FOPCA - UNFV CURSO: INGENIERIA DE PROCESOS III PRACTICA 2: MÉTODOS DE LIMPIEZA EN HÚMEDO PROFESOR DE PRACTICAS: ING. GUSTAVO CASTRO MORALES Objetivos 1. Revisión básica necesaria de la operación de lavado húmedo de los alimentos. 2. Simulación de operación de lavado, en ensayo de laboratorio, para determinar la cantidad de agua necesaria para reducir las sustancias contaminantes presentes en los alimentos. 3. Determinar la eficiencia del lavado a contracorriente y con renovación de agua del lavado frente al lavado estacionario y sin renovación de agua. 4. Cuantificar los contaminantes remanentes tras el lavado mediante la utilización de fórmula matemática. La limpieza húmeda elimina eficazmente las partículas de tierra firmemente adheridas y permite el uso de detergentes y productos sanitarios. Desgraciadamente, este método tiene cierto número de inconvenientes. En primer lugar, emplea grandes cantidades de agua (cuyo costo es cada día mayor) que se convierte en un efluente molesto. Los volúmenes de efluente producidos son muy grandes (unos 15 000 litros por tonelada de alimentos, muy polucionantés y exigen un tratamiento caro antes de su vertido final. En segundo lugar, las superficies húmedas se alteran con más rapidez que las secas, de tal modo que la limpieza húmeda exige, a menudo, el escurrido para obtener un material limpio, adecuado para el procesado o el almacenamiento. Cuando se emplean los procedimientos húmedos de limpieza, ha de prestarse una atención muy cuidadosa a la gestión, conservación y calidad del agua, y a la higienización de la planta. Inmersión Es el método más simple de limpieza húmeda y con frecuencia, constituye una etapa preliminar de la limpieza de tubérculos y otros alimentos muy sucios. La tierra adherida resulta así ablandada y, en parte, desprendida junto con las piedras, la arena y otras sustancias abrasivas, que pueden dañar la maquinaria utilizada en las siguientes etapas. Los depósitos de inmersión son de metal, cemento liso u otros materiales de construcción que permitan una limpieza y desinfección frecuentes. No se pueden utilizar en su construcción material absorbentes, como la madera. Disponen de vías de descarga, protegidas por rejillas en el fondo, para eliminar las tierras densas, y en los laterales para la eliminación de los detritos ligeros, que floten y que, en otro caso, acompañaran al producto limpio. La eficacia de la inmersión se mejora: (i) desplazando el agua con respecto a los productos, por medio de agitadores de hélice, cubiertos y alojados en el depósito; (ii) moviendo el producto en el seno del agua, por medio de paletas de movimiento lento o alimentando con [as materias primas un tambor perforado, que gira parcialmente sumergido en el depósito de agua. Estos procedimientos tienden a deteriorar los productos delicados. También se puede agitar por burbujeo de aire comprimido. Este procedimiento es útil para productos delicados, como fresas. espárragos, etc., o productos, como las espinacas o el apio, que atrapan la basura en su interior. El agua caliente mejora la eficacia limpiadora de la inmersión, pero acelera el deterioro de los alimentos. Los detergentes son de uso cada vez más frecuente, especialmente para la limpieza de alimentos contaminados con residuos fitosanitarios y aceites minerales. Se precisa, sin embargo, seleccionar cuidadosamente estos agentes, ya que pueden afectar al aspecto y la textura de los 1
alimentos. Ejemplos de ello son los efectos reblandecedores del hexametafosfato sódico sobre los guisantes y el efecto endurecedor de algunos iones metálicos sobre los guisantes y [os melocotones destinados al enlatado. Con frecuencia, los depósitos de inmersión se alimentan con agua ligeramente contaminada, procedente de etapas de lavado posteriores. De esta manera se consigue economizar agua, con la consiguiente reducción del volumen de efluentes. En esta reutilización contracorriente del agua de lavado, es esencial un riguroso control microbiológico y cambiar regularmente el agua de inmersión. Para disminuir la carga bacteriana en los tanques, se suele clorar el agua, pero si la demanda química de oxígeno (COD) es grande se agota rápidamente el cloro activo, de forma que se necesitan grandes concentraciones de este elemento; las concentraciones altas de cloro pueden afectar a los alimentos; por ejemplo, pueden ennegrecer las patatas. No obstante, conociendo bien las ventajas y las limitaciones de su uso, el cloro resulta un valioso auxiliar de la limpieza. Lavado por aspersión Probablemente sea éste el método de lavado húmedo más utilizado; durante él se exponen las superficies del alimento a duchas de agua. La eficacia del lavado por aspersión depende de la presión, del volumen y de la temperatura del agua empleados, de la distancia del producto al chorro, del tiempo de exposición del alimento a la ducha y del número de chorros de aspersión utilizados. En general, es conveniente utilizar un volumen de agua pequeño y a presión elevada. Sin embargo, las presiones elevadas pueden dañar las frutas maduras y blandas, como las fresas, o las hortalizas delicadas, como los espárragos. A veces, se utilizan duchas a presión elevada para eliminar contaminantes muy adheridos, por ejemplo, los hongos negros de los cítricos. Lavadores de tambor y aspersión. Estos lavadores consisten en un tambor de barras o rodillos metálicos, separados de forma que retengan los alimentos y dejen pasar los detritos. El tambor gira lentamente, en posición inclinada. La velocidad de giro y el ángulo de inclinación controlan, tanto el movimiento de los alimentos en el tambor, como la duración del ciclo de lavado. El cilindro está provisto de un tubo central de aspersión, con cabezal es aspersores o rendijas a través de los que se dispersa el agua (Fig.2). La abrasión que se produce en estos lavadores contribuye a ablandar la suciedad, pero puede dañar los alimentos. Lavadores de cinta y aspersión. Consisten simplemente en un transportador (por ej., una cinta continua perforada) que desplaza los alimentos bajo un banco de aspersores de agua. Con productos de forma casi esférica, como las manzanas, se mejora el contacto utilizando rodillos que hagan girar la fruta bajo las duchas (Fig. 2). El movimiento de las piezas pequeñas bajo las duchas se logra usando sistemas de transporte vibratorios. La necesidad de economizar agua y reducir el volumen y concentración de efluentes, a la que nos hemos referido antes, han motivado numerosas investigaciones relativas a diversos aspectos del procesado de alimentos; como ejemplos, cabe citar el desarrollo del escaldado con cantidades reducidas de agua y los procesos de pelado. Un progreso reciente, en este campo de la limpieza en húmedo, es el USDA Ruber-Disc Cleaner. En este proceso, los tomates se liberan, en primer lugar, de la contaminación grosera, sumergiéndolos en un tanque; después se transportan mecánicamente a un canal poco profundo, de 10m de longitud y 0,3 m de anchura, en el que se eliminan en 15 - 25 s las partículas de tierra adheridas, frotando el fruto con discos de caucho blando, que giran axialmente a 450 r.p.m. Los discos, de perfil especial, que tienen unos 11 cm de diámetro, van montados, a intervalos de 8 cm, sobre ejes giratorios cónicos que dirigen el 2
producto desde el extremo de entrada al de salida. De este modo, las piezas húmedas son cepilladas a medida que avanzan a lo largo del canal; las partículas de tierra se depositan en la base del canal, de donde se extraen. Las partículas residuales de tierra se separan mediante una ducha con agua y-detergentes, o espumas detergentes. Así se reduce sustancialmente el consumo de agua y el volumen de efluentes; se utilizan unos 20 litros de agua por tonelada de fruta, frente a los 1.500-5.000 litros ton-1 utilizados en los procesos convencionales de limpieza. Por término medio, se elimina el 99%, 94% Y 97%, respectivamente, de partículas de tierra, bacterias y esporas.
Lavado por flotación Este método se basa en las diferencias de densidad entre las partes valiosas y el material contaminante de la partida de alimentos a limpiar. Las manzanas magulladas o podridas se hunden en el agua, por lo que se pueden separar de las sanas sumergiéndolas en agua y recogiendo la fruta que flote. Los detritos más pesados se pueden extraer pasando el producto a limpiar por una serie de compartimentos separados por láminas ajustables. Los contaminantes más pesados quedan atrapados y son retenidos por la lámina. El producto, contaminado ahora sólo con sustancias de igualo menor densidad, se limpia pasándolo por un tamiz vibratorio, en el que, por aspersión de agua, se retiran los contaminantes finos. El sistema de lavado por flotación que se ilustra en la Figura 3 separa eficazmente las piedras, la 3
suciedad y los detritos vegetales que acompañan a los guisantes, las alubias, los frutos secos y otros productos semejantes, a velocidades de hasta tres toneladas por hora. Se precisan caudales de agua del orden de 200-500 litros por minuto, es decir, un consumo de agua de 4.000 - 10.000 litros por tonelada de producto. A estos consumos, se precisa recircular el agua. La flotación por espuma se basa en el principio de humectación diferencial de los alimentos y sus contaminantes; es una forma perfeccionada del método de flotación. Un proceso típico de esta naturaleza permite liberar los guisantes de malas hierbas, sumergiéndolos en una emulsión diluida de aceite mineral, a través de la que se burbujea aire. Los contaminantes flotan y se retiran arrastrando la espuma. Los guisantes limpios se someten, luego, a un lavado final, para liberarlos de la emulsión adherida.
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PROCEDIMIENTOS DE LIMPIEZA COMBINADOS Según se ha indicado antes, generalmente se usan métodos combinados de limpieza. Muchos de los aparatos de limpieza constan de varias secciones, combinadas en una sola unidad. Así, las lavadoras de guisantes o alubias están, casi siempre, compuestas por un tanque de inmersión conectado a un lavador de tambor y aspersión, seguido de un tamiz de escurrido. Los tamices para la limpieza suelen combinarse con un dispositivo de aspiración y un separador magnético. Un ejemplo típico de procedimiento combinado es el utilizado para limpiar el trigo destinado a la fabricación de harina. En el diagrama se ilustran las etapas del proceso. En cadenas de limpieza como ésta, la manipulación entre sucesivas etapas requiere un diseño y una selección cuidadosa, para controlar los daños ocasionados al producto, los volúmenes de efluentes.
Lavado y limpieza de frutas Esta operación elimina suciedad, tierra, bacterias superficiales, mohos y otros contaminantes como insecticidas y fertilizantes. Los frutos blandos, tales como las fresas y las setas se lavan sobre cintas transportadoras con aspersores de agua en tanto que los cítricos y otras frutas más duras se lavan en equipos rotatorios. Algunos frutos se rocían con una solución desinfectante a concentraciones de 15 ppm. Se debe tener en cuenta que la capa externa de cera protectora de la piel de las manzanas y peras tiene tal poder de retención que los insecticidas con los que se han tratado por aspersión no pueden eliminarse sino es lavándolas con detergente. 5
MODELO DEL LAVADO: Determinar la cantidad de impurezas después de ” n” lavados ( Xn):
Xn = X [ 1 / (1 +y ) ]n Donde: -
Xn : Cantidad de contaminante final (kg). X : Cantidad de contaminante inicial (kg). y : Fracción; (Cantidad de agua por lavado/Cantidad de agua en alimento) . n : Número de lavados.
Pero si el alimento se lava con la misma cantidad total de agua que la utilizada en las n etapas de lavado, es decir nyx, pero en una sola etapa, el contenido de impurezas será:
X1n = X [ 1 / (ny + 1) ]. Dando como resultado una menor disminución del contaminante. EJEMPLO 1.- Se ha encontrado que 100 kg de cuajada de caseína contiene, después de ser precipitada y escurrida, un 66% de líquido y que este líquido contiene un 4,5% de lactosa. Calcular la lactosa residual en la caseína después del lavado, si la cuajada se lava tres veces con 194 kg de agua fresca cada vez, y calcular además la cantidad de agua que habría que utilizar en una sola etapa de lavado para obtener la misma cantidad de lactosa en la cuajada que la obtenida después de los tres lavados. Suponer que después del lavado y del desagüe la humedad de la cuajada es del 66% cada vez. Sol.-
Xn = X [ 1 / (1 +y ) ]n n=3 X = 3kg. y = 194/66 = 2.94
ahora:
Xn = 3[
3
= 0,049 kg
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Cantidad de agua para obtener la misma reducción de contaminante en un solo lavado:
X1n = X [ 1 / (ny + 1) ]. Reemplazando y despejando en la formula.
0,049 = 3 [
]
ny = 61,5 Por lo tanto agua total utilizada :
xny = 61,5 * 66 = 4060kg
PARTE EXPERIMENTAL: 1. Preparar 500ml de una solución de sacarosa al 15%; en duplicado. 2. Proceder a lavar la solución con 100ml de agua destilada cantidades medidas en fiola la solución de sacarosa. Para ello vaciar la solución de sacarosa en un vaso de 1000ml mezclar con los 100ml de agua destilada de lavado y luego enrasar en fiola de 500ml. Realizar por 5 veces el lavado 3. Determinar por formula la cantidad de contamínate remanente después de cada lavado. 4. Determinar los grados Brix después de cada lavado. 5. Graficar el descenso de los kg de sustancia contaminante en función del número de lavados. 6. Luego adicionar la cantidad de agua total utilizada en todos los lavados a la otra solución preparada y determinar la cantidad final de azúcar por formula y por determinación de los grados Brix.
Resolver.- Se ha encontrado que durante el procesado de elaboración de mantequilla a partir de crema al 40% de grasa, que 2500 kg de granos de mantequilla contiene, después de ser escurrida, un 45% de líquido y que este líquido contiene un 2,5% de lactosa. Calcular la lactosa residual en los granos después del lavado, si los granos de mantequilla se lava 5 veces con 1000 kg de agua fresca cada vez, y calcular además la cantidad de agua que habría que utilizar en una sola etapa de lavado para obtener la misma cantidad de lactosa en los granos de mantequilla que la obtenida después de los tres lavados. Suponer que después del lavado y del desagüe la humedad de los granos es del 45% cada vez.
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