UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
LABORATORIO 1 BALANCE DE MATERIA EN LA ELABORACION DE MERMELADA DE MARACUYA
DOCENTE:
Ing. Villar Estrada, James Euler CURSO:
Introducción a la Ingenieria de los Alimentos INTEGRANTES:
Sandoval La Puerta Andrea
20140988
Lino Cisneros Daysi
20131311
La Molina, 2017
I.
INTRODUCCION
El balance de materia se basa en la Ley de la Conservación de la masa enunciada por Lavoisier: “En cada proceso hay exactamente la misma cantidad de sustancia presente antes y después que el proceso haya sucedido. Solo se transforma la materia. Los tipos más frecuentes de Balance de Materia son: los de mezclado de dos o más corrientes para dar una o más corrientes y los de separación, en los que se forman dos o más corrientes a partir de una. (Tamir, 2010). La realización de un balance de materia permite conocer los caudales y composiciones de las diferentes corrientes que entran y salen de un sistema, así como la cantidad total y composición media en el interior del sistema en un instante determinado. Los balances de materia se pueden realizar en unidades másicas o molares, dependiendo del tipo de problema que se plantee (Ibarz, 2005). Este principio se aplica en diversas industrias como son la química o la alimentaria. Para demostrarlo se hará uso del mismo en un producto procesado proveniente de la industria de alimentos: la mermelada. Los objetivos primarios del experimento consisten en aplicar el balance de materia a los procesos de transformación, así como identificar y reconocer las operaciones unitarias en la elaboración de la mermelada de maracuyá.
II.
MATERIALES Y METODOS
El experimento se elaboró en condiciones sanitarias con frutas frescas, maduras, sanas y prácticamente libres de residuos de pesticidas u otras sustancias eventualmente nocivas de acuerdo con la tolerancia permitida por la autoridad competente. La mermelada se preparó con una mezcla de 45 partes en peso de fruta preparada por 55 partes en peso, (para un total de 100). La cantidad mínima de los sólidos solubles será de 65% (INTITEC.203.047). 2.1.
Equipos y métodos del proceso
A continuación se mostrara los equipos utilizados y sus características de estos para la elaboración de la mermelada de maracuyá. Cuadro 1: Equipos y su capacidad requerida en el LINEA / PROCESO RECEPCION DE LA FRUTA
MAQUINARIA/ EQUIPO
CANTIDAD
experimento
CAPACIDAD
CARACTERIST ICAS
La fruta se recepciono en la planta piloto de alimentos (TAPA) Pesado de los kg de fruta por diferencia de olla utilizada No se utilizó ningún tipo de desinfectante. Se cortó unidad por unidad separando la cascara y el pedúnculo. Se utilizó dos tambores para el proceso de refinado. Se utilizó ollas de diferentes tamaños en donde se pudo perder producto. En la marmita se realizó el escaldado de las cascaras. Sirvió para llegar
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PESADO
BALANZA DE PALTAFORMA
01
200 Kg
LAVADO
BALDE
02
5 kg
CORTADO
CUCHILLOS DE ACERO INOXIDABLE
04
DESPULPADO
DESPULPADOR A REFINADORA DE FRUTAS OLLAS DE ACERO INOXIDABLE
01
500 kg
03
5 kg
ESCALDADO
MARMITA DE ACERO INOXIDABLE
01
200 L
GENERACION
GENERADOR
RECEPCCION DEL PULPEADO
DE VAPOR
DE VAPOR MEDICION DE GRADOS BRIX
REFRACTOMET RO
01
Rango de medida de 080° BRIX
SUPERVISAR LA TEMPERATURA
TERMOMETRO
01
Rango de medida de 0100°C
2.2.
a la temperatura en la marmita. Es un importante parámetro de control en el proceso, sobre todo en la etapa de cocción. Es un parámetro de control en el proceso
Materiales del proceso
A continuación se presentaran los insumos y las cantidades requeridas para la elaboración de la mermelada de maracuyá. Cuadro 2: MATERIALES
Insumos y pesos utilizados en el experimento CANTIDAD
CARACTERISTICAS
10.7 kg
MARACUYA
PECTINA
0.1265 kg
GRADO DE GELIFICACION 150
AZUCAR
8.45 kg
A GRANEL OBTENIDA EN EL MERCADO
FRUTA
Para la elaboración de la mermelada se procedió a lavar y desinfectar la fruta y los materiales usados en la práctica, cuchillos, ollas, tablas de picar y recipientes. Luego se procedió a cortar los 10.7 kg de fruta para después extraer la pulpa, el cual será llevado a la pulpeadora que nos proporcionara la pulpa o jugo libre de cascaras y pepas. La casaca pasó por una operación de escaldado donde se colocara estas con una cierta cantidad de agua, esto se realizó en una marmita abastecida por vapor saturado que permitirá el calentamiento de la chaqueta. El escaldado permitirá ablandar la materia para luego ser llevado también a la pulpeadora. Una parte del pulpeado será utilizado para la activación de la pectina.
Se obtuvo una mezcla final total de pulpa de 5.84 kg, el cual se medirán sus grados Brix, la obtención de la pulpa total nos permitirá realizar nuestras formulaciones tanto para el azúcar como para la pectina. El azúcar requerido será igual a la pulpa total obtenida debido a la relación 1:1 entre pulpa y azúcar. La utilización de la pectina será en relación al grado de gelificación, para este experimento se calculo la relación de 1 g de pectina gelificara 150 g de azúcar, si se tiene 5.84 kg de azúcar se requerirá 38.93 g de pectina. La activación de la pectina requerirá de la octava parte del azúcar que se mezclara con la pectina, seguido se agregara el agua separado de la pulpeadora. El uso del ácido cítrico no fue necesario para esta práctica ya que la misma fruta presenta un pH de 2.87 según los valores teóricos, tampoco se uso conservantes debido a que el producto no estaba dirigido a la comercialización. Una vez obtenido la formulación se seguirá la etapa de la cocción. La fruta se cuece suavemente hasta antes de añadir el azúcar. Seguidamente se le agrega el azúcar que no será utilizado para la activación, la pulpa se calentara hasta que comience a hervir, se mantendrá a fuego lento cuando alcance los 80 °C, es aquí donde se le agrega la pectina activada, y se espera a la reducción de la pulpa, hasta alcanzar aproximadamente entre los 65-68 °Brix. Parámetros de control de la mermelada
pH Temperatura
Otros métodos de control
Sólidos solubles de la mermelada desde el inicio hasta el final.
Balance de materia
III.
RESULTADOS Y DISCUSIONES
Los resultados obtenidos en el experimento serán discutidos con ayuda de tesis y libros consultados, los cuales nos brindan una serie de aproximaciones sucesivas que van definiendo la formulación y proceso que llevarán a la determinación de la elaboración de mermelada de maracuyá. Durante el experimento se tiene que evaluar las características organolépticas del producto como: el color, olor y sabor. A continuación se presenta el flujograma de la elaboración de mermelada de maracuyá realizada en la práctica. FLUJOGRAMA DE LA LABORACION DE MERMELADA DE MARACUYA Maracuyá
Pesado
Lavado
W inicial = 10.7 kg °Brix maracuyá= 14 %
Cortado
Escaldado (cascara) Pulpeado
Pulpeado W total pulpa = 11.68 Mezclado
W pectina =0.039kg W azúcar =5.84kg
Cocción
°Brix= 72% Enfriado
Mermelada de maracuyá
Figura 1.1 Diagrama de flujo de los procesos físicos de la elaboración de mermelada de maracuyá.
BALANCE EN LA OPERACIÓN DE COCCIÓN W pectina (P) = 0.039kg W pulpa (A) = 5.84kg °Brix pulpa = 14% = XA = 0.14
COCCIÓN
W mermelada (F) °Brix mermelada = 72%
W azúcar (Z) = 5.84kg °Brix azúcar = 100%=1
W vapor de agua (V) Xv =0
Balance de materia
A+Z+P=V+F 5.84 kg+5.84 kg + 0.039 kg = V + F 11.719 kg = V + F
Balance de sólidos
A XA+ Z Xz + P XP = F XF 5.84 (0.14) + 5.84 (1) + 0.039 (1)= F (0.72) X= 9.301 kg V= 2.418 kg
Rendimiento Teórico
W inicial + W azúcar +W pectina = 11.719 kg ----------------------------------100% 9.301kg
------------------------------------------------------------X% X = 79.367%
Barderas (1998) afirmó que en un proceso industrial el balance de materia es una contabilidad exacta de todo lo que entra, sale, se acumula o se agotan en el transcurso de un intervalo de tiempo de una operación, para una planta en funcionamiento estos balances nos permiten obtener información sobre la eficiencia de los procesos, se tienen 2 tipos de balance de materia frecuente, están el mezclado y la separación En la elaboración de la mermelada de maracuyá se realizó un balance de materia en la operación unitaria de cocción, no habiendo ningún tipo de acumulación de masa, ya que solo se da un mezclado y con el cual nos proporciona dos incognitas, masa del vapor saturado del alimento y el producto (mermelada), aplicando un segundo balance de sólidos podremos obtener la masa del producto 9.301 kg con el cual se obtendrá la cantidad de vapor saturado liberado por el alimento en cocción 2.418 kg. En el proceso de pulpeado el cual es un separador donde ingresa una corriente que es la fruta y se obtiene pulpa y restos (pepas, cascara), también se podría haber realizado un balance de materia para saber cuánto fue la masa de restos obtenidos. Al realizar un análisis de las operaciones que generan poca eficiencia en la elaboración de las mermeladas, Segovia (2010) afirma que estas se dan en las operaciones unitarias del pelado, troceado, pulpeado y envasado. Esto corrobora con nuestra práctica ya que al momento de cortar la maracuyá y separar la pulpa de la cáscara se obtuvieron perdidas, ya que la pulpa quedo tanto en el cuchillo como en la mesa donde se trabajó, lo mismo sucede en la pulpeadora debido a que en las mallas se quedaron restos de pulpa que no se pudieron sacar completamente, todo esto justifica porque se obtiene un rendimiento del 79.367%. Existen problemas que pueden ocurrir durante el proceso de la elaboración de mermeladas como una mermelada poco firme, liberación de líquido en la masa final , cambio de color que indica una sobre cocción en el proceso y por último la formación de cristales la cual se debe a una alta concentración de azúcares (Contreras, 2008).En la elaboración de la mermelada de maracuyá se pudo apreciar una consistencia adecuada, no se presencio formación de cristales, el color fue oscuro aunque esto se debió al tipo de azúcar utilizado (azúcar rubia), también fue importante seguir adecuadamente los parámetros como pH y acidez así como una
buena formulación en el azúcar y la pectina para evitar excesivos problema en la elaboración. Sandoval (2006) afirmó que durante proceso de escaldado se da una pérdida de nutrientes termolábiles, generalmente pequeñas y de materiales solubles en el agua. Las pérdidas de acido ascórbico suelen ser apreciadas (5-50%), mas con el escaldado en agua que en vapor. Igualmente existe, por el mismo concepto, una pérdida de materia seca original (3-9%). Los compuestos que más tienden a perderse en el proceso son azúcares, proteínas, vitaminas, etc. Durante la operación también induce una pérdida de humedad del producto y por ende pérdida de peso y de rendimiento. En la practica el escaldado se realizo con la cascara sobrante, el cual si se realiza un balance de sólidos en esta operación se podrá apreciar la disminución en los porcentajes de proteínas, vitaminas y otros componentes solubles en el agua. Esto justifica un rendimiento menor al teórico si fuera el caso en la elaboración de mermelada de maracuyá. Durante la concentración se evapora el agua contenida en la fruta, los tejidos se ablandan. Por este ablandamiento, la fruta absorbe azúcar y suelta pectina y ácidos .A causa de la presencia de los ácidos y de la elevada temperatura, ocurre la parcial inversión de los azúcares en una mermelada de buena calidad (Mendoza ,2007). Para nuestra mermelada si se presento la evaporación de los 11.79 kg (pulpa, azúcar y pectina), esto se corrobora con el balance de materia donde se obtendrá una cierta cantidad de masa de vapor del alimento liberado el cual es menor a la masa del producto final. Teran (2010) , afirma que el azúcar es agregado en igual proporción que la fruta (50% de fruta y 50 % de azúcar) y que los productos terminados que tienen baja concentración de azúcar, tienden a deteriorarse rápidamente debido a que las bajas concentraciones de azúcar favorecen el desarrollo de microorganismos, mientras que el caso inverso, soluciones con altas concentraciones de azúcar cumplen un efecto conservador e inhibidor del desarrollo de estos microorganismos, conservándose el producto por tiempos más prolongados. En el experimento se trabajo con 49.83 % de fruta y 49.83 % de azúcar, por lo tanto la mermelada tendrá como barrera la alta concentración de azúcar el cual será impedimento para que exista presencia de bacterias y hongos. Según la norma del
Codex para las mermeladas el envase deberá llenarse bien con el producto que deberá ocupar no menos del 90% de la capacidad de agua del envase. La capacidad de agua del envase es el volumen de agua destilada a 20 °C, que cabe en el envase cerrado cuando está completamente lleno, el producto obtenido en el experimento no presentó un adecuado llenado del envase, ni tampoco se tenía un adecuado tipo de envase, no cumpliendo con esta normativa y no obteniendo una adecuada conservación del producto final.
IV.
CONCLUSIONES
El experimento cumplió con lo expuesto en la teoría y se obtuvieron resultados aceptables en el color y sólidos solubles con ligeros márgenes de error.
La preparación de la mermelada de maracuyá
permitió demostrar el
Principio de Conservación de la Masa propuesto por Lavoisier a través del balance de materia
V.
BIBLIOGRAFIA
Barderas, V; Valiente, A. 1998. Problemas de balance de materia y energía en la industria alimentaria. Editorial .Limusa .2.ed.
VI.
Contreras, A.2008. PUESTA EN MARCHA DE UNA PLANTA PROCESADORA DE PRODUCTOS DE MARACUYA. Tesis. Ing. Alim. Ciudad de México.MEX.70p. Gavica, E; Teran, M.2010. ELABORACIÓN DE MERMELADA DE CARAMBOLA A PARTIR DE LA DESHIDRATACION OSMOTICA. Tesis. Ing. Quim. Guayaquil. Ec.152p. Mendoza. J. 2007. Fabricación de Mermelada. Editorial. Acribia S.A. Zaragoza, Es. Orosco, M; Flórez, J; Soto, G.2011. Formulación de una mermelada a partir de pulpa y cáscara de tunas (Opuntia spp.) elaborada a nivel planta piloto. 21(2):3136. Paltrinieri, G; Figueroa, F. 1993. Procesamiento de Frutas y Hortalizas Mediante Métodos Artesanales y de Pequeña Escala. Manual Técnico. Oficina Regional de la FAO para América Latina y El Caribe. Santiago. pp. 113. Sandoval, A;Barreiro, J. 2006.OPERACIONES DE CONSERVACION DE ALIMENTOS POR BAJAS TEMPERTURAS. Editorial. Equinoccio. 1 .ed. Segovia, S.2010. ESTUDIO PARA EL MEJORAMIENTO DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE MERMELADA DE PIÑA EN UNA EMPRESA AGROINDUSTRIAL , A TRAVES DE ALTERNATIVAS DE PRODUCCIÓN MAS LIMPIA .Tesis. Ing. Agroind. Guayaquil. Ec.167p. Tamir, A; Ruiz, F. 2010. Ley de Conservación de la Materia. Disponible en: https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/8444/1/Mass%20conservation%20.pdf Revisado el: 12/10/2017
ANEXOS
4.1. METODOLOGÍA PARA LA EBAORACIÓN DE MERMELADA
4.2. MUESTRA, MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS EN LA PRÁCTICA
1
4
2
5
3
6
7
Figura 1: Materiales y equipos utilizados en la elaboración de mermelada de maracuyá (1.Maracuya, 2.Azúcar rubia, 3.Pectina, 4.Pulpeadora ,5.Marmita, 6. Balanza analítica, 7.Olla, cocina y recipientes de aluminio).
4.3. RESUMEN DEL ARTÍCULO
