23234 Laboratorio de Procesos 2014-II Grupo: A2; Subgrupo: 1
INFORME DE LABORATORIO PRÁCTICA #3: PRODUCCIÓN DE MAYONESA PRACTICE #3: MAYONNAISE MAYONNAISE PRODUCTION
D.A. Ballesteros-Parra1, E.S. Forero-Camacho2, A.F. Garavito-Ortiz3 J.L. Gutiérrez-Niño4*, D.C. Ló pez-García5 1
COD. 2102457 COD. 2102442 3 COD. 2103348 4 COD. 2102420 5 COD. 2080787 2
* E-mail:
[email protected];
[email protected]; Cel: (317) 380 2774
Recibido: (7/11/2014 ) Resumen
La formulación de una mayonesa representa un proceso complejo, debido a que hay muchas variables que lo afectan. En esta práctica de laboratorio laboratorio se busca establecer establecer las proporciones de tres variables (cantidad (cantidad de aceite, cantidad cantidad de agua y cantidad cantidad de solución de CMC -carboximetilcelulosa-), para formular una mayonesa industrial. Para tal fin se establece un modelo matemático a partir de datos experimentales (viscosidad) tomados en el laboratorio, los cuales provienen de 6 muestras con diferente formulación, de esta manera se evalúa una superficie de respuesta y se predice la combinación óptima de estas variables para tal fin. Palabras Claves: Mayonesa, CMC, viscosidad. Abstract
The ideal formulation process for developing mayonnaise is complex, because it involves numerous variables. This laboratory practice achieves to indicate indicate the correct proportion of three three variables variables (oil amount, amount, water water amount, amount, and and Carboxymethyl Carboxymethyl cellulose cellulose (CMC) solution amount) for a commercial mayonnaise. Through this subject is established a mathema mathematical tical model based on experimental data (viscosity) from 6 samples with different amounts in the formulation, in this way a surface response is evaluated and an optimal mixture of the variables is predicted. Keywords: Mayonnaise, CMC, viscosity.
(fase continua). Los diámetros de las gotas del líquido que se encuentra disperso se están en el rango de 0,1 y 20 1. En la ingeniería química las emulsiones representan un área de gran interés para diferentes procesos e industrias como la de alimentos, farmacéutica y petrolera.
1. Introducción.
Una emulsión es una dispersión termodinámicamente inestable de dos o más líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles 1. Es común encontrarse con emulsiones formadas por dos líquidos, de los cuales uno se esparce en forma de gotas (fase dispersa) en el otro 1
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Para la preparación y tratamiento de emulsiones se emplean diferentes procesos como coagulación, floculación, centrifugación, ultrafiltración, etc 2. La estabilidad de una emulsión depende de factores como: diferencia de densidad de ambas fases, viscosidad de las fases, cargas de las partículas, eficacia y cantidad de emulsivo y circunstancias de almacenamiento3. La mayonesa es una de las emulsionas más comunes; la cual es esencialmente una emulsión aceite-agua que emplea en primera instancia yema de huevo como agente emulsionante. La producción de mayonesa consiste en agitar de manera más o menos homogénea una mezcla agua-aceite-yema con un artefacto mecánico que genere turbulencia. En la Tabla 1 se muestran los principales constituyentes de la mayonesa, así como la función de cada uno. En la Figura 1 se puede observar la variación del esfuerzo de corte como función de la rapidez de deformación para diferentes tipos de fluidos.
Fenomenológicamente las propiedades de las salsas, y en específico de la mayonesa vista como un fluido, pueden estimarse siguiendo el modelo de plástico de Bingham4: = + ̇
Por lo general el aceite compone a la mayonesa entre un 70 y 80% de su peso. En la Tabla 2 puede observarse la composición típica de la mayonesa, sin incluir el aceite 5. Tabla 2.
Composición típica de la mayonesa, sin incluir el aceite.
Tabla 1.
Función de los principales componentes de la mayonesa [3]. Componente
Aceite Vinagre Yema de huevo
(1)
Componente
Composición
Agua Yema de huevo Vinagre Sal Azúcar Zumo de limón Especias
8 – 10% 10 – 11% 4% 1% 1% 0,5% 0,5%
La formulación de mayonesa es uno de los procesos más complejos a nivel industrial, debido a que muchos factores afectan 5. Al intentarse hacer mayonesa solo con aceite-agua-yema, se tiene una emulsión generalmente de baja viscosidad y en la cual poco puede asegurarse la homogeneidad, por lo que se hace necesaria la inclusión de un agente gelificante en su formulación; para tal fin se propone, por lo general, una solución de CMC en agua. Si bien con la adición de CMC a la formulación puede solucionarse el problema de la homogeneidad y en parte estabilidad del producto terminado, el pro blema ahora radica en encontrar la proporción correcta de los principales ingredientes para formular una mayonesa lo más parecida posible a una comercial. Con lo cual, para atacar este problema se llevarán a cabo seis pruebas de laboratorio que permitan evaluar tres factores (cantidad de aceite, cantidad de agua y cantidad de solución de CMC); y luego determinar un modelo matemático que modele una superficie de respuesta; de esta manera, conociendo la viscosidad de una mayonesa comercial, predecir la mejor combinación.
Funciones
-Gotas de diámetro cercano a 5 . -Aporta viscosidad a la mayonesa. -Brinda sabor al producto. -Da carácter ácido al agua (conservante). -Aporta proteínas y emulsionantes.
Fig. 1. Representación de curvas de flujo para
diferentes fluidos. 1) Fluido newtoniano, 2) Fluido adelgazante, 3) Fluido dilatante y 4) Plástico de Bingham.
1, 2, 3, 4, 5
Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander
2
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La parte experimental de este trabajo consiste en probar diferentes proporciones de cantidad de aceite, cantidad de agua y solución de CMC; manteniendo constante, para todas las pruebas, las cantidades del resto de ingredientes especificadas en la Tabla 3.
2. Objetivos.
2.1. General.
Establecer un modelo matemático que permita formular la concentración de agua, aceite y solución de CMC (carboximetilcelulosa) para preparar una mayonesa comercial.
Tabla 3.
Cantidades de ingredientes no evaluados en el diseño experimental.
2.2. Específicos.
Evaluar la viscosidad de diferentes formulaciones (concentraciones de agua, aceite y solución de CMC) de mayonesa mediante un diseño ex perimental con mezcla (lattice). Formular una mayonesa comercial a partir de materiales caseros y/o de laboratorio.
Ingrediente
Cantidad
Zumo de limón Vinagre Yema de huevo Sal Azúcar
0,75 [ml] 2,02 [ml] 8,2 [g] 1,2 [g] 2,6 [g]
Para llevar a cabo las pruebas, el diseño experimental efectuado propone esquematizar un diagrama ternario (Ver Figura 3). La idea es realizar dos puebas por cada arista del diagrama, obteniéndose así 6 muestras de mayonesa elaboradas en el laboratorio. Las es pecificaciones de cada muestra se presentan en la Tabla 4.
2. Metodología.
3.1. Determinación de la viscosidad para diferentes proporciones de la mezcla. 3.1.1. Equipos y materiales.
Para llevar a cabo las prácticas de laboratorio fueron necesarios los siguientes equipos y reactivos/materiales: aceite, agua, huevos, limón, vinagre, sal, azúcar, balanza, homogeneizador ultraturrax, pipeta, pera, es pátula, vasos desechables, vasos de precipitados, vidrio reloj, papel aluminio. (Ver anexos) Para llevar a cabo la medición de la viscosidad de las 6 muestras de mayonesa elaborada en el laboratorio, la mayonesa comercial y la solución de CMC preparada; fue necesario emplear un equipo llamado Brookfield. (Ver anexos)
Fig. 3. Diagrama ternario (superficie de
respuesta).
Tabla 4.
Especificaciones de cada muestra.
3.1.2. Métodos.
Muestra #1 #2 #3 #4 #5 #6
La práctica comienza con la adecuación de las materias primas, dentro de este paso se incluyen actividades como: extracción de la yema de los huevos, extracción del sumo de limón y preparación de la solución de CMC (750 ppm). La preparación de las muestras constaba de mezclar en los vasos de precipitado todos los ingredientes de la mayonesa y llevarlos al homogeneizador (que opera a 11200 rpm) por 10 minutos.
Agua [g]
Aceite [g]
Solución [g]
100 33 --100 33
33 100 33 100 ---
--100 33 33 100
Luego de obtenidas las 6 muestras de mayonesa, éstas se dejaron en un refrigerador por aproximadamente 4 días. Pasado este período se procedió con la
3
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medición de las viscosidades de las 6 muestras, de una mayonesa comercial y de la solución de CMC preparada; obteniéndose distribuciones de viscosidad contra velocidad de la aguja con la que se realizó la prueba en el Brookfield. (Ver anexos).
3.3. Formulación de una mayonesa comercial.
Para la determinación de las composiciones de la mayonesa, se tuvo en cuenta que generalmente la composición de aceite es del 70 %, por lo tanto se asume X3=0,7. Para las otras composiciones se procede de la siguiente manera:
Cálculo de la viscosidad
= +
La siguiente fórmula otorga resultados en cps, en base húmeda.
= 143,1 = 143,1 ∗ 0,7 = 98,91
VISCOSÍMETRO ANALÓGICO ⇒ ° = ∗
(2) + =
133 − 98,91
= 0,241 (4) 143,1 De la tabla 5 se sabe que = 60504 y además es conocido el valor de , por lo tanto se pueden solu-
Donde: LI = Lectura del instrumento F = Factor
cionar las ecuaciones 3 y 4 simultáneamente, de lo cual resulta que:
El factor es determinado por el rango en que se encuentra la viscosidad leída directamente en el instrumento. Para esto se utilizó la tabla de factores relacionada con el Viscosímetro Brookfield LVF [4]. Nota:
= 0,13897 = 0,10103 4. Resultados.
Las variables de respuesta de la fase metodológica son: la viscosidad de las muestras, de la mayonesa comercial y de la solución de CMC. Así como el modelo matemático propuesto y la respectiva predicción de las concentraciones para formular una mayonesa comercial.
3.2. Formulación del modelo matemático.
Para la formulación del modelo matemático se dis puso del software MINITAB al cual se introdujeron las viscosidades estimadas en el paso anterior y las concentraciones de cada respectiva muestra. El software devuelve como respuesta un modelo matemático ajustando los datos a una ecuación por medio de una regresión, obteniéndose que:
Tabla 5.
Viscosidad estimada en cada prueba del Brookfield. Muestra
= 104363 − 54140 − 49923 + 660513 + 591175 + 277627 (3)
#1 #2 #3 #4 #5 #6 Mayonesa comercial Solución de CMC
Donde:
→ ó . → ó → ó →
Viscosidad [cP]
11 297.905 173 275.958 10 38 60.504 258
La formulación predicha por el modelo propuesto es:
4
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Tabla 6.
Formulación de una mayonesa comercial [6]. Ingrediente Zumo de limón Vinagre Yema de huevo Sal Azúcar Agua Aceite Solución de CMC
6.2. Bibliografía.
Cantidad(g) 10,00 3,30 16,00 0,03 0,12 14,20 50,00 4,90
[1] I. Aranberri; B.P. Binks; P.D.I. Fletcher. Elaboración y caracterización de emulsiones estabilizadas por polímeros y agentes tensoactivos . Revista Iberoameri-
cana de Polímeros. 7:3, 2006, 211-231. [2] Universidad de Oviedo. Grupo de Emulsiones y Fenómenos Interfaciales. 2014-10-31. http://iqtma.uniovi.es/investigacion/gefi [3] ICONTEC. (s.f.). Norma Tecnica Colombiana NTC 1756 Industria Alimentaria Mayonesa. Bogotá, Colombia.
5. Conclusiones y recomendaciones.
Se estableció el modelo matemático que permite formular la concentración de agua, aceite y solución de CMC para la preparación de mayonesa comercial. Las diferencias entre las viscosidades de las muestras se dieron principalmente a la cantidad de aceite en la suspensión.
[4] FFJ / PVR, T. a. Método Brookfield para el análisis de la viscosidad.(2014-11-06).Disponible en la web: http://www.amtexcorp.com/repositorioaps/0/0/jer/info rmacion_tecnica_hijo/metodoviscosidad.pdf
[5] Ma L, Barbosa-C·novas GV. Rheological characterization of mayonnaise. Part II: Flow and viscoelastic El orden de agregación de materias primas properties at different oil and xanthan gum concentraconstituye uno de los puntos clave para obtener tions. J Food Eng. 1995; 25 (3): 409-425. una emulsión estable y con las propiedades deseadas. En el laboratorio se comprobó, que [6] Figoni PI, Shoemaker CF. Characterization of time en el caso de las emulsiones agua en aceite, se dependent flow properties of mayonnaise under steady debe agregar el aceite a la fase acuosa a una ve- shear. J Texture Stud. 1993; 14: 431-442. locidad moderada. ANEXOS
6. Referencias Bibliográficas.
6.1. Agradecimientos.
La realización y el desarrollo de esta práctica se deben en gran parte a la disposición de los técnicos de laboratorio, los señores, Wilson Eduardo Carreño y Luis Eduardo Carreño; así como al constante asesoramiento del ingeniero José Daniel Batista y por último es pertinente destacar la colaboración del ingeniero Guillermo , quién aportó su experiencia y herramientas de laboratorio para determinar la viscosidad de las 6 muestras tomadas en el laboratorio, la mayonesa comercial y la solución de CMC empleados en esta práctica.
Vasos desechables, vidrios reloj, aceite, agua, vinagre, yema de huevo, azúcar, sal y zumo de limón. Anexo 1.
5
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Viscosity function of the Speed 200.000
] p c 150.000 [ y 100.000 t i s o 50.000 c s i 0 V
Anexo 2. Balnza.
000
005
010
015
020
025
Speed [rpm]
Anexo 6. Comportamiento de la viscosidad en función de la velocidad para la muestra de mayonesa comercial.
Viscosity function of the Speed 15
Anexo 3. Homogeneizador ultraturrax y vaso de precipitado.
] p c [ 10 y t i s o c 5 s i V
0 80
100
120
140
160
180
Speed [rpm]
Anexo 7. Comportamiento de la viscosidad en función de la velocidad para la muestra que utiliza 100 [g] de agua por cada 33 [g] de aceite.
Anexo 4. Pipeta y pera.
Viscosity function of the Speed 2.000.000 ] p 1.500.000 c [ y t i 1.000.000 s o c s i 500.000 V
0
Anexo 5.
000
Brookfield para medir la viscosidad de las mues-
tras.
020
040
060
080
100
120
Speed [rpm]
Anexo 8. Comportamiento de la viscosidad en función de la velocidad para la muestra que utiliza 33 [g] de agua por cada 100 [g] de aceite.
6
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Viscosity function of the Speed
Viscosity function of the Speed
60 ] p c [ 40 y t i s o c 20 s i V
300 ] p c [ 200 y t i s o c 100 s i V
0 80
0 80
100
120
140
160
100
180
120
140
160
180
Speed [rpm]
Speed [rpm]
Anexo 12. Comportamiento de la viscosidad en función de la velocidad para la muestra que utiliza 33 [g] de agua por cada 100 [g] de solución.
Anexo 9. Comportamiento de la viscosidad en función de la velocidad para la muestra que utiliza 33 [g] de aceite por cada 100 [g] de solución.
Viscosity function of the Speed
Viscosity function of the Speed
400
1.500.000
] p c 300 [ y t i 200 s o c s i 100 V
] p c [ 1.000.000 y t i s o c 500.000 s i V
0
0 0
20
40
60
80
100
80
120
Viscosity function of the Speed 10 ] p 10 c [ y 10 t i s o 10 c s i V 9
9 120
140
140
160
180
Anexo 13. Comportamiento de la viscosidad en función de la velocidad para la solución.
Anexo 10. Comportamiento de la viscosidad en función de la velocidad para la muestra que utiliza 100 [g] de aceite por cada 33 [g] de solución.
100
120
Speed [rpm]
Speed [rpm]
80
100
160
180
Speed [rpm]
Anexo 11. Comportamiento de la viscosidad en función de la velocidad para la muestra que utiliza 100 [g] de agua por cada 33 [g] de solución.
7
