruto y semillas, el endospermo (tejido nutricio, compuesto por aleurona = capa proteica; aceite y féculas = proteína y
10
Funda m en to s de te cn olo gía de lo s a li m ento s
almidón) y el embrión. Los granos de algunas especies están rodeados de glum as. La Figura 2.1 muestra la estructura de diversas especies de cereales. La proporción de los diversos com ponen tes m orfológicos, referida al peso total, varía en las distintas especies y variedades (Tabla 2.1). La fracción de cuerpos harinosos varía entre los diversos cereales hasta en un 8% (trigo), por lo que también oscilan los respectivos rendimientos en la molienda. El conten ido de los demás co mponentes químicos principales varía también dentro de amp lios márgenes (Tabla 2.2). Asimismo, el porcentaje de los componentes en las diversas partes morfológicas está sujeta a grandes oscilaciones (Tabla 2.3); a este respecto, los componentes de la harina dependen mucho del grado de molturación aplicado. Los componentes digestibles para el hombre se encuentran principalmente en el endospermo. Las envolturas contienen la fracción principal á t fibra bruta indigestible, la cual, sin embargo, es de gran importancia en la fisiología de la nutrición como sustancia de lastre. Envolturas y embrión con tienen el 28% de la proteína total y el 50% de la grasa total. Esta última ve disminuida su proporción en las harinas sometidas a una molienda muy intensa, al formarse productos de oxidación con el oxígeno atmosférico, reduciéndose considerablemente la capacidad de almacenamiento de las harinas. Esto hace necesaria la separación de las envolturas y embriones en la producción de triturados, sémolas y harinas. La fracción harinosa del endospermo se distingue notablemente de los demás componentes del grano en lo referente a contenido de sales minerales, diferenc ia que se tom a como base para tipificar las harinas de acuerdo con su contenido de cenizas. En teoría, v.gr., a partir del trigo, podría obtenerse, correspondiendo a la fracción de endospermo, un 82,5% de harina con una proporción de cenizas del 0,350,50%. En la práctica se obtiene como máximo un rendimiento total del 78%, con un contenido medio de cenizas del 0,750,90%. 2.1.3
Propied ades físico-químicas
Para dimensionar los procesos tecnológicos y valorar los diversos cereales, resultan de importancia una serie de características. En la Tabla 2.4 se exponen las características geométricas de longitud, anchura, espesor, volumen, s uperficie, esfericidad y relación volum en/superficie de los granos de distintos cereales. El tamaño y la uniformidad de los granos de los cereales revisten importancia para el tratamiento industrial. Cuanto m ayor sea el grano, más grande será el correspond iente endospermo y más alto será el rendimiento en harina. La uniformidad desempeña un papel de im portan cia a la ho ra de graduar las máquinas y aparatos encargad os de la limpieza y molido. ► Figura 2.1 Es truc tura ana tó mic a de distin to s gé ne ro s de cer eales . a) Trigo; b) Centeno; c) Maíz; d) Arroz; e) Cebada; f) Avena. 1 Barbas; 2 Cutícula; 3 Células longitudinale s; 4 Célula s transversales; 5 Células tubulares; 6 Cubierta seminal con capa pigmentada; 7 Tejido germinal; 8 Capa de aleurona; 9 Cuerpo harinoso; 10 Células llenas de almidón; 11 Embrión; 12 Cubierta seminal (episperma); 13 Membrana intermedia; 14 Cuerpos córneos; 15 Gluma florífera; 16 Células intermedias; 17 Gluma.
M a te ria s prim a s
11
12
F undam ento s d e te cn olo gía de los a lim en to s
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13
Tabla 2.2 Contenido de los principales componentes químicos en diversas clases de cereales (en % del extracto seco) [2.2], Clase de cereal
Proteína
Trigo Centeno Cebada Avena Arroz Mijo Sorgo Maíz
10,0 8 ,0 1 0 ,5 14,0 7 ,0 1 0 ,0 1 0 ,0 9,0
25,0 16,0 14,5 16,0 10,0 15,0 14,0 13,0
Almidón 6 0,0 65,0 68,0 40,0 65,0 58,0 70,0 68,0
Fibra bruta
7 5,0 70,0 78,0 50,0 75,0 65,0 80,0 76,0
2,0 1.8 4,5 11,5 9,5 10,0 1,5 2,5
Lípidos
3,0 2,7 7,2 14,0 12,5 11,0 2,8 3,0
2,0 1,8 1,9 4,5 1,5 1,9 2,7 5,0
2.5 2,2 2,6 5.8 2,5 2,3 3,7 6,0
Sales minerales 1.5 1.7 2.7 4 .0 4.5 3,7 1,5 1,4
2. 2 2.2 3.1 5.7 6.8 4. 5 1.8 1,8
Tabla 2.3 Distrib ución de los c om ponentes más im portantes del grano de trigo en las p rinc ipales p orciones morfológicas de éste (en %) [2.2] [2.3]. Componente
Endospermo
Envolturas
Embrión
82,5 72,0 100,0 8,0 50,0 32,0 42,0 32,0 12,0 6,0 3,0
15,0 20,0 0,0 88,0 30,0 54,0 50,0 42,0 86,0 73,0 33,0
2,5 8,0 0,0 4,0 20,0 14,0 8,0 26,0 2,0 21,0 64,0
Proporción m edia en el grano Proteína Almidón Fibra bruta Lípidos Sales minerales Acido pan toténico Riboflavina Niacina Piridoxina Tiamina
Tabla 2.4 Características geométricas de distintas clases de cereales [2.2], Clase
Trigo Centeno Cebada Avena Arroz Maíz Mijo Sorgo
Longitud 1
Anchura b
Espesor d
Volumen V
mm
mm
mm
mm3
4 ,2 5 ,0 7 ,0 8,0 5 ,0 5 ,5 1 ,8 2,6
8 ,6 10,0 14,6 16,6 12,0 13,5 3,2 5,8
1 ,6 1 ,4 2 ,0 1,4 2 ,5 5 ,0 1 ,2 2 ,4
4,0 3,6 5,0 4,0 4,3 11,5 3,0 5,6
1,5 1,2 1,4 1,2 1,2 2 ,5 1 ,0 2 ,0
3,8 3,5 4,5 3,6 2,8 8,0 2, 2 5,0
19 10 20 19 12 140 5 50
Superficie A g
E sfe ric id ad V
R elació n V/A(; mm
0 ,8 2 0,8 5 0 ,4 5 0 ,7 5 0,80 0,72 0,84 0 ,5 5 0 ,8 0 0,90 0,95
0 ,4 9 0 ,2 8 0,45 0,36 0,35 0 ,7 0 0,50 0,75
mm 2
42 30 40 36 35 260 6 85
40 30 35 30 30 80 10 60
75 45 60 65 55 145 8 95
y = A J A q , Ak super ficie de una esfera con el mism o volumen que el grano de cereal.
0,6 4 0 ,4 2 0,65 0,54 0,60 0,9 0 0,80 0,85
14
F undam en to s d e te cn olo gía de lo s a lim en to s
En el trigo, centeno, cebada y arroz se valora la vidriosidad de los granos. Cuanto más marcada es ésta, m ejor es el comportamiento tecnológico de los cereales correspon dientes en la molienda. Los granos vidriosos y los farináceos exigen una tecnología diferente en todos los procesos. En molinería se distinguen los siguientes grupos de trigos:
escasamente vidriosos: < 40% de vidriosidad media: 4060% muy vidriosos: > 60%
El pes o de 1.000 g rano s es mayor en los cereales valiosos que en los de menor valor económico. Con el peso de los 1.000 granos aumen tan el tamaño de éstos, la vidriosidad y el contenido de endosp ermo (Tabla 2.5). Las pro piedade s ae rodiná micas de los granos de cereales son importantes para el transporte de éstos en corriente de aire. La resistencia Fwque ofrecen los granos en la corriente de aire puede calcularse con la fórmula siguiente: Fw = 0,124 K a (vl-
vg)2
(2.1)
En la Tabla 2.6 se presentan los coeficientes de resistencia de diversas clases de cereales. Las pro pied ade s term ofísicas depend en del contenido de humedad del cereal.
Tabla 2.5 Peso de 1.000 granos de div ersos cer eales [2.1J. Clase de cereal
Peso de 1.000 granos g
Trigo Centeno Cebada Avena Maíz Arroz Mijo
12 10 20 15 50 15 3
75 45 55 45 1.100 43 8
Tabla 2.6 Coeficientes de resistencia de diversas clase de cereales [2.1]. Clase de cereal
vL m/s
K a
kg/m Trigo Cebada Maíz Avena Mijo
0,084 0,191 0,162 0,169 0,045
0,265 0,272 0,236 0,300 0,073
8,9 8,4 12,5 8.1 6,7
11.5 10,8 14,0 9.1 8,8
M ate ri as prim as
15
La capacidad calorífica específica C del trigo es: C = C q+ mXG + k f
(2.2)
Aquí, para 20 < t < 60°C y 4 < XG< 24% humedad, k = 0,352 y n = 2 para 4 0 < t < 20°C y 4 < XG< 24% h umedad, k = 1,17 + 0,57 Xc, n = 1 La conductividad calorífica a tiene el siguiente valor: lg a = b + gt + htXG
2.1.4
(2.3)
Espe cies y variedades
Las especies y variedades de cereales son extraordinariamente diversas. De la especie y variedad dependen también las características del tratamiento industrial de los granos, el método de elaboración a seguir con ellos y la idoneidad para elaborar determinados productos. Del trigo se conocen unas 20 especies. Son especies importantes, v.gr., el trigo duro (Triticum durum ) y el trigo áspero (Triticum turidum)\ son variedades, v.gr., el trigo de invierno, el trigo de verano. Son características distintivas, v.gr., el color de la cáscara (envoltura), las glumas, el número de granos y la morfología del eje de la espiga. Tomando esto como referencia, se cultiva un gran número de variedades. Se conocen 14 especies de centeno, cultivándose sólo una de ellas (Secale cereale L.). También se conocen unas 30 especies de cebada, de las cuales sólo una (Hordenm vulgare L.) se cultiva, contando con tres subespecies. Se distinguen la de varias filas de granos, con dos filas de granos y las de una a tres filas de granos. En el caso de la avena se conocen 16 especies, de las cuales únicamente la Avena sativa L. tiene importancia. Todas las variedades de maíz (Zea L.) proceden de la especie Zea mays L. De ella se conocen ocho subespecies.
2.1.5
Cond iciones de almacenam iento
Los cereales pueden almacenarse durante varios años, siempre que su contenido de humedad esté por debajo del 13%, la temperatura ambiente no alcance los 14°C y la hum edad relativa am biental sea inferior al 60%. Para proteger a los cereales de pará sitos, es necesario limpiar y gasear los silos de depósito antes de llenarlos. Los cereales húmedos deben secarse antes de su almacenamiento. Hasta alcanzar el deseado grado de humedad, pueden conservarse en ambiente refrigerado. Cuando las condiciones de depósito son inadecuada s, se producen alteraciones y elevadas pérdidas por autocalen tamiento, acción enzimàtica, infestación por parásitos e infecciones por microorganismos. Los granos pierden su capacidad germinativa cuando los cereales se almacenan
16
F un dam ent os d e te cn olo gía de lo s a lim en to s
en recintos sin ventilación. La respiración anaerobia así generada maia los embriones por la acción del alcohol etílico producido.
2.2
Legumbres
2.2.1
Ca racterísticas generales
Las legumbres son las semillas de las plantas papilionáceas (orden Leguminosae), las fuentes vegetales más imp ortantes para la alimentación human a en unión de los cereales,. Las especies más destacadas son: las alubias (Phaseolus vulgañs). guisantes (Pisum sativum) y lentejas (Leus culinaris). En Asia y América, la legumbre más im portante es la soja (Glycine max), que en Asia es la fuente más destacada de grasa y proteína. También el cacahuete (Arachis hypogaea L.), originario de Sudamérica, pertenece botánicam ente a las leguminosas y constituye en las regiones subtropicales uno de los cultivos más significativos para la obtención de grasas y proteínas. Las legum bres tienen un alto valor nu tritiv o, destacando su elevado contenido proteico. Sin em bargo, la proteína de las leguminosas no es del todo biológicam ente valiosa, al faltar en ella algunos aminoácidos esenciales. Sólo las semillas de soja cuentan con todos los aminoácidos esenciales, por lo que pueden sustituir por entero a la protema animal. Las legumbres se consumen principalmente en forma de papilla, puré y menestra. Las semillas de soja se destinan sobre todo a la obtención de aceite y grasa: la fracción desengrasada se utiliza en la imitación de alimentos y concentrados proteicos y en la elaboración de harinas especiales.
2.2.2
Estructura, com pone ntes y partes aprovech ables
Las semillas de las legumbres (Fig. 2.2) constan de dos grandes hojitas embrionarias (cotiledones), que constituyen la parte principal en peso, el embrión (cotiledones con tallito y radícula) y la env oltura celulo sa y dura de la semilla. En la Tabla 2.7 se exponen las fracciones de los componentes de diversas semillas leguminosas. Las legumbres carecen de endospermo. Las sustancias de reserva se acumulan en los cotiledones. En virtud de su sólida envoltura, las semillas ovales, esferoidales, lenticulares o cilindricas cuentan con una superficie lisa. El contenido de las principales sustancias
Figu ra 2.2 Estructur a anatóm ica de la sem illa de una legumbre (alubia) [2.1], a) Semilla con envoltura; b) Semilla sin envoltura; c) Cotiledón aislado. 1E mbrión; 2 Radícula; 3 Co tiledón; 4 Yema.
M ate ria s pri m as
17
Tabla 2.7 Prop orc ión de los componentes morfológ ico s de div ersa s legum bre s [2.1].
Legumbres Guisante Alubia Lenteja Soja
Envoltura seminal 6,4 6,7 7,0 6,0
11,0 10,0 10,0 8,0
Cotiledones
Embrión
87,6 87,9 87,2 87,3
1,1 1,3 1.6 1,8
92,5 92,0 91,4 92,1
1,4 2,1 2.8 2,2
Tabla 2.8 Contenido de los principales componentes químicos en diversas especies de legumbres [2.1], Legumbres
Guisantes Alubias Lentejas Soja Arvejas verano Altramuces am arillos Judías forrajeras
Proteína VM
Límites
27,8 24,3 30,4 39,0 33,7 41,3 29,2
20,4 17,0 21,3 27,0 22,3 37,0 26,5
Almidón VM 35,7 32,1 36,0 50,0 37,8 46,0 31,2
48,7 47,6 48,4 4,0 41,0 17.8 42,4
Límites 44,3 45,4 46,1 2,1 38,4 13,8 39,4
54,2 52,6 52,2 9,0 49,5 21,4 44,0
Tabla 2.8 (Continuación). Legumbres
Guisantes Alubias Lentejas Soja Arvejas verano Altramuces am arillos Judías forrajeras
Azúcar VM 4,8 5,9 2,9 5,9 3,8 4,3 3,1
Límites 3,2 5,3 2,6 3,4 1,8 2,9 2,4
6,2 6,3 3,1 15,7 5,4 6,5 4,8
Celulosa VM
Límites
5,7 4,9 3,9 5,0 5,6 14,1 9,4
4,2 3,8 3,2 2,9 4,3 12,4 7,4
6,7 5,7 5,2 6,3 7,8 17,5 12,3
Grasa VM 1,4 1,8 1,3 20,0 2,0 4,6 1,6
Límites 0,8 1,2 1,0 13,0 1,4 2,4 0,8"
Tabla 2.8 (Continuación). Legumbres
Guisantes Alubias Lentejas Soja Arvejas verano Altramuces am arillos Judías forrajeras VM = valor medio.
Minerales VM 3,2 4,2 3,1 6,0 3,2 3,8 3,4
Límites 2,3 3,6 2,6 4,5 2,3 2,7 2,8
3,3 4,9 3,6 6,8 5,6 6,4 4,2
Otras sustancias (valor medio) 9,7 13,0 11,2 22,5 11,6 15,6 12,3
2,1 2,3 1,8 26,0 4,3 7,5 2,3
18
F undam en to s d e tecnolo gía de los a lim en to s
químicas depende del clima y de la región de cultivo, oscilando dentro de límites muy amplios (Tabla 2.8). Las semillas de soja se diferencian de las demás legumbres especialmente por su elevado contenid o de grasa y su escasa proporción de almidón.
2.2.3
Propiedades físico-químicas
Para poder ev aluar las legumbres y planificar los procesos tecnológicos, son esenciales las siguientes características: Las características geométricas de longitud, anchura, espesor y volumen (Tabla 2.9) determinan la proporción m asa/volumen, los métodos de limpieza a utilizar, las normas de elaboración y el rendimiento. Una elevada uniformidad de las semillas en lo referente a tamaño, composición química, color, etc., simplifica los procesos de elaboración en lo referente a los parámetros a utilizar. El peso de 1.000 g rano s (Tabla 2.9) depende en gran medida de la variedad, uniformidad, condiciones de cultivo, etc. A medida que aumenta el tamaño de las semillas, se incrementa el peso de 1.000 granos y con ello el rendimiento. La densidad es útil en los procesos de limpieza y clasificación. Depende del grado de maduración, de la composición química, e indirectamente, del tamaño. El parámetro masa/volumen constituye una densidad aparente; se expresa en g/1. Depende principalmente de la densidad de las semillas, de la densidad de envasado, tamaño, forma, estado de la superficie y consistencia de las legumbres.
Tabla 2.9 Características geométricas y peso de 1.000 granos de algunas clases de legumbres. Legumbres
Guisantes Alubias Lentejas Soja
Longitud
Anchura
Espesor
Volumen
mm
mm
mm
mm 3
4,0 7,2 4,0 5,0
10,0 18,5 8,8 10,5
3,7 4,7 4,0 4,5
10,0 11,0 8,0 8,5
3,5 2,7 2,0 4,0
10,0 10,0 3,3 7,0
114 320
Peso de 1.000 granos g 40 100 15 30
Tabla 2.10 Grados de hum edad de diversas clases de legumbres [2.1], Legumbres
Guisantes Alubias Lentejas
Grado de humedad: Seco
Medio
Húmedo
Mojádo
hasta 14 hasta 16 hasta 14
> 14 15,5 >1618 >1417
> 1 6 1 8 > 1 8 2 0 > 1 7 1 9
> 18 > 20 >19
450 150 80 250
M ate ria s pri m as
19
La humedad influye sobre la actividad fisiológica y también sobre la capacidad de almacenamiento. Se distinguen cuatro grados de humedad (Tabla 2.10), que designan los diferentes grados de actividad fisiológica.
2.2.4
Esp ecies. Variedades
Las m últiples especies y variedades de legumbres pueden clasificarse en tres srupo s (Tabla 2.11). Los gu isantes se dividen en tres subespecies, la más importante de las cuales es la comm une gov., pues a ella pertenecen todas las variedades más consumidas. En las alubias se distinguen dos grupos, uno de procedencia americana y otro de origen asiático. Al primer grupo pertenecen cuatro importantes especies: la alubia de huerta ( Phaseolus vu lgaris L.), alubia lunar (Ph. Innatas L.), alubia escarlata (Ph. coccineus L.) y alubia Gray (Ph. acutifolius A. Gray). Al género lenteja (Leus L.) pertenecen cinco especies, sólo una de las cuales, la Leus culinaris Medik., se cultiva en las subespecies Macrospenna Bar y Microsperma Bar. En el género soja (Glycine L.) se incluyen muchas especies. Las más extendidas son la Glycine hispida Maxim, y Glycine max (L.) M errill [2.1] [2.5].
Tabla 2.11 Clasificación de las legumbres en especies principales [2.6], Especie principal
Ejemplos
Tipo arveja Tipo alubia Tipo retama
Guisantes, garbanzos, habas, lentejas Alubia legu minosa , id. lunar, id. mungo , soja Altramuz blanco, amarillo, azul
2.2.5
Condiciones de almacena miento
Siempre que su contenido de humedad sea inferior al 14%, las legumbres pueden almacen arse alrededo r de 12 meses sin pérdida de calidad, a condición de que la tempe ratura del dep ósito esté entre 5 y 10°C y la humedad relativa am biente sea del 70%. L os guisantes pelados sólo pueden conservarse dos o tres meses en la estación calurosa, plazo que se alarga a cinco o seis meses en la estación fría. Con un contenido de humedad del 10%, los granos de soja pueden conservarse hasta cuatro años; deben almacenarse en la oscuridad y alejados de sustancias con olores fuertes. La desecación de las legum bres hú medas previa a su almacenamiento debe llevarse a cabo con más cuidado que en el caso de los cereales (se resquebraja la cáscara de las semillas). Cuando el contenido de humedad es muy elevado (16,517,5%), las semillas se enmohecen.
20
F undam ento s de tecnolo gía de lo s a lim en to s
2.3
Nueces y frutos secos
2.3.1
Cara cterísticas generales
Las nueces verdaderas son frutos de envoltura dura y una sola semilla, incluidos botán ica me nte entre las frutas con cáscara. Las nueces «impropiamente dichas» tienen distinta filiación botánica (los cacahuetes son legumbres; la nuez de Brasil es realmente una semilla; nueces, cocos y almendras son frutos secos). Los fr uto s secos se destinan principalmente a la obtención de aceites (en especial aceite de coco, aceite de cacahuete, etc.); en la industria pastelera, se utilizan en la elaboración de mazapán, almendrados, crocantes, turrón, etc., así como ingredientes de recetas de chocolates y dulces. El coco es el más intensamente utilizado y el mejor aprovechado en la industria [2.5] [2.6],
2.3.2
Estructura, com pone ntes y partes aprove chables
La porción comestible (semilla) de los frutos secos está rodeada por una cáscara no comestible, por lo general dura (Fig. 2.3). La proporción de cáscara oscila entre el 25 y el 70%. La forma, el tamaño y el sabor de la parte comestible de las nueces son extrem adamente variados (Tabla 2.12). En lo referente a la proporción de los principales componentes químicos, las diferencias entre las diversos tipos de frutos son pequeñas (Tabla 2.13). Las castañas y los cocos constituyen una excepción en virtud de su elevado contenido de humedad. El núcleo comestible de estos frutos es de alto valor nutritivo por su elevada proporción de aceites, de proteínas y de carbohidratos digestibles. Contienen una serie de sustancias sápidas muy agradables, que se refuerzan mediante el tostado.
lo tin
Figu ra 2.3 Estru ctur a an atóm ica de los fru to s en nuez. a) Coco [2.9J; b) Avellana [2.24]. 1 Embrión; 2 Cubierta externa; 3 Cubierta intermedia; 4 Envo ltura seminal; 5 Endospermo; 6 Agua del fruto; 7 Haz conductor; 8 Primordio seminal; 9 Radícula; 10 Pericarpio; 11 Cotiledón.
M ate ri as prim as
21
Tabla 2.12 Forma, tam añ o y sabo r de div ersas cla ses de fruto s secos [2.1] [2.8][2.13]. Fruto
Características externas de la semilla
Tamaño cm
Sabor
Anacardo
Forma arriñonada; entre blanco y amarillento; consistencia sólida, relativamente dura
Longitud: 2
Neutro, ligeramente dulce
Cacahuete
Tiene dos c otiledones; ovalado o cilindrico alargado, con un extremo redondeado o truncado y otro en pico, incurvado hacia dentro; blanco o ligeramente amarillo, entre rojizo y castaño rojo; sabor algo amargo; por lo común, envu elto en una cáscara fácilmente separable
Longitud: 0,82,2 Anchura: 0,71,3 Espesor: 0,71,3
crudo: ligeramente amargo, parecido a la alubia tostado: sabor pe cu lia r agr ad ab le
Avellana
Form a entre esférica y cilindrica alargada, ligeramente apuntada; la masa del fruto es bl an qu ec in a o am arillen ta, con envo ltu ra lisa y de tono castaño, fácil de separar
D iá me tr o: 1,02,0
M u y d elic ad o, agradable y dulce
Coco
Fruto hueco; la pulpa tiene 1,5 ó 2 cm de espeso r y es muy blanca, con fina envoltura de sem illa de color castaño oscuro; en el interio r del fruto, líquido lechoso turbio
Longitud: 1025
Delicado, dulzón
Almendra
Forma ovalada asimétrica, aplanada, afilada en un extremo y redondeada en el otro; dos cotiledones planoconvexos, blanquecinos o amarillentos, que se separan entre sí fácilmente, rodeados por en voltura de color castaño canela, algo áspera y con estrías ba stan te pe rcep tib les
dulce: Longitud: 2,3 Anchura: 1,4 Espesor: 0,81,0 amarga: Longitud: 23 Anchura: 1,21,5 Espesor: 0,51,0
dulce: delicado, aromático, dulzón
Nue z de Brasil
Triangular, aplastada, con dos caras planas y una abultada; pulpa blanca y consistente; envoltura castañorojiza
Longitud: 35
Suave, graso, delicadamente aromático
Pistacho
Redond eado, con tres aristas, algo comprimido; Longitud: 0,71,8 superficie dorsal convex a de tono rojo carmín Espesor: 0,30,7 oscuro y forma de quilla, surcada por un retículo de estrías claras; cara ventral verdosa, aiTugada, con una depresión umbilical; pulpa __ entre verdosa y rojiza, rodeada por una fina envoltura verde
Dulce, que recuerda las almendras
Nuez (de nogal)
Pulpa am arilla clara, separada en dos por un tabique, arrugada, con profundos surcos; con envoltura delgada, de color entre amarillo pa jiz o y cas taño oscu ro
Fino y delicado
Longitud: 2,54,5
amarga: amargoaromático
22
F undam ento s de t ec nolo gía de los al im en to s
Tabla 2.13 Prin cipa les co mpo ne ntes qu ím ico s de los fr uto s seco s (en g, referidos a 100 g de sustancia comestible) [2.14], Fruto seco
Agua VM
Anacardo Cacahuete (pelado, tostado) Avellana Castaña Coco Almendra, dulce Nu ez de B ras il Pistacho Nue z (de no ga l)
4,0 2,8 6,17 50,1 44,8 5,65 5,62 5,9 4, 8
Proteína VM
IO 2,7 2,6 5,4 47,0 3 8,0 4,7 5,3 4 ,0 3,3
5,2
3,0 7,11 53,2 4 6,9 6,27 5,94 8,0 7,18
17,5 26,5 13,9 2,92 3,92 18,3 14,0 20,8 14,6
IO
Grasa VM
15,2 20,0
42,2
34,2 47,4
46,6 61,8 1,9 36,5 54,1 66,8 51,6 62,7
44,2 60,0 1,5 34,0 53,2 65,9 43,4 5 8,5
-
12,7 2,3 3,4 17,7 13,5 19,2 14,2
14,0 3,4 4,2 19,0 14,4 22,6 15,0
IO
49,0 62,7 2,7 40,0 55,0 67,7 58,9 68,1
Tabla 2.13 (Continuación). Fruto seco
Hidratos de carbono VM IO
Anacardo Cacahuete (pelado, tostado) Avellana Castaña Coco Almendra, dulce Nu ez de Brasil Pistacho Nu ez (nogal)
32,0 19,0 12,6 42,8 10,3 16,0 7,27 16,4 13,5
Fibra bruta VM IO
_ -
36,0 45,6 -
13,2 16,9 -
13,8 17,1 13,0 15,0
Minerales VM IO
1,4 2,4 3,1 1,42 3,3 3,28 2,66 2, 6 2,70
2,9 -
3,0 1,1 3,2 2,7 2,1 1,9 2,1
3,17 1,8 3,39 3,65 3,21 3,0 3,0
2,7 2,49 1,18 1,18 2,65 3,65 2, 7 1,68
2,6
3,1
-
1,0 1,0 2,30 3,4 2,4 1,65
1,43 1,5 3,00 3,9 3,1 1,70
VM = valor medio; 10 = intervalo de oscilación.
2.3.3
Condiciones de almace namiento
Las nueces sin pelar se conservan m ejor que las peladas. Para alma cenar nueces sin pe lar durante seis o doce meses conviene hacerlo a temperaturas co mprend idas entre +2 y +4°C y humedad relativa del 6570%. Las nueces peladas deben almacenarse en recintos oscuros, al resguardo de la luz solar y de olores extraños; además, los locales estarán bien ventilados. La temperatura de depósito no superará los 10°C y la humedad relativa el 70%. C uando se producen deficiencias o existen parásitos (p olillas), se registran pérdidas. El exceso de humedad ambiental provoca enmohecimiento, y la acción directa de los rayos solares y las temperaturas demasiado elevadas aceleran el enranciamiento de las grasas [2.2] [2.7] [2.10] [2.13].
M ate ri as pri m as
2.4 2.4.1
23
Semillas de cacao Cara cterísticas generales
Los granos de cacao crudo s son las semillas, liberadas de la pulpa, del fruto del árbol del cacao (Theobroma cacao L.), fermentadas, desecadas y limpias. Se destinan principalmente a la elaboración de productos del cacao (como chocolate, cacao en polvo, manteca de cacao). Los granos de cacao son muy ricos en sustancias nutritivas como consecuencia de su elevado contenido de grasa (manteca de cacao); también son ricos en sustancias sápidas específicas y valiosas (aroma de cacao). El contenido de teobrom ina confiere a los productos del cacao carácter estimulante. El árbol del cacao produ ce frutos apepinados que crecen directamente del tallo y cuyas semillas son los granos del cacao. Procede de América Central y del Sur, cultivándose en la actualidad en zonas con clima tropical, entre los 20 grados de latitud norte y 20 grados de latitud sur de América Central y del Sur, África, SE asiático e islas de las Indias occidentales [2.9] [2.10]. 2.4.2
Estructura, componentes, partes aprovechables y propiedades físico-químicas
El grano de cacao crudo (Fig. 2.4) está compuesto por la cáscara dura de la semilla (1215%), el delicado endospermo (cutículas plateadas), el embrión con dos cotiledones
Figura 2.4 Estructura anatóm ica del fr uto del cacao [2.23]. 1 Fruto (desprovisto de media cáscara); 2 Corte transversal del fruto; 3 Vista lateral de la semilla; 4 Vista frontal de la semilla; 5 Em brión; 6 Lóbulos seminales.
24
F undam ento s d e te cn olo gía de l os al im en to s Tabla 2.14 Partes p rin cipa les de los gran os cru dos de cacao. Parte integrante
Proporción %
Cáscara Radícula Nú cleo
1215 1 8487
Tabla 2.15 Componentes químicos más importantes del grano crudo de cacao [2.15]. Componente
Agua Grasa Extracto seco desengr. Cenizas N itr óg en o total Protema bruta Proteína digestible Teobromina Cafeína Azúcares Almidón Fibra bruta Taninos Acidos orgánicos Sustancias extraíbles libres de N
Núcleo VM
IO
Cáscara VM
5,0 53,3
3,6 6,9 39,0 60,4
11,0 3,0
41,7 3, 0 2,1 14,3 10,0 1,45 0,17 1,0 7,4 2,6
37,3 2,1 2,1 13,3 9,4 0,88 0,05
86,0 6,5 2,6 16,2 13,5 0,75 0,16
5, 3 2,5 7,5
48,7 4,4 2,8 1 6 ,0 11,0 2,34 0,36 -
6,0 12,7 2,2 4,0 (4,2) 1,0 7,2 -
Radícula VM
IO 2,0 13,8 1,2 7,7 78,5 2,3 1,3 8,4 11,8 0,23
92,1 8,9 4,2 26,0 17,1 2,61
-
45,0
-
3.0
-
10,0 29,1 5,1
6,7 12,0 2,3 5,3 87,7 6,3 4,6 29,0
9 1 ,0 6,8 5,2 32,5 -
2,1 3,0 _
_
-
9,0
89,5 6,5 4,9 30,7
_
-
16,5
7,0 3.5
IO
0.0 2,9
_ _
2,4 3,0
9,0
-
-
_
VM = valor medio; 10 = intervalo de oscilación.
(núcleo de cacao 8286%) y la radícula (=1%). El grano es ovalado, por lo general un tanto aplastado en sentid o longitudinal; mide 2030 mm de largo, 1015 mm de ancho, y tiene un grosor de =10 mm. Según la variedad, pesa =0,51,8 g (con una densidad de =1 g/cm3). En las Tablas 2.14 y 2.15 se indican las partes y sustancias componentes principales. El núcleo es el componente aprovechable del grano de cacao. Las demás partes inte grantes deben separarse en la elaboración. En la Tabla 2.16 se indican sus compon entes químicos más importantes. Se obtiene de granos de cacao de fuerte color oscuro, recolectados maduros y correctamente tratados; tiene claro sabor amargo y el aroma típico del cacao. El compo nente más v alioso y nutritivo es la manteca de cacao, que está cons tituida principalm ente por una mezcla de triglicéridos y ácidos grasos libres (Tabla 2.17).
M ate ri as prim as
25
Tabla 2.16 Composición química del núcleo del cacao (valores medios).
Componente
Agua Grasa Purinas Tanino soluble en metano Proteína bruta Azúcares (dextrosa, fructosa, sacarosa) Almidón Pentosanas (sustancias estructurales) Celulosa Ácidos Cenizas
Proporción % 5,0 55,0 1,5 6,0 11,0 1,0 6,0 1,5 9, 0 1,5 2,5
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E.S.
E.S. = todas las cifras se refieren a extracto seco.
Tabla 2.17 Componentes principales de la grasa de cacao. Componente
Proporción %
Triglicéridos Ácidos graso s libres (esteárico, palmítico, oleico, linoleico, etc.) Sustancias insaponificables (estearinas, etc.) po r el métod o del éter de petró leo po r el métod o del éter Agua Cenizas Purinas (principalmente cafeína)
97 0,5 0, 2 0, 2 0,3 0,01 0,006 0,005
99
2,0 0,3 0,3 0,5 0,03 0,02 0,03
La proteína del cacao tiene escaso valor. Las purinas, en forma de teobromina y cafeína, se hallan en la proporción 10:1. Los granos de consumo ordinario contienen más ácido que los de variedades selectas. El pH oscila entre 5,18 y 6,39. Los granos de cacao cosechados sin madurar y/o mal tratados exhiben color violeta, gris pizarra o blanco amarillento, tienen acre sabor astringente y aroma poco marcado.
2.4.3 Sube species, variedades, grados de calidad, condiciones de almacenamiento
Las subespecies más importantes del árbol del cacao para aprovechamiento comercial son Criollo, Forastero y el cruce entre ambas: Trinitario. Las variedades se suelen designar con el nombre de país de origen (Tabla 2.18).
26
F undam en to s d e tec nolo gía de lo s a lim en to s
Tabla 2.18 Subespecies, variedades y grupos de calidad de los granos de cacao [2.10] [2.13] [2.16]. Subespecie
Variedad (según región de cultivo o puerto de exportación)
Categoría de calidad
Criollo Trinitario
Maracaibo Guayaquil Puerto Cabello Carenero Granada Caracas (Venezuela) Trinidad Java Ceilán (Sri Lanka) Samoa Arriba (Ecuador) Ghana Nigeria Bahía (Brasil) Costa de M arfil Congo Camerún Santo Tomé
Granos selectos
Forastero
n
■
Granos selectos
Granos selectos '
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Granos corrientes
A la tempera tura de 1520°C y con una humedad relativa ambiental inferior al 70%, los granos de cacao pueden conservarse como mínimo durante un año. Los límites máximos para un almacenamiento a corto plazo son 40 y 80% de humedad relativa. El depósito de los sacos tiene lugar sobre enrejillados de madera, en locales bien ventilados y con una altura máxima de las pilas de 5 m. Resulta más económico y ahorra espacio el almacenado, cada vez más usual, en silos con aire acondicionado.
2.5
Semillas oleaginosas
2.5.1
Cara cterísticas generales
La de semillas oleaginosas es una denominación general que abarca los frutos en aquenio y las semillas de algunas plantas que sirven para la obtención de aceite vegetal: Compuestas: semillas de girasol, cártamo y negrillo. Cruciferas: colza, nabiza, mostaza, camelina y rábano. Legum inosas: soja y cacahuete. Liliáceas: semillas de lino. Malváceas: s emillas de algodón. Papaveráceas: semillas de adormidera. Pedaliá ceas: sésamo. Tam bién se destinan a la obtención de aceite las semillas de otras plantas qu e se aprovechan como subproductos: pepitas de uva, huesos de aceituna, semillas de té, semillas de tomate. Igualmente, se obtiene aceite de germen de cereales: trigo, arroz y maíz. Las semillas oleaginosas de mayor interés industrial son las de girasol, colza, nabiza, soja, cacahuete y algodón.
M ate ri as prim as 2.5.2
27
Estructura, com ponen tes, partes aprovec hables y propiedades físico-químicas
Las semillas y granos oleaginosos son de diferente forma y tamaño; en ocasiones tienen cáscara. En la Tabla 2.19 se expone el resumen de algunos índices correspondientes a las semillas oleaginosas más importantes. 2.5.3
Propiedades de almacena miento
Limpias y secas, las semillas oleaginosas se conservan bien. La tasa de humedad debe estar 12% por debajo del valor crítico. En las semillas de girasol no conviene que sea superior al 67%, en las de soja al 1112% y en las de algodón al 9%. El almac enado debe hacerse a temperaturas frescas y lo más protegido posible del aire y la luz solar. Los silos son el medio principalmente utilizado para los depósitos a largo plazo.
2.6 2.6.1
Granos de café Ca racterísticas generales
El café cruclo está constituido por las semillas limpias por completo de la cáscara del fruto y en parte de su propia envo ltura (cutícula plateada) y convenientem ente clasificadas, del cafeto, arbusto tropical siemprevivo del género Coffea. Después de tratar los frutos (drupas del cafeto) en el lugar de origen, se distingue el café lavado (preparación húmeda) y el café sin lavar (preparación en seco). En la prep arac ión húmeda, que es típica de las variedades de buena calidad, se elimina la mayor parte de la pulpa de los frutos en la operación de despulpado de éstos y los granos se someten acto seguido a fermentación para eliminar con más facilidad la pulpa residual; la papilla adherida se limpia mediante lavado. En la preparación en seco, los frutos lavados se desecan, para retirar a continuación la pulpa desecada mediante pelado [2.8] [2.17] [2.18]. El café crudo es de color claro, generalm ente entre verde am arillento y verde grisáceo o verde azulado. Med iante el tostado adquiere su aroma característico. El café es un estim ulante, que contiene alcaloides, y está difundido a escala mundial, que se ingiere preparado como bebida y que ejerce su acción estimulante especialmente sobre el corazón, nervios y riñones, por efecto del alcaloide llamado cafeína. Africa tropical, y en particular Etiopía, es el territorio de origen del arbusto del café. En la actualidad se cultiva casi en la totalidad de la franja tropical com pren dida entre los 23 grados de latitud norte y los 25 grados de latitud sur (zona tropical) [2.5] [2.17] [2.18]. 2.6.2 Estructura, com pone ntes, partes aprov echab les y propiedades físico-químicas
Cada fruto de café suele contener dos semillas (granos), adosadas entre sí por su cara aplanada (Fig. 2.5).
28
F undam en to s d e te cn olo gía de los alim en to s
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M ate ri as prim a s
a)
b)
29
ci
Figu ra 2.5 Estructura an atóm ica de un fru to de ca fé con do s semillas [2.5]. a) Corte transversal del fruto, b) Corte longitudinal del fruto, c) Cubierta externa y capa intermedia eliminadas pa rcial men te. 1 Gra no de café; 2 Pu lpa del fruto ; 3 Vaina ap erga minad a; 4 Cutícula plate ada.
Los granos de café crud o constan del interior de la semilla, el germen y los residuos de la cáscara de la semilla. Los granos de los frutos con dos semillas, son ovalados y tienen una cara aplanada. Por el centro de esta cara discurre un surco. En el polo longitudinal se halla el germen^, v/ Los granos de las variedades Arábica son alargados y aplastados, mientras que los de las variedades Robusta son más rechonchos y redondeados. Los frutos con una sola semilla contienen granos p erlados redondeados. En la Tabla 2.20 se exponen los componentes químicos principales del grano de café crudo. La fracción principal está integrada sobre todo por los componentes aromáticos (Tabla 2.21) y por el alcaloide estimulante que es la cafeína. Las variedades Robusta contienen hasta doble can tidad de cafeína que las variedades Arábica. P ara el tratamiento de los granos de café importa mucho que su tamaño sea uniforme: entre 5,5 y 7,25 mm. Los granos defectuosos influyen negativamente sobre la calidad del café, se trate de granos inmaduros, sobrefermentados, resecos o alterados por congelación. Tabla 2.20 Pr incip ales co mpo nente s quím ico s de l grano de café crudo (en g, referidos a 100 g de fracción comestible de variedades Arábica) [2.14]. Componentes
VM
Agua Proteína Grasa Carbohidratos Fibra bruta Sales minerales Sacarosa Pentosanas Cafeína Trigonelina Acido clorogénico
10,2 11,2 13,1 39,3 22,2 4,0 6,71 5,9 1,3 0,97 ' 3,01
VM = valor medio; 10 = intervalo de oscilación.
IO 7,49 11,3 9,36 12,6 11,6 16,5 -
9,47 3,8 5,00 5,5 0,8 0,87 1,07
30,0 4,7 7,67 6,3 1,59 1,07 4,95
