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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍAS E INGENIERÍA MÓDULO: 211616 – PROCESOS FRUVER
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS
PROCESOS FRUVER
211616
AUTOR
Carolina León Virgüez
ACREDITADOR
Ruth Isabel Ramírez Acero
2013
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍAS E INGENIERÍA MÓDULO: 211616 – PROCESOS FRUVER
Contenido UNIDAD 1: TECNOLOGÍA DE PROCESAMIENTOS ................................................................................ 8
CAPITULO 1: PROPIEDADES DE LAS FRUTAS Y HORTALIZAS ............................................................. 11
Introducción. ................................................................................................................................. 11
Lección 1: Estructura y clasificación de las frutas y hortalizas. ..................................................... 11
Clasificación de las frutas. ......................................................................................................... 12
Clasificación de las verduras y hortalizas. ................................................................................. 14
Lección 2: Composición de las frutas y hortalizas. ........................................................................ 15
Composición de las frutas. ........................................................................................................ 16
Composición de las hortalizas ................................................................................................... 21
Lección 3: Enzimas vegetales. ....................................................................................................... 23
Factores que promueven la disminución de actividad enzimática. .......................................... 24
Lección 4: Biosíntesis de pigmentos y aromas .............................................................................. 30
Aroma ........................................................................................................................................ 30
Pigmentos. ................................................................................................................................. 33
Lección 5: Factores antinutricionales o tóxicos. .......................................................................... 36
Ejercicios del Capítulo 1. ............................................................................................................... 37
CAPITULO 2: BIOQUÍMICA DE LAS FRUTAS Y HORTALIZAS .............................................................. 38
Introducción. ................................................................................................................................. 38
Lección 6: Respiración como proceso bioquímico ........................................................................ 39
Glucolisis. ................................................................................................................................... 40
Respiración aeróbica. ................................................................................................................ 44
FOTOSÍNTESIS ............................................................................................................................ 52
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Lección 7: Coeficiente respiratorio CR .......................................................................................... 55
Lección 8: Intensidad Respiratoria IR ............................................................................................ 57
Lección 9: Relación temperatura y oxígeno e IR ........................................................................ 58
Lección 10: Efecto de las hormonas vegetales en el proceso de maduración de frutas ............. 59
Efecto del etileno. ..................................................................................................................... 60
Biosíntesis del etileno................................................................................................................ 60
Efecto de las auxinas. ................................................................................................................ 64
Efecto de las giberelinas. ........................................................................................................... 65
Efecto de las citocininas. ........................................................................................................... 66
Ejercicios del Capítulo 2 ................................................................................................................ 68
CAPITULO 3: MECANISMOS DE DETERIORO EN FRUTAS Y HORTALIZAS.......................................... 69
Introducción .................................................................................................................................. 69
Lección 11: Pardeamiento enzimático .......................................................................................... 70
Sustratos. ................................................................................................................................... 71
Mecanismos de reacción. .......................................................................................................... 71
Prevención del pardeamiento enzimático. ............................................................................... 74
Lección 12: Oxidación del ácido ascórbico ................................................................................... 76
Lección 13: Degradación clorofilas ................................................................................................ 78
Lección 14: Degradación de hidroperóxidos ................................................................................. 79
Fase de iniciación. ..................................................................................................................... 80
Fotooxigenación. ....................................................................................................................... 80
Fase de propagación. ................................................................................................................ 81
Antioxidantes. ........................................................................................................................... 83
Lección 15: Acción peroxidasa ...................................................................................................... 86
Mecanismo de reacción. ........................................................................................................... 86
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Ejercicios del Capítulo 3 ................................................................................................................ 88
ACTIVIDADES ................................................................................................................................. 88
UNIDAD 2: INGENIERÍA DE PROCESOS 1 ........................................................................................... 89
CAPITULO 4: PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LOS PROCESOS Y OPERACIONES UNITARIOS EN
FRUTAS Y HORTALIZAS. ..................................................................................................................... 92
Introducción. ................................................................................................................................. 92
Lección 16: Psicrometría. .............................................................................................................. 92
Propiedades del aire seco. ........................................................................................................ 93
Propiedades de vapor de agua. ................................................................................................. 94
Propiedades de las mezclas aire-vapor. .................................................................................... 95
Lección 17: Transmisión de calor ................................................................................................ 103
Transferencia de calor por conducción. .................................................................................. 103
Transferencia de calor por convección. .................................................................................. 104
Transferencia de calor en estado estacionario. ...................................................................... 105
Lección 18: Transmisión de masa................................................................................................ 110
Proceso de difusión. ................................................................................................................ 110
Separación por membranas .................................................................................................... 111
Lección 19: Propiedades reológicas y textura ............................................................................. 112
Lección 20: Propiedades térmicas ............................................................................................... 113
Capacidad calorífica. ............................................................................................................... 113
Conductividad Térmica. ........................................................................................................... 114
CAPITULO 5: OPERACIONES UNITARIAS DE TRANSPORTE Y SEPARACIONES FÍSICAS EN FRUTAS Y
HORTALIZAS. ................................................................................................................................... 117
Introducción. ............................................................................................................................... 117
Lección 21: Flujo y mezcla de fluidos .......................................................................................... 117
Esfuerzo cortante y viscosidad. ............................................................................................... 118
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Lección 22: Filtración y Centrifugación. ..................................................................................... 122
Filtración. ................................................................................................................................. 122
Centrifugación. ........................................................................................................................ 125
lección 23: procesos químicos. ................................................................................................... 125
Conservación por adición de azúcar. Osmodeshidratación. ................................................... 126
Lección 25: Procesos biológicos. ................................................................................................. 127
FERMENTACIÓN. ..................................................................................................................... 127
Fermentación en vegetales ......................................................................................................... 127
Ejercicios del Capítulo 5. ............................................................................................................. 129
CAPITULO 6: TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN FRUTAS Y HORTALIZAS. ............................................ 130
Introducción ................................................................................................................................ 130
Lección 26: Escaldado ................................................................................................................. 130
Lección 27: Congelación .............................................................................................................. 133
Sistemas de congelación. ........................................................................................................ 143
Lección 28: Refrigeración. ........................................................................................................... 147
Fundamentos de la refrigeración. ........................................................................................... 147
Lección 29: Irradiación de Alimentos. ......................................................................................... 151
UNIDAD 3: INGENIERÍA DE PROCESOS II ......................................................................................... 160
CAPITULO 7: ELIMINACIÓN DE AGUA EN FRUTAS Y HORTALIZAS .................................................. 163
Introducción. ............................................................................................................................... 163
Lección 31: Concentración. ......................................................................................................... 163
Aumento en el punto de ebullición. ........................................................................................ 164
Principios físicos de la evaporación. ........................................................................................ 165
EQUIPOS. ................................................................................................................................. 168
Lección 32: Secado. ..................................................................................................................... 171
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Velocidad de secado. ............................................................................................................... 172
Lección 33: Liofilización. .............................................................................................................. 178
Congelación. ............................................................................................................................ 179
Secado por sublimación. ......................................................................................................... 180
Equipo de liofilización. ............................................................................................................ 185
Lección 34: Crioconcentración. ................................................................................................... 186
EQUIPO .................................................................................................................................... 187
Cálculo del contenido de hielo y de solución concentrada. .................................................... 187
Lección 35: Atomización.............................................................................................................. 190
Equipos. ................................................................................................................................... 191
Calentamiento del aire. ........................................................................................................... 192
Equipos. ................................................................................................................................... 192
Cálculos asociados al secado por atomización. ....................................................................... 195
CAPITULO 8: ENVASES Y EMPAQUES. ............................................................................................. 196
Introducción. ............................................................................................................................... 196
Lección 41 Transferencia de materia y permeabilidad del material de envase. ....................... 196
Lección 42. Tecnologías de tratamientos térmicos de productos envasados. .......................... 197
Lección 43. Envases inteligentes. ................................................................................................ 198
Lección 44. Envases y empaque para productos frescos. ........................................................... 198
Atmosferas modificadas. ......................................................................................................... 199
ATMOSFERAS CONTROLADAS. ................................................................................................ 202
Empacado al vacío. .................................................................................................................. 202
Empacado activo. .................................................................................................................... 203
Lección 45. Envases y empaque para productos procesados .................................................. 203
CAPITULO 9: Inocuidad y Tecnologías emergentes en frutas y hortalizas. .................................... 204
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Introducción. ............................................................................................................................... 204
Lección 41: Microencapsulación. ................................................................................................ 204
Microencapsulación de alimentos. ............................................................................................. 205
Lección 42: Tecnologías de pulsos eléctricos. ............................................................................. 205
Lección 43: Nuevas fuentes de antioxidantes ............................................................................. 205
Lección 44: Inocuidad. ................................................................................................................. 206
Alemania se enfrenta a la epidemia más grave de E. coli de toda su historia ................................................ 206
Epidemia inusual .......................................................................................................................... 207
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UNIDAD 1: TECNOLOGÍA DE PROCESAMIENTOS
Nombre de la Unidad Tecnología de Procesamientos
Justificación
La importancia en la comprensión de los fenómenos
bioquímicos que tienen lugar en las frutas y hortalizas
radica en la necesidad de establecer claramente los
mecanismos que intervienen en su crecimiento y
desarrollo, para de esta forma, estar en capacidad de
diseñar y aplicar métodos de transporte, conservación y
transformación que garanticen la calidad de los
productos obtenidos en diferentes procesos.
Para iniciar se debe presentar un contexto de la
clasificación y composición de frutas y hortalizas que
permita una caracterización general de la materia prima,
el estudiante debe conocer cada uno de los
componentes que hacen parte de las alimentos y la
proporción en que esto se encuentran distribuidos.
Con estas bases se procede a la presentación de los
principales procesos bioquímicos mediante los cuales los
alimentos vegetales se desarrollan, estos son la
respiración y la maduración. En este punto es necesario
precisar que se requieren algunos conceptos básicos
previos de fisiología vegetal, que son presentados a nivel
general en el inicio de la Unidad. La temática de esta
sección de la Unidad está orientada al área bioquímica y
resulta de gran importancia para el desarrollo de las
unidades posteriores.
Se hace un especial énfasis en el efecto de cada
mecanismo bioquímico sobre las características finales
obtenidas por el alimento a nivel organoléptico y físico.
Los tejidos vegetales experimentan durante su existencia
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diferentes reacciones de deterioro que afectan sus
características nutritivas, físicas y organolépticas, en
general son reacciones naturales que suelen coincidir
con el fin del periodo de maduración, o que pueden
presentarse en fases anteriores cuando son sometidos a
condiciones extremas. En el Capítulo 3 se estudiarán los
principales mecanismos de deterioro de las frutas y
hortalizas, cuya comprensión estará fundamentada en la
mayoría de los casos en los proceso vistos en el
Capítulo 2.
En conclusión la Unidad 1 presenta los conceptos
fundamentales de la fisiología de frutas y hortalizas
requeridos para comprender los procesos unitarios que
intervienen en la transformación de estas materias
primas.
Intencionalidades
Formativas
Proporcionar los conocimientos fundamentales con
respecto a la clasificación y composición de las frutas y
hortalizas de común manejo en la industria.
Presentar la información relacionada con los procesos
naturales de formación de aromas y pigmentos.
Caracterizar los procesos bioquímicos comprendidos en
la respiración y maduración de frutas y verduras y la
influencia de factores como la temperatura,
concentración de oxígeno y presencia de enzimas en su
desarrollo.
Describir los mecanismos de deterioro natural de frutas y
hortalizas con el fin de sentar las bases conceptuales
para la comprensión de los métodos de conservación.
CAPITULO 1 Propiedades de las frutas y hortalizas
Lección 1 Estructura de las materias primas
Lección 2 Composición de las materias primas
Lección 3 Enzimas vegetales
Lección 4 Biosíntesis de pigmentos y aromas
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Lección 5 Factores antinutricionales o tóxicos
CAPITULO 2 Bioquímica de las frutas y hortalizas
Lección 6 Respiración como proceso bioquímico
Lección 7 Coeficiente respiratorio CR
Lección 8 Intensidad respiratoria IR
Lección 9 Relación temperatura y Oxigeno e IR
Lección 10 Efecto de las hormonas vegetales en el proceso de
maduración de frutas
CAPITULO 3 Mecanismos de deterioro en frutas y hortalizas
Lección 11 Pardeamiento enzimático
Lección 12 Oxidación del ácido ascórbico
Lección 13 Degradación de clorofilas
Lección 14 Degradación de hidroperóxidos
Lección 15 Acción peroxidasa
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CAPITULO 1: PROPIEDADES DE LAS FRUTAS Y HORTALIZAS
INTRODUCCIÓN.
Una importante fracción de la alimentación humana está basada en el consumo de
frutas y hortalizas, estos alimentos de origen natural aportan desde tiempos
inmemorables una fuente de vitaminas, minerales, fibra alimentaria y
carbohidratos al ser humano. Debido a la gran diversidad de especies y gamas de
resultados generados en las propiedades organolépticas, el consumo de frutas y
hortalizas tiene un alto nivel de aceptación en todos los públicos. El consumo de
frutas y hortalizas puede hacerse en algunos casos de forma directa en fresco, sin
embargo, con el desarrollo del área de tratamiento de alimentos se han incluido
diferentes métodos de limpieza y procesos, dando origen a una amplia gama de
productos de origen vegetal.
LECCIÓN 1: ESTRUCTURA Y CLASIFICACIÓN DE LAS FRUTAS Y
HORTALIZAS.
La diferenciación entre frutas y hortalizas puede entenderse teniendo en cuenta su
origen y características de consumo, bajo esta guía, y aun cuando es muy difícil
llegar a un conceso en este aspecto, se propone trabajar con las siguientes
definiciones:
Frutas: Todo aquel fruto o parte carnosa de un órgano floral que se encuentra en
un estado de madurez tal que permite el consumo humano.
Hortalizas: Parte de un vegetal que puede ser usada para consumo humano en
estado fresco, en conserva o en cualquier otro tipo de preparación.
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Verduras: Las verduras están contempladas dentro del grupo de hortalizas, su
definición formal es la de todos aquellos vegetales cuya parte comestible
corresponde a los órganos verdes tales como hojas, tallos o inflorescencias.
Clasificación de las frutas.
Debido a la diversidad de características que poseen las frutas, no es posible
hablar de una clasificación única para este grupo de alimentos, sin embargo, se
manejan tres categorías principales a nivel académico e industrial. Los criterios de
clasificación de las frutas incluyen su naturaleza, su estado de hidratación, su
fisiología y su categoría comercial.
Según su naturaleza las frutas pueden ser carnosas cuando contienen un 50% de
agua en su parte comestible como el melocotón o la pera; secas cuando el
contenido de humedad es menor del 50% en la parte comestible, por ejemplo
avellanas, nueces, higos, ciruelas pasas y almendras; y oleaginosas cuando se
emplean para la obtención de grasas y aceites, como es el caso de la oliva, las
aceitunas, el aguacate y el coco. Las frutas carnosas se clasifican a su vez de
acuerdo al tipo de fruto de procedencia y a la disposición de las semillas [1].
Tabla 1.1: Clasificación general de frutas.
Denominación Ejemplo
Bayas Uvas, arándanos
Hesperidium Naranja, pomelo, limón
Pepónidas Melón, sandía
Drupas Cerezas, melocotón, albaricoque,
ciruela
Rosáceas Manzanas. Peras
Agregadas Fresas, frambuesas. Grosella
Múltiples Piña, higo
Fuente: Adaptación [1].
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Las bayas están conformadas por agrupaciones de pequeños agregados, tienen
un fino epicarpio que va desde el rojo de la fresa hasta el morado en las moras [1].
Las frutas de la categoría Hesperidium se caracterizan por contener una gran
cantidad de aceites aromáticos en la capa más externa, mientras que en la parte
interna se encuentran concentradas las pectinas. El endocarpio contiene una serie
de gajos que contiene el zumo y se ubican alrededor del depósito de semillas.
Figura 1.1: Estructura de un fruto tipo baya.
Fuente: [2].
Las frutas Rosáceas poseen un endocarpio carnoso y un pericarpio resistente con
una sola semilla o blando y con varia semillas. Las Pepónides son de gran tamaño
y están cubiertas por una corteza dura, en su interior tienen un tejido carnoso que
encierra un gran número de semillas. Las frutas agregadas y múltiples se
determinan dependiendo del comportamiento de la inflorescencia en su desarrollo,
cuando de una sola flor se obtienen varios frutos se habla de agregados, mientras
que cuando varias flores participan en la formación de un solo fruto, se tiene un
fruto múltiple.
De acuerdo al estado de hidratación, las frutas pueden ser frescas, deshidratadas
o desecadas. Las frutas frescas son aquellas que se encuentran en su estado
natural, pudiendo ser consumidas directamente sin ningún tratamiento previo. En
las frutas deshidratadas se ha reducido el contenido de humedad mediante técnica
son naturales pero autorizadas, de tal forma que sus propiedades nutritiva no se
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han visto afectadas. Por último, las frutas desecadas han sufrido una disminución
considerable de su contenido de humedad por acción natural del aire o del sol.
La categorización por fisiología comprende las frutas climatéricas y no
climatéricas, el criterio de elección está relacionado con el ciclo de respiración de
la fruta y su comportamiento fisiológico durante la maduración, en la Lección 10 se
profundizara sobre estos conceptos.
Teniendo en cuenta características como el color, sabor, olor y textura las frutas
se pueden clasificar comercialmente incluyéndolas en diferentes categorías que
determinarán su precio y proceso de comercialización, por ejemplo, para
manzanas y peras se han definido las clases Extra I y Extra II cuyos niveles de
calidad varían entre si determinando el mercado al cual estarán dirigidas.
Clasificación de las verduras y hortalizas.
El grupo de las verduras y hortalizas es bastante heterogéneo y comprende
alimentos de diversa naturaleza. Su clasificación se basa en la parte de la planta a
la cual pertenecen, la presentación y la categoría comercial.
El criterio más específico corresponde a la parte de procedencia en la planta, la
hortaliza puede ser denominada como bulbo, fruto, col, hojas y tallos tiernos,
inflorescencia, legumbre verde, pepónide y raíz. En la Tabla 1.2 se presentan los
nombres de hortalizas comunes bajo esta clasificación.
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Tabla 1.2: Clasificación general de hortalizas.
CLASIFICACIÓN DE HORTALIZAS
Hojas
Flores
inflorescencias
tallos
Bulbos raíces
y tubérculos
ó tallos
subterráneos
Frutos Legumbres Hierbas
Lechugas Brócoli Cebolla Tomate Arveja Cebollín
Espinacas Coliflor Cabezona Pepinos Fríjol Eneldo
Berros Alcaparras Ajo Pimienta Habas Perejil
Perejil Alcachofas Remolacha Calabazas Habichuelas Mostaza
Acelgas Espárragos Zanahoria Berenjenas Guascas
Espinacas Apio Yuca Plátanos
Repollo Cebolla Ñame
larga Arracacha
Palmito Rábano
Nabos
Papa
Cúbios
Ibias
Fuente: Adaptación [1].
LECCIÓN 2: COMPOSICIÓN DE LAS FRUTAS Y HORTALIZAS.
La composición de las frutas y hortalizas varía dependiendo de su tipo y nivel de
maduración, factores como la ubicación geográfica de las plantas, época de
recolección y características especiales de la siembra determinan la variación en
los contenidos de carbohidratos, proteínas, agua, vitaminas, lípidos y polisacáridos
entre otros.
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Composición de las frutas.
En las frutas el componente mayoritario es el agua presentándose entre el 75% y
el 90% del peso de la parte comestible, los azucares constituyen entre el 5% y el
18% y los polisacáridos y ácidos orgánicos entre el 0,5 % y el 6%. Otros
compuestos de menor presencia son los compuestos nitrogenados que se
encuentran en un rango entre 0,1% y 1,5%; y las grasas que pueden oscilar entre
0,1% y 0,5%. Las sustancias responsables de alguna características
organolépticas se presentan generalmente en muy bajas concentraciones, en la
Tabla 1.3 se presenta la composición de algunos frutos conocidos, si usted desea
ampliar el número de datos puede consultar la bibliografía que se presenta al final
del capítulo.
Carbohidratos.
Los carbohidratos (Hidratos de Carbono) juegan un papel importante en la
composición de las frutas y hortalizas, químicamente se definen como cadenas
conformadas por Carbono, Hidrogeno y Oxigeno, su degradación en cualquier
sistema genera un aumento en el nivel de energía por ello se reconocen como
fuentes energéticas por naturaleza.
En las frutas los carbohidratos más comunes se presentan en forma de azucares,
almidón, fibra y algunos polialcoholes, el contenido de estos compuestos varía
depende de factores relacionados con la época de recolección, la variedad y el
grado de madurez. El azúcar se expresa en forma de fructosa, glucosa y sacarosa
mayoritariamente, aunque también se han encontrado trazas de xilosa, arabinosa
y manosa. En la Tabla 1.4 se presenta el contenido de azucares en algunas frutas
reconocidas.
Las drupas generalmente tienen un alto contenido en sacarosa, mientras que las
pomas se caracterizan por el contenido de glucosa y fructosa, siendo esta última
de mayor proporción
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Tabla 1.3: Composición de algunos frutos reconocidos.
Fruto Agua Proteína Carbohidratos Lípidos Fibra
Aguacate 78.8 1.5 5.9 1.2 1.8
Aceituna 73.8 0.8 1 2.0 4.4
Albaricoque 87.6 0.8 9.5 Tr 2.1
Cereza 83.7 0.8 13.5 0.5 1.5
Ciruela 86.3 0.6 11 Tr 2.1
Fresa 89.6 .0.7 7 0.5 2.2
Higo 80.3 1.2 16 Tr 2.5
Limón 98.4 0.3 1.3 Tr 0
Mandarina 88.3 0.8 9 Tr 1.9
Manzana 85.7 0.3 12 Tr 2
Melocotón 89 0.6 9 Tr 1.4
Melón 92.4 0.6 6 Tr 1
Naranja 88.6 0.8 8.6 Tr 2
Pera 86.7 0.4 10.6 Tr 2.3
Piña 86.8 0.5 11.5 Tr 1.2
Plátano 75.1 1.2 20 0.3 3.4
Sandía 64.6 0.4 4.5 Tr 0.5
Uva 82.3 0.6 16.1 Tr 0.9
Fuente: [3].
En cuanto al contenido de almidón, otro carbohidrato reconocido, generalmente es
mayor en la fruta no madura y disminuye con los procesos metabólicos de
evolución, con excepción de algunos frutos como el plátano, la chirimoya y el Kiwi.
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Fibra.
La fibra se expresa en forma de celulosa, hemicelulosa, lignina y pectina, los tres
primeros compuestos conforman las paredes celulares del fruto. Las pectinas
confieren consistencia y características de textura a la fruta, siendo compuestos
poliméricos de alto peso molecular, la degradación de la pectina a compuestos
solubles y ácido galacturónico ocurre durante la maduración y sobremaduración.
El contenido de fibra total se encuentra entre 0,3% para la sandía y 2,5 para el
plátano. En general la fibra insoluble se encuentra en mayor proporción de la fibra
soluble, tal como se indica en la Tabla 1.5.
Lípidos.
En las frutas frescas no se encuentran contenidos importantes de lípidos, las
semillas de algunas drupas presentan contenidos de hasta 50% y las ceras
presentes en los recubrimientos de pomos son de especial interés por el efecto
protector que desarrollan ante insectos o microorganismos patógenos. El aguacate
resulta una excepción con un contenido de hasta 30% en lípidos, representados
como ácido oleico, el coco a su vez es rico en acido palmítico.
Las frutas secas y las semillas de las frutas oleaginosas como girasol, maní, linaza
y aceituna so ricas en lípidos.
Proteínas.
Las pocas proteínas presentes en las frutas están asociadas a las enzimas que
participan en los procesos de maduración.
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Tabla 1.4: Composición en azucares de diversas frutas.
COMPOSICIÓN DE AZÚCARES DE DIVERSAS
FRUTAS
(porcentaje de porción comestible)
Fruto Glucosa Fructuosa Sacarosa
Bayas
Zarzamora 3.2 2.9 0.2
Fresas 2.6 2.3 1.3
Grosolia 2.3 1.0 0.2
Frambuesa 2.3 3.7 1.0
Uva 8.2 2.4 0.0
Piña 2.3 8.0 7.9
Plátano 5.8 3.8 6.6
Dátil 32.0 4.0 8.2
Higo 5.5 23.7 0.0
Drupas
Albaricoque 1.9 0.4 4.4
Cereza 5.5 66.1 0.0
Melocotón 1.5 0.9 6.7
Ciruela 3.5 1.3 1.5
Hesperidios
Naranja 2.4 2.4 4.7
Pomelo 2.0 1.2 2.1
Limón 0.5 0.9 0.2
Pomas
Manzana 1.8 5.0 2.4
Pera 2..2 6.0 1.1
Fuente: [4].
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Vitaminas.
Las Vitaminas A y C se encuentran en una proporción considerable en las frutas.
La Vitamina A o retinol se sintetiza a partir de carotenoides tales como beta-
caroteno, alfa-caroteno y beta-criptoxantina, a partir de 6μg de beta-caroteno es
posible obtener 1 μg de Vitamina A, mientras que para los otros carotenos el
rendimiento se reduce a la mitad.
Tabla 1.5: Contenido en fibra dietética de algunos frutos (g fibra/100g fruta).
CONTENIDO EN FIBRA DIETÉTICA DE ALGUNAS
FRUTAS
(los valores se expresan en g de fibra/100g de fruta)
Fruta Fibra insoluble Fibra soluble Fibra total
Ciruela 1.76 1.12 2.87
Fresas 1.70 0.60 2.30
Kiwi 2.61 0.80 3.39
Mandarina 1.40 0.40 1.80
Manzana 1.54 0.67 2.21
Melocotón 1.16 0.84 2.00
Naranja 0.99 1.37 2.35
Pera 2.25 0.92 3.17
Piña 1.42 0.04 1.46
Plátano 1.21 0.58 1.79
Sandia 0.27 0.13 0.40
Uvas
(verdes) 0.32 0.58 0.90
Fuente: [5].
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La Vitamina C también conocida como ácido ascórbico suele encontrarse
mayoritariamente en las cortezas o piel de frutas como melocotón, manzana,
naranja, guayaba y acerola, según estudios realizados para distintas especies, el
contenido es entre tres y cinco veces mayor que en la pulpa.
En cuanto al ácido fólico, perteneciente al complejo de Vitaminas B, está presente
principalmente en las naranjas en una concentración de 40μg/100g de fruta, en las
fresas y frambuesas con 45-52μg/100g y en el kiwi con una fracción aproximada
de 30μg/100g. En la Tabla 1.6 se presentan las vitaminas más reconocidas
contenidas en frutas y hortalizas reconocidas.
Minerales.
El contenido de los minerales es muy escaso en las frutas, solo se destaca la
presencia de potasio y fosforo en frutas como plátano, kiwi, melón y uvas negras.
Composición de las hortalizas.
Las hortalizas al igual que otros alimentos de origen vegetal contienen un alto nivel
de hidratación, entre el 80% y el 90% del total de su peso, la mayoría no contienen
niveles apreciables de grasa y la presencia de proteínas y carbohidratos es muy
baja. La materia seca de las hortalizas está compuesta por un porcentaje de
carbohidratos entre 3 y 20%, compuestos nitrogenados entre el 1 y 5%, fibra bruta
presente entre 0,6 y 2,5%, minerales entre 0,5 y 1,5% y un porcentaje de lípidos
entre 0,1 y 0,9%.
También se encuentran presentes compuestos como ácidos orgánicos, fenoles,
sustancias aromáticas y pigmentos aunque su composición es muy baja. El aporte
calórico de las hortalizas es del orden de 50kCal por 100g de porción comestible
[6]. En los siguientes apartados se presenta una descripción más detallada de
cada uno de los componentes de estos alimentos.
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Carbohidratos.
Los carbohidratos en las verduras existen en forma de hidrato de carbono, en el
almidón, y polisacáridos, estos últimos sobresalen con respecto al contenido de
azucares simples, es por esta razón que el sabor de estos vegetales es muy bajo
en dulce. La rigidez característica de los tallos se debe al efecto que tienen la
celulosa, hemicelulosa y las pectinas sobre las paredes celulares.
Compuestos nitrogenados.
Una fracción de las proteínas que se encuentran en las hortalizas está asociada
con la carga enzimática responsable de las reacciones que afectan el aroma, el
color y las características tisulares. Las enzimas características de este tipo de
alimentos son las oxidorreductasas, hidrolasas, transferasas, liasas y ligasas.
En varias hortalizas se ha encontrado la presencia de aminas, en las espinacas
existen histamina, N-acetilhitamina y N-N-Dimetilhistamina; en el tomate y la
berenjena se encuentran trazos de triptamina, serotonina y tiramina.
Lípidos.
Al igual que en las frutas el contenido de lípidos en las hortalizas es ínfimo, el bajo
porcentaje eta compuesto por triacilglicéridos, glucolipidos y fosfolípidos.
Vitaminas.
La Vitamina A se encuentra en la mayoría de las hortalizas en forma de
provitamina expresada como -caroteno, su importancia radica en
Las vitaminas del grupo B se presentan en forma de folatos especialmente en los
alimentos de hoja verde como las espinacas y las coles. Los folatos se presentan
en forma poliglutámica y en el organismos son transformados a la estructura
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monoglutámica. Se considera que alrededor del 60% de los folatos son aportados
por las verduras [6].
Las hortalizas son ricas en Vitamina C, especialmente las coles, pimientos, el
brócoli y el coliflor, esta vitamina resulta sensible al calor y puede descomponerse
en los tratamientos térmicos, es por esta razón, que se recomienda su consumo
en verduras frescas o tratadas mínimamente con temperatura.
Los guisantes, espinacas, lechugas, zanahorias y coles contienen las vitaminas E
y K.
Proteínas.
El consumo de proteínas es supremamente importante para la dieta humana, se
recomienda mantener rangos adecuados de cantidad y calidad para lograr un
funcionamiento óptimo del cuerpo, de acuerdo con la edad y peso del individuo se
manejan rangos de ingesta entre 0,8 y 1,5 g por kg de peso al día. Las frutas y
hortalizas no se caracterizan por un alto contenido de proteína, sin embargo su
presencia en el alimento es fundamental a la hora de regular procesos
metabólicos de gran importancia.
LECCIÓN 3: ENZIMAS VEGETALES.
Las enzimas son sustancias proteicas que catalizan reacciones químicas en
condiciones adecuadas, actúan sobre un grupo de moléculas llamadas sustratos
transformándolos en determinados productos. Por su carácter de catalizador su
función principal es la de disminuir la energía de activación de una reacción
específica, la actividad de una enzima se ve afectada por la temperatura, el pH y
la concentración del sustrato.
Las enzimas vegetales presentes en frutas y hortalizas pueden generar un efecto
deseable o indeseable sobre el alimento, entre los deseables se encuentra el
efecto sobre las características organolépticas en el material fresco o luego de
procesado, por ejemplo en la maduración, son las encargadas de facilitar
reacciones generadoras de aromas, sabor y textura. Los efectos indeseables van
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desde el enraizamiento del alimento hasta la afectación del valor nutricional con la
destrucción principalmente de vitaminas como la tiamina y el ácido ascórbico [7].
Factores que promueven la disminución de actividad enzimática.
Las enzimas son moléculas selectivas que actúan bajo condiciones muy precisas,
su actividad depende del control de diversos factores, a continuación e describen
las más importantes.
Temperatura.
A nivel general el aumento de temperatura favorece la velocidad de la mayoría de
reacciones enzimáticas, sin embargo, debido a su carácter proteico, a cierta
temperatura las enzimas inician su desnaturalización, este punto coincide con su
máxima actividad, la temperatura a la cual se alcanza tal efecto se conoce como
Temperatura optima y es propia de cada enzima, aunque la mayoría de estas
presentan su mayor efecto en el rango comprendido entre 30 y 50°C. Si el sistema
continúa adquiriendo calor, la actividad enzimática comienza a decrecer
disminuyendo así la velocidad de reacción.
A temperaturas muy bajas como las de congelación varias enzimas continúan con
su actividad aunque muy lentamente, es por esta razón, que a menos que se haga
un tratamiento previo, los alimentos congelados tienden a experimentar deterioro
en periodos largos de almacenamiento. En caso de que las enzimas permanezcan
presentes en las frutas o verduras podrían generarse efectos como un cambio en
el color de la clorofila o los carotenoides, pardeamiento, rancidez, cambios en el
sabor, aroma, valor nutritivo y finalmente en la textura del producto debido a las
enzimas pectinolíticas [8].
Existen algunos casos que se han observado específicamente en la catalasa de
las verduras y las pectinolasas de los jugos cítricos, en que tales enzimas logran
regenerarse por lo menos parcialmente luego de un almacenamiento prolongado
del alimento, aunque el proceso es lento, debe tenerse en cuenta esta posibilidad
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a la hora de manipular las variables de profundidad y tiempo de la inactivación
térmica.
En el tratamiento de frutas y verduras es muy común que se desee desactivar
ciertas enzimas responsables de deterioro y de efectos adversos sobre el
producto, para ello, se recurre a tratamientos como la precocción o el escaldado,
así, las reacciones indeseables se detendrán en las siguientes etapas debido a la
ausencia del catalizador.
pH.
La mayoría de enzimas vegetales son muy sensibles a los cambios en el pH, al
igual que con la temperatura, presentan una máxima actividad a un determinado
pH, para valores distantes tienden a desnaturalizarse. Este comportamiento se
debe al efecto de la acidez del medio sobre los grupos susceptibles de ionizarse
que se encuentran contenidos en la cadena polipeptídica de la enzima,
especialmente grupos carboxilo y amino. El pH óptimo para un gran grupo de
enzimas presentes en los alimentos esta entre 4 y 8, aunque existen algunas
pocas excepciones.
El rango opimo de pH en el que actúa eficazmente una enzima no solo depende
de su naturaleza sino también de la concentración del sustrato y la temperatura.
Concentración del sustrato.
El aumento en la concentración de sustrato para una concentración fija de enzima,
genera un aumento exponencial en la velocidad de la reacción catalizada, debido
a que la existencia de un mayor número de moléculas de sustrato facilitara el
encuentro con la enzima. La concentración del sustrato aumenta hasta un valor en
que ya no genera ningún efecto sobre la velocidad de reacción debido a que
satura la enzima, es otras palabras, todas las moléculas de enzima se encuentran
en acción, en este punto se dice que se ha llegado a la velocidad máxima.
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Michelis y Maud Menten encontraron en 1913 que la relación velocidad-
concentración de sustrato está dada por la siguiente ecuación:
Dónde:
V: Velocidad de reacción para una determinada concentración de sustrato.
Vmáx: Velocidad máxima de la reacción.
: Concentración del sustrato.
Km: Constante de Michelis-Menten, característica de cada enzima.
En la Figura 1.2 se observan las curvas de velocidad para seis concentraciones
distintas de sustrato.
Inhibidores.
Existen algunos compuestos químicos que se unen a la enzimas disminuyendo
incluso impidiendo su actividad, pueden ser del tipo ion o molécula. Su acción se
denomina Inhibición y puede ser de los siguientes tipos:
Inhibición irreversible: Ocurre cuando el inhibidor se une permanentemente a los
sitios activos de la enzima o altera su estructura de forma que impide
completamente su actividad
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Figura 1.2: Curvas de velocidad para diferentes concentraciones de sustrato.
Fuente: [9].
Inhibición reversible: Se presenta en caso de que se una temporalmente
impidiendo el normal funcionamiento pero no de forma completa.
Inhibición competitiva: Sucede cuando el inhibidor es similar al sustrato y se une a
la enzima compitiendo con este, esta situación puede contrarrestarse al aumentar
la concentración de sustrato.
¡PROFUNDIZA! Las enzimas constituyen una temática amplia y enriquecedora. En los siguientes enlaces encontrará información complementaria acerca de:
Enzimas
Ejercicio resuelto.
Enzimas vegetales.
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Clasificación general de las enzimas.
De acuerdo a su acción sobre las moléculas de sustrato, las enzimas se clasifican
a nivel general en oxidoreductasas, hidrolasas, transferasas, liasas, isomerasas y
ligasas. En la Tabla 1.7 se listan las enzimas más comunes para cada categoría.
Tabla 1.7: Clasificación de enzimas comunes según su acción sobre el sustrato.
Fuente: [10].
¡CIENCIA AL DIA! Los alimentos constituyen una importante fuente de enzimas vegetales, es por ello que gran parte de los estudios biotecnológicos están orientados en la búsqueda de nuevas fuentes y métodos de extracción. Modelamiento de la tasa de respiración de banano basado en las ecuaciones de la cinética enzimática de Michaelis-Menten.
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Enzimas presentes en frutas y hortalizas.
Según estudios realizados por Braverman, las enzimas presentes en los alimentos
pueden agruparse en dos categorías generales, las hidrolasas y las enzimas
oxidantes. Dentro de las hidrolasas se encuentran las esterasas, carbohidrasas y
proteasas, en estos subgrupos se encuentran a su vez enzimas más específicas.
Papaína: Bastante conocida, proviene de la papaya, ayuda en la digestión
de carbohidratos, grasas y proteínas.
Bromelina: Se encuentra principalmente en el vástago de la piña, es una
enzima rica en azufre que cataliza el rompimiento de proteínas.
Amilasa: Se extrae de la parte verde de frutas y sobretodo verduras, su
función es catalizar la degradación de almidones.
Celulasa: Está presente en naranjas, duraznos y tomates. Catalizan el
rompimiento de las paredes celulares de los frutos y por esta razón se
relacionan con el ablandamiento de tejidos.
Maltasa: Se encuentra en algunas variedades de papa y remolacha.
¡COMPLEMENTA!
Cinética enzimática de la Polifenol oxidasa del banano
en diferentes estados de maduración
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LECCIÓN 4: BIOSÍNTESIS DE PIGMENTOS Y AROMAS
Aroma
El aroma es una de las características más atractivas de las frutas y verduras, se
debe principalmente a la presencia de compuestos volátiles en el alimento. Se han
encontrado más de 600 estructuras responsables del aroma, entre las cuales
existen aldehídos, esteres, alcoholes, ácidos, cetonas y algunos derivados
terpénicos [11]. Debido al carácter volátil de estos compuestos, su pérdida es
recurrente cuando los alimentos son sometidos a tratamientos térmicos de alta
temperatura, por ello, una de las principales preocupaciones del Ingeniero a la
hora de procesar una fruta o verdura, es el hecho de conservar su aroma al final
del proceso.
Cuando la actividad enzimática de la frutas se encuentra en un nivel propicio, el
desarrollo de las múltiples reacciones que tienen lugar en la maduración conlleva
la formación de los componente volátiles necesarios para que el fruto adquiera las
características sensoriales que lo hacen apetecible al consumidor, generalmente,
estos compuestos con subproductos de reacciones más complejas como la
conversión de almidones ó pectinas y la degradación de clorofila. En la Figura 1.3
se representa la presencia de volátiles responsables del aroma para un mismo
fruto en diferentes estados de maduración, se puede ver que aunque existen
desde la fase de inmadurez, su crecimiento es notorio durante el climaterio y
empiezan a desaparecer en la etapa de senescencia como consecuencia de las
reacciones de deterioro y degradación del fruto.
Particularmente en las frutas la síntesis del aroma, entiéndase la generación de
compuestos volátiles, se produce en la conversión de almidones, transformación
de aminoácidos, conversión de ácidos grasos, síntesis de terpenos, conversión de
L-fenilanalina a esteres fenólicos y oxidación enzimática de los ácidos linoléico y
linolénico principalmente.
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Figura 1.3: Presencia de compuestos volátiles en un fruto para diferentes estados
de madurez.
Fuente: [12]
En la Tabla 1.8 se presenta un consolidado de los componentes asociados al
aroma que se generan en las diferentes reacciones.
Para observar de forma práctica el análisis que se puede realizar
experimentalmente a los compuestos volátiles de una fruta, por favor revise el
siguiente artículo:
Análisis de los compuestos volátiles de las ciruelas amarillas.
En el caso de las verduras, los compuestos aromatizantes más comunes son
derivados del azufre, es por esta razón que algunos olores y sabores asociados a
estas no resultan del todo agradables. En el tejido celular los precursores del
aroma se encuentran de forma inodora y son activados en algunos casos a partir
de un daño mecánico o corte que permita el contacto entre el precursor y las
enzimas adecuadas generando la liberación de la fracción volátil.
Cuando las verduras son sometidas a tratamientos con altas temperaturas o
deshidratación es posible que los compuestos aromáticos se pierdan y le producto
obtenido no presente mayor aroma, sin embargo, los precursores siguen
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presentes al interior de la verdura por lo que solo es necesario reactivarlos
mediante la adición de un extracto aromático que permita la reacción de
regeneración del aroma [13].
Tabla 1.8: Compuestos volátiles abundantes en frutos y vegetales.
Fuente: [8]
Un mecanismo común de generación de aroma en las verduras está presente en
productos del genero Allium caracterizados por olores fuertes y penetrantes, como
la cebolla y el ajo. Para estos productos los precursores son sulfóxido de S—1-y
propenil cisterna.
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Pigmentos.
Una de las características más atractivas de los
alimentos vegetales consiste en la diversidad de
colores y tonalidades que ofrecen en las
diferentes etapas de su crecimiento, el color de
una fruta o verdura resulta de gran importancia a
la hora de obtener la aceptación del consumidor,
además, puede ser un indicador de la calidad del
alimento y su nivel de madurez comercial. El color se asocia inevitablemente con
otras características organolépticas como sabor y aroma.
El color de los vegetales se adjudica a los pigmentos naturales tales como la
clorofila, los carotenoides y los flavonoides.
Los carotenoides son los compuestos responsables de las coloraciones amarilla y
naranja, se ubican en los cromoplastos de la célula, la síntesis de carotenoides
depende principalmente de la presencia de oxígeno y de la temperatura, en
atmosferas anaeróbicas se inhibe la formación de estas sustancias. Con respecto
a la temperatura, la síntesis de carotenoides se ve favorecida por temperaturas del
orden de 20-30°C, mientras que parece decrecer e incluso detenerse para
temperaturas mayores [14]. Se ha reconocido el papel provitamínico de los
¡COMPLEMENTA!
Para conocer los desarrollos en investigación que se han
realizado en el campo de los aromas revise los
siguientes artículos:
Avances en el aislamiento de compuestos volátiles.
Compuestos volátiles responsables del sabor del tomate
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carotenoides debido al rompimiento que sufre en el intestino generando retinol
como fuente de Vitamina A.
La estructura química de los carotenoides corresponde a la de un tetraterpeno
liposoluble con una cadena de dobles enlaces conjugados, una reducción en la
conjugación da origen a un color amarillo, mientras que una oxidación genera
tonos rojizos. De acuerdo a su fórmula química se clasifican en Carotenos cuando
solo están compuestos de hidrogeno y carbono, y Xantofilas cuando además
contienen oxigeno [15].
La biosíntesis de carotenoides es catalizada por un gran número de enzimas que
permiten la conversión de los compuestos presentes en las partes internas de la
célula, en compuestos coloreados como el β-caroteno y la neoxantina. En la
Figura 1.4 se presenta el esquema de biosíntesis al que se ha llegado luego de
diversas investigaciones.
¡PROFUNDIZA! Los pigmentos carotenoides resultan de gran interés en la industria química, en los siguientes enlaces podrá encontrar mayores detalles acerca de su estructura y comportamiento. Pigmentos carotenoides: consideraciones estructurales y fisicoquímicas. Pigmentos carotenoides en frutas y vegetales, mucho mas que simples “colorantes” naturales.
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Figura 1.4: Esquema de biosíntesis de carotenoides.
Fuente: [16].
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LECCIÓN 5: FACTORES ANTINUTRICIONALES O TÓXICOS.
Aunque los beneficios del consumo de frutas y verduras son numerosos para la
dieta humana, no debe dejarse de lado la posibilidad de que estos alimentos
conlleven factores antinutricionales o tóxicos, aunque no es una situación común
y se han desarrollado diferentes métodos para garantizar la calidad de estos
alimentos, es necesario tener en cuenta las condiciones que facilitan la presencia
de agentes nocivos.
Las actividades toxicas provocadas por ciertos compuestos pueden generar dos
efectos claros, el primero, se relaciona con una actividad toxica directa que no
puede revertirse con un aporte nutricional. El segundo efecto es indirecto y se
presenta cuando la presencia del agente reduce la disponibilidad de un nutriente o
provoca su perdida.
Nitratos.
En el caso de las verduras, algunas variedades pueden presentar un exceso de
nitratos, debido generalmente a que la capacidad de transformación del nitrógeno
recibido a través de la raíz no se ve compensada con la velocidad de absorción.
Las hortalizas de hoja tienden a acumular mayor cantidad de nitratos que las de
fruto o raíz. Sin embargo esto depende de la variedad y otros factores como el tipo
de fertilizante utilizado y la clase de suelo en que se desarrolla el cultivo.
Una dosis alta de nitratos puede generar algunas complicaciones como
intoxicaciones o cianosis especialmente en población vulnerable como niños o
mujeres embarazadas.
Acido oxálico.
El ácido oxálico en dosis altas y condiciones especiales puede tener un carácter
descalcificante, las acelgas, apio, berenjena, calabaza, col, espinaca, pepinos,
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perejil y remolacha contienen más de 10mg por porción lo que resulta riesgoso
cuando su consumo es habitual y se tienen problemas asociados al riñón.
EJERCICIOS DEL CAPÍTULO 1.
1. Seleccione un fruto autóctono de su región e investigue su composición y la
categoría a la cual pertenece. Realice el mismo ejercicio con una verdura.
2. Simplifique la ecuación de Michaelis Menten para los siguientes casos:
a. [S] mucho menor que Km.
b. [S] igual a km.
c. [S] mucho mayor que Km.
3. Investigue y describa detalladamente un caso de inhibición enzimática
irreversible, uno reversible y uno competitivo.
4. Ingrese al siguiente enlace http://prezi.com/y_dvg625ee2b/enzimas-
vegetales/ y extraiga los conceptos principales de acuerdo a la
presentación, plásmelo en un documento Word.
5. Investigue tres métodos de extracción de pigmentos en frutas y/o verduras,
describa de forma general las técnicas utilizadas.
¡PROFUNDIZA! Aunque las frutas y hortalizas no presentan gran número de antinutrientes es importante que como Ingeniero de Alimentos conozca otras fuentes de estos compuestos. En el siguiente enlace podrá profundizar acerca del tema:
Toxicología alimentaria.
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CAPITULO 2: BIOQUÍMICA DE LAS FRUTAS Y HORTALIZAS
INTRODUCCIÓN.
Los alimentos vegetales se comportan, al igual que todas las plantas, como
organismos vivos que requieren de procesos metabólicos para su existencia.
Biológicamente cada planta constituye un complejo universo de compuestos y
reacciones encadenas perfectamente por la naturaleza para dar lugar a los
productos que conocemos como alimentos vegetales, la raza humana debe
considerarse infinitamente afortunada por tener a la mano un sin número de
variedades, colores, sabores, aromas y experiencias gustativas.
Los fenómenos metabólicos y catabólicos que dan origen a la existencia de las
frutas y hortalizas pueden describirse de manera general para todas las
variedades, actualmente no cesan los estudios científicos buscando caracterizar
de forma precisa los mecanismos fisicoquímicos de cada síntesis y degradación
de compuestos al interior de las plantas, la importancia de este conocimiento
radica en la mejora que representaría para los tratamientos de manejo pre y
poscosecha.
La vida de los vegetales puede dividirse en tres grandes fases, crecimiento,
maduración y senescencia; en la primera fase tiene lugar el aumento de tamaño
de las células y tejidos hasta lograr las dimensiones características; en la
maduración, ocurre la diferenciación de los tejidos y la síntesis de las enzimas
encargadas de facilitar las reacciones que darán las características organolépticas
al fruto. Por último, en la senescencia o vejez del vegetal, se produce la muerte
celular que acaba progresivamente con la vida del alimento. En el presente
capitulo se tratan los procesos generales de respiración, maduración y
senescencia de los vegetales, con el fin de que usted comprenda el
comportamiento de estos ante diferentes condiciones o tratamientos industriales.
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LECCIÓN 6: RESPIRACIÓN COMO PROCESO BIOQUÍMICO
Los alimentos vegetales requieren de energía para continuar su existencia, esta
energía se provee principalmente a través de los procesos de respiración y
transpiración que tienen lugar a nivel general en la transformación de oxigeno (O2)
en dióxido de carbono (CO2), y en la perdida de agua respectivamente. La
respiración como proceso metabólico se basa en las reacciones oxidativas de
diferentes compuestos carbohidratados como almidones, azúcares, ácidos
orgánicos y otras sustancias que permiten la generación de CO2 y liberan energía.
ALGUNOS CONCEPTOS PREVIOS.
A continuación se presenta una síntesis de las definiciones que usted debe
tener en cuenta a la hora de analizar el sistema metabólico.
NAD+ (Nicotinamida adenina dinucleótido): Coenzima que se encuentra
en las células vivas, contiene dos nucleótidos unidos por grupos fosfato. Se
encarga de intercambiar electrones e hidrogeniones participando
activamente en la producción de energía celular.
NADH: Forma reducida de NAD+.
ATP (Adenosín trifosfáto): Molécula de gran importancia en los procesos
metabólicos celulares, contiene una base nitrogenada unida a un azúcar de
tipo ribosa o pentosa y tres grupos fosfato. Su función principal radica en el
almacenamiento y transporte de energía.
ADP (Adenosín Difosfato): Corresponde a la parte estructural del ATP sin
fosforilar, contiene un nucleósido y dos grupos fosfato unidos entre sí. Se
obtiene durante el ciclo de Krebs por la descarboxilación de algunos
compuestos.
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Las etapas básicas de la respiración son la glucólisis y la respiración aeróbica
como tal, esta última ocurre en tres fases: Ciclo de Krebs, transporte de electrones
y Fosforilación oxidativa. El conjunto de etapas tiene como fin la generación de
energía química almacenada en moléculas de ATP, seguidamente se hará un
repaso por las reacciones involucradas en la respiración celular.
Glucolisis.
La glucosa es una molécula altamente energética cuya participación en los
mecanismos de respiración de la planta resulta crucial, ya que mediante su
degradación es posible obtener la energía necesaria para los procesos
metabólicos vitales. La primera fase en la respiración corresponde a la
degradación de la glucosa y se conoce como Glucolisis, en términos generales es
un proceso oxidativo que tiene como objetivo principal la disposición de energía en
forma de moléculas de ATP y ocurre mediante el encadenamiento de siete fases
que se describen a continuación:
Etapa I: Fosforilación de la glucosa.
En esta etapa se realiza la activación de la molécula, debido a su alta estabilidad
es necesario invertirle energía para que pueda posteriormente ser fragmentada, la
energía proviene entonces de la célula a través de la llegada de una molécula de
ATP bajo la presencia de la enzima hexoquinasa, el grupo fosfato cedido por el
ATP se adiciona en la posición 6 de la glucosa formando glucosa-6-fosfato.
Etapa II: Isomerización de la fructosa.
La molécula obtenida en la primera etapa se reorganiza mediante isomerización
en presencia de la enzima fosfoglucoisomerasa para convertirse en frutosa-6P.
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Etapa III: Fosforilación de la fructosa.
La fructosa-6P es activada mediante la inversión de una nueva molécula de ATP
por parte de la célula, cada ATP donara un grupo fosfato, de esta forma se genera
la fructosa-1,6-bifosfato, altamente inestable. La enzima encargada de catalizar
esta reacción es la fosfofrutoquinasa.
Etapa IV: Ruptura de la fructosa.
En esta etapa la fructosa bifosfatada se fragmentara debido a su inestabilidad en
presencia de aldolasa generando dos moléculas de tres carbonos cada una, la
primera corresponde a dihidroxiacetona fosfato y la segunda es el gliceraldehído
fosfato, ambas son isómeros.
Etapa V: Oxidación y formación de enlace fosfato de alta energía.
Hasta el momento solo se ha invertido energía en el proceso, en esta etapa se
inicia la recolección energética que tiene como objetivo la glucolisis, para iniciar,
interviene una molécula de NAD+ actuando como coenzima y la deshidrogenasa
que tiene el papel enzimático, su acción conjunta logra la oxidación del
gliceraldehído fosfato y la consecuente reducción de NAD+ a NADH, la energía
liberada es utilizada para atraer un grupo fosfato que se unirá en la posición 1 de
la molécula oxidada formándose así el 1,3- difosfoglicerato. Es importante tener
en cuenta que esta etapa ocurre teniendo como limitante la presencia del fosforo
inorgánico disponible en el citoplasma.
Etapa VI: Generación de ATP.
De nuevo por alta inestabilidad el 1,3- ácido difosforoglicérico cede un grupo
fosfato a una molécula de ADP circundante convirtiéndola en el primer ATP
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obtenido en el proceso, de esta manera el ácido pasa a ácido 3-fosfoglicérico. La
reacción es catalizada por una enzima llamada fosfoglicerato quinasa
Figura 2.1: Reacciones de las etapas I, II y III en la glucólisis.
Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3
Fuente: [17].
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Etapa VII: Reordenamiento molecular.
El fosfato que aún permanece en la molécula se reordena en una ubicación que le
representa mayor energía, así que pasa de la posición 2 a la 3. La mutasa es la
enzima encargada de facilitar la mutación.
Figura 2.2: Reacciones de las etapas IV, V y VI en la glucólisis.
Etapa IV Etapa V Etapa VI
Fuente: [17].
Etapa VIII: Eliminación de agua.
Gracias a la presencia de la enzima enolasa se elimina una molécula de agua
dejando como remanente el ácido fosfoenolpirúvico.
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Etapa IX: Generación de ATP.
El único grupo fosfato restante es atrapado por una molécula de ADP formando un
ATP transportador de energía.
Figura 2.3: Reacciones de las etapas VII, VIII y IX en la glucólisis.
Etapa VII Etapa VIII Etapa IX
Fuente: [17].
Respiración aeróbica.
La respiración aeróbica ocurre en presencia de oxígeno, el mecanismo general de
la oxidación del ácido pirúvico generado en la glucolisis a dióxido de carbono y
agua. La primera etapa del ciclo de Krebs ocurre al interior de la matriz
mitocondrial, mientras que los procesos de transporte de electrones y fosforilación
oxidativa se llevan a cabo acopladamente en la cresta mitocondrial.
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Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs es conocido como el ciclo de los ácidos tricarboxílicos y describe
una ruta metabólica que tiene lugar en la respiración de organismos aerobios, en
el ciclo convergen los productos de las reacciones precedentes de degradación de
aminoácidos, glúcidos y ácidos grasos. La función principal del ciclo es el aporte
de poder reductor a la cadena respiratoria con la consecuente generación de CO2.
Las reacciones que componen el ciclo de Krebs se describen a continuación:
Reacción de condensación de oxalacetato con AcetilCoA.
Por medio de la acción de la enzima citrato sintrasa la Acetil-CoA se condensa con
el oxalacetato para generar una molécula de citrato, durante la reacción es
liberada la enzima HSCoA.
Fuente: [18]
Reacción de isomerización del citrato a isocitrato.
Esta etapa corresponde a una reacción en equilibrio, el citrato se isomeriza
mediante la acción de la enzima Aconitasa.
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Fuente: [19].
Reacción de oxidación y descarboxilación del isocitrato.
Para la transformación del isocitrato en α-Cetoglutarato, es necesaria una
descarboxilación que genera la liberación de una molécula deCo2, adicionalmente
la enzima isocitrato deshidrogenasa actúa reduciendo un NAD y permitiendo la
formación de 3 ATP.
Fuente: [19]
Reacción de transformación del α-Cetoglutarato en succinil-CoA.
En esta etapa ocurre una segunda descarboxilación oxidativa gracias a la acción
de la enzima α-Cetoglutarato deshidrogenasa con la consecuente formación de 3
ATP.
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Fuente: [19].
Transformación de la Succinil-CoA en succinato y GTP.
En esta reacción ocurre una hidrolisis o rompimiento que genera una cantidad de
energía del orden de 33.5kJ/mol, esta energía e sutilizada para la formación de un
enlace fosfoanhidro entre un fosfato y un GDP para dar un GTP. La reacción
conlleva la liberación de HSCoA.
Fuente: [19].
El GTP posteriormente se convierte en ATP mediante la siguiente reacción:
(2.1)
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Transformación del succinato en fumarato.
El succinato se oxida por la acción de la succinato deshidrogenasa produciendo 2
ATP y generando el fumarato.
Fuente: [19].
Reacción de hidratación del fumarato.
El fumarato e hidrata convirtiéndose en malato mediante la acción de la enzima
fumarasa.
Fuente: [19].
Reacción de oxidación del malato a oxalacetato.
La enzima malato deshidrogenasa permite la oxidación del malato a oxalacetato
reduciendo un NAD y generando 3 ATP, de esta forma se llega al inicio del ciclo
nuevamente.
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Globalmente se puede observar que en el ciclo de Krebs no se obtiene
específicamente ninguna molécula de ATP, sin embargo se generan varias
coenzimas reducidas NADH y FADH2, estas serán la fuente de ATP en las
reacciones posteriores.
Transporte de electrones.
En esta etapa los átomos de hidrogeno o electrones equivalentes son conducidos
por la cadena respiratoria mediante ciertos transportadores denominados
citocromos, que se oxidan y reducen consecutivamente. Para que esto sea
posible, las coenzimas reducidas obtenidas en el ciclo de Krebs se oxidan a NAD+
y FAD+. Se genera agua debido a que el último aceptor de la cadena es el
oxígeno.
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Figura 2.4: Esquema sintetizado del ciclo de Krebs.
Fuente: [20].
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Fosforilación oxidativa.
El flujo de electrones descrito en el apartado anterior no es posible sin la
formación de ATP, ya que esta molécula es la encargada de recibir la energía
cedida en el transporte electrónico a través de la cadena respiratoria. Cada caída
de los electrones a un nivel más energético más bajo libera energía que es
adoptada por la molécula de ATP. En la Figura 2.5 se presentan las etapas de la
fosforilación oxidativa de forma escalonada.
Figura 2.5: Esquema sintetizado del flujo de electrones durante la fosforilación
oxidativa.
Fuente: [21].
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FOTOSÍNTESIS
Las plantas sintetizan compuestos orgánicos, que requieren para su crecimiento y
para la formación de nuevos tejidos, a partir de CO2 atmosférico, agua y
nutrientes aportados por el suelo, el proceso de transformación se denomina
fotosíntesis. La radiación recibida por la planta y la temperatura son los factores
encargados de controlar la cantidad de carbono fijado y el proceso de respiración.
La radiación solar aporta los fotones requeridos comprendidos entre 400 y 700 nm
de longitud de onda, estos son absorbidos por las hojas brindando la energía
requerida para el proceso.
Las reacciones bioquímicas asociadas a la fotosíntesis tienen lugar en el
cloroplasto de la célula y ocurren en dos fases principalmente, la primera es
dependiente de la luz y se denomina Fotofosforilación; la segunda, independiente
de la luz o Fase oscura comprende la reducción de CO2 a azúcar y se explica
mediante el ciclo de Calvin.
Fotofosforilación.
En esta etapa las moléculas de clorofila a absorben energía lumínica que produce
la excitación de algunos de los electrones y átomos de hidrogeno desde el agua
hacia un receptor energético que en este caso es NADP+, los electrones ingresan
a una cadena transportadora similar a la de la respiración celular, durante el
proceso el ADP se convierte en ATP mediante el mecanismo de quimiósmosis. El
agua por su parte se descompone liberando oxígeno.
Reacción de fotólisis del agua.
(2.2)
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En el proceso de Fotofosforilación intervienen dos fotosistemas que están
presentes en todos los organismos fotosintéticos, consisten básicamente en una
antena colectora de luz y un centro de reacción que incluye una molécula de
Clorofila a.
La diferencia entre los fotosistemas I y II radica en el pico de absorción de la
clorofila, el primero corresponde a 700nm y el segundo a 680nm.
Esta primera etapa se inicia con la captación de luz por parte del Fotosistema II,
los electrones excitados son transportados a otros niveles energéticos hasta llegar
a la molécula de clorofila a contenida en el Fotosistema I, la energía liberada en la
cadena es aprovechada para la formación de ATP a partir de ADP y grupos
fosfato.
Reacción de formación de ATP a partir de ADP
(2.3)
Cuando los electrones retornan a la molécula de clorofila, se habla de una
Fotofosforilación cíclica. Cuando los electrones no retornan, son reemplazados por
electrones derivados del agua, en este caso los electrones transferidos y el
hidrogeno proveniente del rompimiento de las moléculas de agua reducen el
NADP a NADPH, la Fotofosforilación será acíclica.
Reacción de reducción de NADP a partir de NADPH
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Ciclo de Calvin o Fijación de Carbono.
La segunda fase de la fotosíntesis denominada fase oscura corresponde a las
reacciones independientes de la luz, se lleva a cabo mediante un ciclo que ha sido
presentado por Calvin-Benson, el objetivo de esta etapa es incorporar el CO2 a
compuestos orgánicos como la glucosa, de ahí que reciba el nombre de fijación de
Carbono.
Inicialmente el CO2 es absorbido por la planta a través de estructuras conocidas
como estomas. Al interior de la planta, se combina con una molécula del azúcar
de cinco Carbonos conocido como Ribulosa difosfato, en presencia de la enzima
RuBP carboxilasa, cada seis vueltas se generan seis moléculas de un
intermediario que luego, por rompimiento producirá doce moléculas de
fosfoglicerato. Luego, estas últimas moléculas se reducen a doce moléculas de
gliceraldehído fosfato, diez de estos gliceraldehídos se regeneran formando seis
moléculas de Ribulosa difosfato de cinco carbonos, las dos moléculas restantes de
gliceraldehído constituyen la fuente de otras reacciones de importancia para la
planta.
La fuente energética del Ciclo de Calbin son las moléculas de ATP y NADPH
generadas en la etapa de Fotofosforilación.
Los procesos de respiración y fotosíntesis ocurren simultáneamente en los
vegetales, el crecimiento de las plantas se da debido a la conjugación de estos
fenómenos. En términos globales la fotosíntesis lleva a cabo la captura de energía
y la respiración consume esta energía para procesarla al interior de la planta.
Debido a que la fotosíntesis ocurre en determinados órganos de la planta, su
velocidad debe exceder la tasa de respiración para dar abasto con los
requerimientos energéticos.
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Figura 2.6: Esquema de Fotofosforilación cíclica y acíclica.
Fuente: [22].
LECCIÓN 7: COEFICIENTE RESPIRATORIO CR
Una forma de cuantificar el grado de respiración aerobia es establecer la
proporción entre el volumen de CO2 emitido y el volumen de O2 consumido en un
tiempo dado para una misma masa de materia respirante. El factor que relaciona
estas dos magnitudes se conoce como Coeficiente Respiratorio (CR), su medida
es un indicador del tipo de substrato que está siendo oxidado en la respiración.
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(2.5)
Se ha encontrado que para valores de CR menores de 1, se metabolizan las
grasas:
C18H36O7 + 26O2 = 18CO2 + 18H2O CR = 0,7 (2.6)
Valores de CR mayores de 1 sugieren el metabolismo de ácidos grasos:
C4H6O5 + 302 = 4CO2 + 3H2O CR = 4/3 = 1,33 (2.7)
Y valores iguales a 1 indican el metabolismo de azucares:
C6H12O6 + 602 = 6CO2 + 6H2O CR = 6/6 = 1 (2.8)
Valores intermedios entre 0,7 y 1 indican la oxidación simultánea de glúcidos y
lípidos, la proporción de cada compuesto puede ser calculada por la ley de
mezclas. Sin embargo, debe resaltarse que estos resultados son bastante
aproximados, ya que en un mismo instante pueden estarse oxidando diferentes
compuestos.
Experimentalmente la determinación de CO2 liberado puede obtenerse al hacer
pasar una corriente de aire libre de gas sobre cierta cantidad de tejido material,
luego, se hace pasar el aire por una solución de álcali, por ejemplo hidróxido de
Bario, el CO2 es absorbido y forma Carbonato de Bario que es insoluble. Por
titulación con un ácido es posible encontrar la cantidad de CO2 generada en la
respiración [23].
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LECCIÓN 8: INTENSIDAD RESPIRATORIA IR
La intensidad respiratoria para una fruta varía con su nivel de desarrollo y está
relacionada con la cantidad de dióxido de carbono generada por un vegetal con un
peso determinado en un tiempo definido, o bien, con la cantidad de oxigeno
absorbida por el mismo vegetal en un tiempo definido.
La intensidad respiratoria entonces, representa un buen indicador de la actividad
metabólica de la fruta o verdura, un elevado valor de IR se traduce en un rápido
consumo de las reservas por parte del vegetal con la consecuente evolución hacia
la senescencia [24].
La intensidad respiratoria se ve afectada por la cantidad de sustrato disponible, la
madurez del producto, el tamaño y la forma y la solubilidad del oxígeno y del
dióxido de carbono en el tejido vegetal. Externamente factores como la
temperatura, la disponibilidad de etileno, la presencia de lesiones o enfermedades
y la rapidez de eliminación del calor generado, afectan directamente la intensidad
con la que el vegetal desarrolla los procesos de respiración.
Es posible establecer una clasificación de las frutas con respecto al Índice de
respiración, en la Tabla 2.1 se presenta una categorización general desarrollada
por Kader, 2002.
Tabla 2.1: Intensidad respiratoria para algunos productos hortofrutícolas.
Tasa de respiración.
Rango de respiración a 5°C (mgCO2/kgh)
Producto
Bajo 5-10 Cítricos, papaya, piña, melón, sandía.
Moderado 10-20 Mango, melón reticulado, plátano.
Alto 20-40 Aguacate.
Fuente: Adaptado de Kader (2002)
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LECCIÓN 9: RELACIÓN TEMPERATURA Y OXÍGENO E IR
Como se ha visto con anterioridad la temperatura es uno de los mayores
influyentes en los procesos desarrollados por los vegetales durante su existencia
pre y poscosecha, específicamente en la respiración, se ha encontrado que su
incremento aumenta la tasa de respiración de los alimentos, es por ello que se
realizan diversos tratamientos a bajas temperaturas para garantizar su
conservación.
Es posible correlacionar la tasa de respiración de un alimento con la temperatura
mediante el factor Q10, este método se basa en que el comportamiento entre
estas dos variables sigue una tendencia exponencial, matemáticamente el factor
Q10 se puede expresar a través de la siguiente ecuación [25]:
Donde:
R2: Tasa de respiración a la temperatura 2.
R1: Tasa de respiración a la temperatura 1.
Varios investigadores se han dedicado al estudio de la relación entre la
temperatura y la tasa de respiración de diferentes frutas y hortalizas, se ha
encontrado específicamente para las frutas, que el factor Q10 varía entre 1 y 4.
Se ha evaluado el efecto de la temperatura en la tasa de respiración para el caso
de la banana (Musa Paradisiaca L.), encontrándose los valores que se listan en la
Tabla 1.3.
Además del descenso en la temperatura de almacenamiento, se ha estudiado la
aplicación de otros métodos como el recubrimiento con películas finas,
encontrándose resultados favorables para el aguacate [27].
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Tabla 2.2: Tasa de respiración en frutas en función de la temperatura de
almacenamiento.
Temperatura de
almacenamiento en
°C
Tasa de
respiración en (ml
CO2/kg*h)
10 26,13
15 34,22
20 38,22
25 44,31
30 56,43
Fuente: [26].
LECCIÓN 10: EFECTO DE LAS HORMONAS VEGETALES EN EL PROCESO
DE MADURACIÓN DE FRUTAS
El desarrollo de una planta depende de diversos factores que pueden ser externos
e internos, entre estos últimos se encuentra el efecto de las hormonas vegetales,
las hormonas vegetales son compuestos que actúan como reguladores químicos,
generalmente son sintetizados al interior de la planta en muy bajas
concentraciones y se transportan hacia otra ubicación donde ejercen su efecto.
Hoy en día aún no se conoce con precisión el mecanismo por el cual las hormonas
vegetales funcionan, sin embargo se ha llegado a sintetizarlas en el laboratorio
con el fin de mejorar la respuesta al crecimiento y desarrollo de la planta. Las
hormonas más conocidas y a las cuales se refiere este capítulo son las auxinas,
giberelinas, citoquininas, ácido absícico y el etileno.
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Efecto del etileno.
El etileno, C2H4, es un compuesto alqueno que representa
una de las enzimas encargadas de controlar el proceso de
maduración en la fruta, actúa como regulador del crecimiento.
En condiciones normales es un gas incoloro inflamable y muy
volátil, presente en angiospermas y gimnospermas, se
transporta rápidamente a través de los tejidos por el
mecanismo de difusión logrando generar un efecto considerable hasta con
concentraciones de 1 ppm [28].
Biosíntesis del etileno.
La síntesis del etileno está estrechamente relacionada con el proceso de
maduración de los vegetales, cuando el etileno entra en contacto con un receptor
determinado, se inicia la síntesis de las enzimas que intervienen en la degradación
de clorofila y almidón, síntesis de pigmentos y ablandamiento de tejidos. La
exposición a etileno incrementa la actividad de enzimas como pectinasa, esterasa,
Polifenol oxidasa y peroxidasa. El primero en concretar el comportamiento
biosintético del etileno fue el científico S.F. Yang en 1979, planteando el Ciclo de
la metionina.
La metionina se considera el precursor natural del etileno en los tejidos vegetales
de plantas superiores. Inicialmente la molécula de metionina reacciona con ATP
formando S-adenosilmetionina, esta molécula se desdobla formando acido 1-
aminociclopropano-1-carboxílico, esta sustancia se convierte en etileno, dióxido de
carbono y amonio, la enzima propiciadora de esta conversión es la acido 1-
aminociclopropano-1-carboxílico oxidasa (ACC Oxidasa). Las reacciones
particulares que incluye el ciclo de Yung se presentan en la Figura 2.7.
El ácido cianhídrico podría acumularse de forma toxica, es por esto que debe ser
transformado a cianoalanina mediante la acción de la enzima cianoalanina sintasa.
Para tejidos que presentan la tasa de producción de etileno en su punto más alto,
se dice que es la actividad de la ACC oxidasa el factor limitante de la reacción
[29].
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Factores estimulantes.
La biosíntesis del etileno puede ser inducida por condiciones ambientales, el
estado de desarrollo del vegetal, la acción conjunta de otras hormonas y estrés. A
lo largo de la vida de la planta el etileno se induce en las etapas de germinación,
maduración, abscisión de hojas y senescencia. Se ha encontrado que las auxinas
promueven el aumento en la actividad de la ACC sintasa estimulando a la vez la
biosíntesis de etileno [29].
Con respecto a los daños físicos generadores de estrés, se ha encontrado que
bajo condiciones de sequía, inundación, bajas temperaturas y cortes o daños
mecánicos, se incrementa la transcripción genética de la ACC sintasa,
aumentando el volumen de etileno producido al interior de la planta por encima de
los niveles fisiológicamente normales.
Efectos fisiológicos del etileno.
Aunque el etileno es responsable de múltiples efectos fisiológicos en las plantas,
se han destacado los que tiene especial influencia en la maduración, experimentos
realizados en tomates transgénicos, en los que se bloqueó la expresión de la ACC
sintasa y ACC oxidasa, mostraron que el fruto detuvo completamente su proceso
de maduración [30].
El etileno influye en el metabolismo péctico debido a que facilita la formación de
enzimas hidrolíticas encargadas de digerir las pectinas que hacen parte de las
paredes celulares, este proceso genera el ablandamiento de tejidos tan común en
la maduración. Además el aumento de la producción de etileno se asocia con la
pérdida de clorofila y la decoloración de las hojas, así como con la pérdida de
taninos y fenoles característicos [31].
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Figura 2.7: Ciclo de Yung para la biosíntesis de Etileno.
Fuente: [33].
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Frutos climatéricos y no climatéricos.
Las frutas y hortalizas continúan respirando aun cuando son retiradas de la planta,
sin embargo, mientras mantienen su contacto con el tallo permanece el flujo de
savia, aminoácidos, minerales y otras sustancias que garantizan la reposición de
reservas durante la respiración [31]. Durante la maduración la tasa de respiración
de las frutas y verduras difiere debido a características propias del vegetal y a
factores externos como la disposición del substrato, disposición de oxígeno,
temperatura y factores climáticos principalmente.
Algunos frutos presentan una crisis respiratoria durante la maduración, su
intensidad respiratoria disminuye durante todo el crecimiento alcanzando un
mínimo cuando el alimento logra su máximo tamaño; luego, cuando inicia la
maduración, la intensidad respiratoria aumenta hasta lograr un punto máximo que
coincide con el final de este periodo; por último, durante la etapa de senescencia
disminuye rápidamente la actividad respiratoria. Los frutos que presentan este
comportamiento son llamados Frutos Climatéricos. Los frutos con altas tasas
respiratorias tienden a madurar más rápido, es el caso del plátano y el aguacate.
Los frutos no climatéricos no presentan tal crisis en su respiración, su intensidad
respiratoria disminuye durante el crecimiento y permanece baja durante la
maduración y senescencia [33].
El etileno se produce en todos los frutos que se encuentran en maduración, sin
embargo en los frutos climatéricos su producción es apreciablemente mayor.
Cuando se tratan frutos climatéricos no maduros con etileno, se logra acelerar el
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inicio de la fase climatérica, mientras que cuando se tratan frutos no climatéricos
en iguales condiciones el tratamiento no induce la producción autocatalítica de
etileno y tampoco acelera el proceso de maduración.
Efecto de las auxinas.
Las auxinas son las hormonas que están relacionadas directamente con el
fenómeno de elongación de la planta, en lo vegetales está presente
mayoritariamente como ácido lindolacético (IAA), aunque se ha encontrado que
existen otras auxina lindólicas en la planta. Aunque se ubican en toda la planta, se
observa una presencia acentuada en los órganos que se encuentran en
crecimiento, tales como hojas y tallo.
Figura 2.8: Estructuras moleculares de algunas auxinas de origen vegetal.
Fuente: [34].
El tratamiento con auxina acidifica la pared celular permitiendo la hidrolisis de los
enlaces que dan consistencia a la pared celular, debido a la presión recibida la
célula se ablanda y luego absorbe agua para continuar alongándose. Diversos
estudios han demostrado que las auxinas tienen un efecto a corto plazo
relacionado con la reactividad en medio ácido y otro comportamiento continuo que
tiene que ver con el efecto sobre la fase de transcripción genética.
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Las auxinas están estrechamente relacionadas con la abscisión de hojas, la
aplicación de auxina externa sobre los frutos recolectados evita la caída de hojas
durante el transporte [30]. Sin embargo cuando es aplicada aun en la planta puede
generar la calidad de frutos por una excesiva producción de etileno.
Efecto de las giberelinas.
Las giberelinas son el grupo más numeroso de hormonas vegetales conocidas
hasta el momento, ha sido posible aislar más de 90 giberelinas de tejidos
vegetales. Su estructura corresponde a compuestos diterpenoides tetracíclicos y
son sintetizadas de forma natural por la planta a partir del isopreno. Estudios
desarrolladas en las últimas décadas encontraron que en variedades enanas de
especies como maíz y frijol existía un déficit en los genes necesarios para la
producción de giberelinas, luego de la aplicación de la hormona sintética las
plantas recuperaron de tal forma su tamaño que podían ser comparadas con las
especies comunes, de esta forma se evidenció su efecto específico sobre el
alargamiento del vástago, los tallos se alargan y adelgazan presentando un menor
número de ramas y baja coloración en las hojas, esto se debe a que promueven
radicalmente la división celular [35].
La síntesis de giberelinas ocurre principalmente en hojas y yemas en plántulas
jóvenes y en los frutos en material adulto. Su transporte, a diferencia del de las
auxinas es bidireccional más que polarizado, fluyendo por el floema y el xilema de
la planta.
A nivel del desarrollo de frutos, la aplicación de diferentes tipos de giberelinas
puede llegar a estimular el crecimiento de manzanos y hasta demorar la
senescencia, como en el caso de los cítricos, efecto que permite prolongar la
permanencia de los frutos en el árbol o alargar su periodo de comercialización.
Comercialmente es usada la giberelina del tipo GA3 sobre la variedad de uva
Sultanina con el objetivo desarrollar el fruto sin la formación previa de la semilla,
proceso conocido como Partenocarpia [38].
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Fuente: [36].
Las giberelinas estimulan también la germinación de semillas en varias especies
mediante la producción de enzimas α-amilasas y otras enzimas hidrolíticas
encargadas del desdoblamiento del almidón en sus azucares simples.
A nivel de biotecnología las giberelinas son usadas como promotoras del
crecimiento en tejidos meristemáticos extraídos de plantas madre libres de
patógenos y que son cultivadas en ambientes in vitro.
Efecto de las citocininas.
Las citocininas son compuestos derivados de la adenina que contienen una
cadena isoprenoide o aromática unida en la posición 6. En el primer grupo se
encuentran la zeatina, isopenteniladenina y dihidrozeatina. Al segundo grupo
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pertenecen la benciladenina, topolina y kinetina, esta última fue objeto de los
estudios iniciales acerca del comportamiento de estas hormonas. Por lo general se
ha encontrado que su síntesis se realiza en la raíces de la planta, aunque puede
disgregarse por otros tejidos vegetales.
Fuente: [38].
A las citocininas se les ha adjudicado históricamente la promoción de la división y
diferenciación celular, también se reconocen por trabajar en conjunto con las
auxinas para balancear la formación de órganos en los vegetales. Uno de los
efectos más conocidos de las citocininas es el retardo de la senescencia mediante
el mantenimiento del tono verde en las hojas, esto se debe a que promueven la
generación continua de clorofila gracias a su estrecha relación con los
transmisores de información genética. Adicionalmente, las citocininas impiden la
formación de radicales libres inhibiendo la oxidación de ácidos grasos insaturados.
Cabe anotar que la acción de citoquininas se ve influenciada directamente por la
presencia de auxinas en el medio
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EJERCICIOS DEL CAPÍTULO 2
1. De acuerdo al esquema presentado para la glucolisis, determine cuantas
moléculas energéticas se obtienen de forma total.
2. Desarrolle un diagrama de bloques para el ciclo de Calvin.
3. Calcule el volumen de O2 consumido por una planta que presenta un
Coeficiente de Respiración de 0,7 si emite un volumen de 0,0056L de CO2.
4. Elabore un cuadro comparativo para las diferentes hormonas vegetales.
¡PROFUNDIZA!
Las hormonas vegetales intervienen en la mayoría de procesos metabólicos de la planta determinando varias de sus futuras
características, para comprender mejor su funcionamiento revise los siguientes artículos y sitios Web:
Hormonas y reguladores del crecimiento Fitohormonas Crecimiento y desarrollo de la planta
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CAPITULO 3: MECANISMOS DE DETERIORO EN FRUTAS Y HORTALIZAS
INTRODUCCIÓN
Los niveles de alimentos de origen vegetal que sufren deterioro durante su
formación, o luego de ser cosechados, se encuentran en el orden de 5-25% en
países desarrollados y 20-50% en países en vía de desarrollo [39], en un mundo
donde la escasez de comida resulta uno de los problemas gubernamentales de
mayor importancia, estas cifras resaltan la importancia de la conservación de
frutas y hortalizas. La aplicación de tratamientos de conservación debe basarse
inicialmente en un conocimiento profundo de los mecanismos de deterioro que
sufre este tipo de alimentos cuando están expuestos en ambientes naturales en
los cuales pasan la mayor parte del tiempo. La mayoría de afectaciones sufridas
por las frutas y hortalizas responden al desencadenamiento de reacciones internas
de degradación, en las que los principales protagonistas resultan ser compuestos
internos.
Al conocer los fenómenos de deterioro comunes es posible establecer rutas de
control que permitan intervenir los factores influyentes ya sea de forma interna o
externa, diversos estudios se encaminan actualmente con el objetivo de precisar
las condiciones específicas de deterioro de las frutas y hortalizas, la
heterogeneidad en sus características y condiciones ambientales hacen que este
campo de estudio sea tan extenso cómo interesante.
En el presente capitulo se describen los mecanismos de deterioro más conocidos
y su relación con la estabilidad de los productos alimenticios.
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LECCIÓN 11: PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO
El fenómeno de pardeamiento enzimático se
atribuye a la acción de la enzima Polifenol
Oxidasa (PFO) sobre compuestos fenólicos,
causando su oxidación y polimerización [40], el
resultado global de las reacciones es la
generación de una coloración café en el producto
pardeado, de allí el nombre de pardeamiento,
(“browning” en inglés). En el caso de las frutas y
vegetales el pardeamiento enzimático resulta un
problema cuando genera coloraciones indeseables en el producto, adicionalmente
puede llegar a producir perdida de proteínas si el ácido ascórbico reacciona con
productos intermedios de la reacción de oxidación.
A nivel general en el pardeamiento enzimático ocurre una transformación de los
compuestos fenólicos en polímeros coloreados con tonos generalmente oscuros,
en una primera fase tiene lugar la hidroxilación enzimática de los fenoles a la
forma orto-difenoles, luego, estos son oxidados a orto-quinonas que serán las
responsables de la generación espontánea de los polímeros pardos.
En los tejidos vegetales que no han sufrido ninguna alteración de tipo corte la PFO
y su sustrato, los compuestos fenólicos, se encuentran separados por las paredes
celulares, la enzima se ubica en los cloroplastos y cromoplastos mientras que el
sustrato se encuentra en las vacuolas o células especializadas. En el momento en
que ocurre un daño al interior de los tejidos, la enzima y el sustrato entran en
contacto en presencia del oxígeno generando la cadena de reacciones que se
presenta en la Figura 3.1.
¡COMPLEMENTA!
Cinética enzimática de la Polifenol oxidasa del banano
en diferentes estados de maduración
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Figura 3.1: Reacciones precursoras del pardeamiento enzimático.
Fuente: [41].
Sustratos.
El sustrato que interviene en las reacciones de pardeamiento corresponde a una
fracción de todos los compuestos fenólicos presentes en frutas y verduras estos
compuestos son monofenoles, ortodifenoles y polifenoles. Dentro de estos
grandes grupos se encuentran específicamente el pirocatecol y su derivados, la
3,4-Dihidroxifenilalanina (DOPA presente en la papa), 3,4-Dihidroxifeniletilamina
(DOPAMINA presente en la banana), Ácido clorogénico (Manzanas, peras, papas,
yerba mate, etc.).Entre los compuestos flavonoides se destacan los
Antocianidoles, Leucoantocianidoles, Flavonoles como el quercetol y Flavononas
como el Naringenol.
Mecanismos de reacción.
El estudio de los mecanismos de reacción de la aparición de colores pardos en
vegetales ha sido bastante extenso debido a su complejidad, a nivel general se ha
encontrado que la cadena de reacciones que tiene lugar en el pardeamiento
puede dividirse en dos fases, la primera enzimática y la segunda no enzimática.
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La primera etapa consiste en la conversión de monofenoles a quinonas,
inicialmente se hidroxilan los monofenoles en o-difenoles y luego estos últimos son
oxidados a o-quinonas. Ambas reacciones son catalizadas por la Polifenol
oxidasa.
Figura 3.2: Reacciones de conversión de monofenoles a o-quinonas.
Fuente: [42].
Luego de haber sido generadas las quinonas pueden ser hidroxiladas de forma
secundaria al reaccionar con moléculas de agua presentes en el medio, así se
obtienen los trihidroxibencenos.
Figura 3.3: Hidroxilación de quinonas a trihidroxibencenos.
Fuente: [43].
Debido a su alta reactividad los compuestos trifenólicos reaccionan con las
quinonas presentes en un intercambio de moléculas que produce las
hidroxiquinonas.
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Figura 3.4: Producción de hidroxiquinonas.
Fuente: [43].
Las hidroquinonas participan en reacciones de condensación oxidativa en las que
se forman lo polímeros denominados melaninas, al inicio estos compuestos
presentan un amplio espectro de color que pasa por tonos rosados, rojizos y
azulados, para finalmente llegar a la coloración parda o negruzca que los
caracteriza en vegetales.
Figura 3.5: Estructura de polímero formado en el pardeamiento enzimático.
Fuente: [43].
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Prevención del pardeamiento enzimático.
La reacción enzimática de pardeamiento puede evitarse controlando aspectos
tales como temperatura y pH o simplemente desactivando la enzima. Debido a los
efectos comúnmente indeseables de este fenómeno, se han desarrollado diversos
métodos para su prevención, teniendo en cuenta que no alteren la calidad del
producto o tengan efectos desfavorables en su consumo.
Inactivación de enzimas por calor.
Una de las técnicas de mayor uso industrial para la prevención del pardeamiento
enzimático es la inactivación de la enzima Polifenoloxidasa por medio térmico. El
rango de acción de la enzima está comprendido entre 30 y 50°C, sin embargo
puede llegar a resistir temperaturas de hasta 80°C. El tratamiento térmico
corresponde a una precocción en los vegetales y al escaldado en las frutas.
Inactivación química de la enzima.
El pH óptimo de las polifenoloxidasas se encuentra entre 4 y 7, por lo que es
viable usar un baño de ácido cítrico, aunque debe tenerse especial cuidado con el
efecto en las características sensoriales del producto. También se recomienda la
adición de anhídrido sulfuroso y bisulfitos, estos compuesto pueden reaccionar
con las quinonas bloqueando su reactividad o adherirse a las moléculas de
enzima.
Se ha encontrado además que la quelación o eliminación del cobre presente en la
enzima, inhibe directamente su actividad, sin embargo los costos del tratamiento y
algunos efectos secundarios la convierten en una alternativa poco viable.
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Adición de agentes reductores.
La adición de cierta cantidad de ácido ascórbico (0,5 a 1 % del peso del producto),
especialmente en frutas y zumos de frutas, convierte las quinonas en fenoles
retardando el proceso de pardeamiento.
Inmersión en soluciones de Cloruro de Sodio.
Esta técnica es usada exclusivamente en las verduras, ya que en las frutas, el
sabor salado tendría un efecto negativo sobre su calidad. El Cloruro de sodio en
concentraciones de 0,1% retarda la aparición del pardeamiento aunque no se ha
logrado establecer con precisión su mecanismo de reacción.
Alteración enzimática de los sustratos fenólicos.
Con el fin de disminuir la disponibilidad del sustrato, se agrega una solución de un
donador de grupos metilo y O metil-tranfersa, esta enzima metila los orto-dfienoles
y elimina la posibilidad de que sean atacados por la Polifenoloxidasa.
Figura 3.6: Metilación de difenoles con o-metiltransferasa.
Fuente: [43].
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LECCIÓN 12: OXIDACIÓN DEL ÁCIDO ASCÓRBICO
El ácido ascórbico conocido comúnmente
como Vitamina C está presente en
proporciones considerables en los
vegetales y en una gran cantidad de frutas,
sin embargo no es sintetizado por el
hombre, razón por la cual lo debe incluir en
su dieta. El ácido ascórbico desempeña
funciones de extrema importancia en el cuerpo humano, entre ellas se encuentra
la reparación de tejidos, formación de colágeno y reducción de hierro para su
correcta asimilación en el intestino.
Es un derivado del azúcar de seis carbonos, su fórmula condensada es C6H8O6,
químicamente se nombra como la Lactona del ácido L-3-ceto-treo-hexuronico, los
grupos diol en los carbonos 2 y 3 lo convierten en un potente agente reductor.
Naturalmente el ácido ascórbico se presenta mayoritariamente en forma de su
isómero L, los demás isómeros no poseen una actividad biológica tan importante
como éste.
El ácido ascórbico es inestable debido a su facilidad de oxidación e hidratación, su
degradación se lleva a cabo mediante procesos oxidativos, inicialmente la
molécula de ácido pierde un electrón convirtiéndose en el monoanión ascorbato,
luego, con la pérdida de un segundo electrón se origina el ácido dehidroascórbico.
El anillo de lactona presente en el ácido dehidroascórbico le confiere alta
inestabilidad a la molécula que es fácilmente hidrolizada para producir acido 2,3-
dicetoglucónico, por descarboxilación este acido se convierte finalmente en
Furfural desprendiendo CO2.
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Figura 3.7: Reacciones de conversión de Ácido L-ascórbico a furfural.
Fuente: [44].
La oxidación del ácido ascórbico se ve favorecida por el contenido de trazas de
cobre y Hierro y puede ocurrir en ausencia o presencia de oxígeno. La capacidad
de oxidarse que posee el ácido ascórbico le confiere el papel de agente
antioxidante, debido a esto el creciente interés por su estudio.
¡PROFUNDIZA!
Diversos estudios se han realizado sobre el seguimiento del ácido ascórbico en productos de origen vegetal y frutas frescas, a continuación se presentan 3 investigaciones de interés: Cambios en la concentración de ácido ascórbico en el procesamiento de frutos de guayaba (Psidium Guajava L.). Ascorbic acid content of commercial fruit juices and its rate of loss upon storage. Ascorbic acid degradation kinetics of sonicated orange juice during storage andcomparison with thermally pasteurised juice
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LECCIÓN 13: DEGRADACIÓN CLOROFILAS
En el campo de los alimentos vegetales la importancia de la clorofila radica en su
participación en los procesos fotosintéticos, sin embargo no debe ignorarse el
papel que cumple como pigmento al conferir la tonalidad verde característica de
muchos alimentos. Este compuesto absorbe longitudes de onda del violeta, azul y
rojo y refleja la luz de color verde, en compañía de otros pigmentos naturales
como los carotenoides, antocianinas, flavonoides, flavinas, quinonas y citocromos
se encarga de conferir la gama de tonos que se observa en las frutas y verduras
antes y después de su recolección.
La estructura de la molécula de clorofila contiene cuatro anillos pirrólicos
(Compuestos aromáticos heterocíclicos de formula C4H5N) unidos por grupos
metilo, en el centro se ubica un átomo de Magnesio unido en dos posiciones por
nitrógeno.
Figura 3.8: Molécula de Clorofila.
Fuente: [45].
Los vegetales pueden deteriorar su color luego de someterse a operaciones como
el escaldado o algunos tratamientos térmicos a bajas temperaturas, el cambio de
color se manifiesta por un tono pardo o verde oliva y se debe a la degradación de
la clorofila a feofitina, y a la consecuente degradación a feoforbidos y clorinas
[46]. Factores como temperatura, pH, luz y oxigeno influyen en la degradación de
clorofila, aunque generalmente se presenta por acción de la enzima clorofilasa,
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que se ubica en los tejidos vegetales y se activa en la senescencia o bajo
almacenamiento prolongado.
La ruta de degradación de las moléculas de clorofila inicia con la eliminación de la
cola de fitol a cargo de la enzima clorofilasa. Luego, ocurre la eliminación del
Magnesio debido a la participación de la enzima magnesio dequelatasa, en la
siguiente etapa la estructura de la porfirina se abre mediante una oxigenasa para
formar una cadena tetrapirrólica abierta. Por último, el tetrapirrol se modifica dando
lugar a productos hidrosolubles incoloros que serán almacenados en la vacuola de
forma permanente.
LECCIÓN 14: DEGRADACIÓN DE HIDROPERÓXIDOS
La reacción de oxidación de lípidos es un tema de gran importancia en la
conservación de alimentos, los antioxidantes representan un campo de
investigación bastante amplio debido a su alto costo e impacto en el
comportamiento de frutas y verduras a nivel industrial.
Aun cuando la concentración de lípidos en las frutas y verduras es bastante baja,
sus reacciones generan compuestos de alto poder organoléptico que no pueden
pasar inadvertidos en el alimento y su consumidor. La oxidación lipídica genera
alteraciones en el aroma debido a la formación de compuestos volátiles, en el
sabor por efecto de hidroácidos generados, en la textura y consistencia debido a
reacciones de entrecruzamiento, así como en el contenido nutricional de las frutas
¡COMPLEMENTA!
Degradación de clorofilas y feofitinas a diferentes temperaturas en Ilex
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y verdura, de hecho, en condiciones avanzadas puede generar compuestos
tóxicos para la salud.
La autooxidación, también conocida como enranciamiento oxidativo es un
fenómeno común que sufren los lípidos, presentes en forma de ácidos grasos
insaturados, en los alimentos al entrar en contacto con oxígeno, El mecanismo
está integrado por una serie de reacciones en cadena autocatalíticas en las que
intervienen radicales libres como componentes intermedios.
Se han definido tres etapas para el mecanismo de radicales libres de la
autooxidación lipídica, estas son iniciación, propagación y finalización. A
continuación se describen con mayor detalle.
Fase de iniciación.
Esta fase puede iniciar por varios mecanismos diferentes, todos relacionados con
las reacciones que se dan al romper la barrera energética que impide la
interacción de los ácidos grasos con el oxígeno Luego de la maduración, o de un
daño en el tejido por ejemplo, las enzimas lipolíticas actúan sobre los lípidos
generando la liberación de ácidos grasos.
Fotooxigenación.
La posibilidad de que el oxígeno en su estado natural como triplete 3O2 reaccione
con los ácidos grasos es prácticamente nula, ya que la energía de activación de la
reacción esta entre 150-270kJ/mol, un valor muy alto para ser vencido
espontáneamente. Se requiere entonces, transformar el oxígeno de su estado
triple al estado activo en que su función oxidativa resulta más fácil, para ello,
interviene la luz ultravioleta que se encarga de activar sensibilizadores como la
clorofila a y b que permiten por un lado la formación de radicales libres del ácido y
por otro la activación del oxígeno.
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El oxígeno así formado reacciona con el ácido graso para iniciar el proceso de
oxidación.
Metales.
Los alimentos vegetales contienen trazas de metales provenientes de los
compuestos enzimáticos o de procesos previos de hidrogenación, los iones
metálicos más comunes son los de Cobre, Hierro y Manganeso, estos, son
capaces de iniciar la autooxidación cuando reaccionan con hidroperóxidos
existentes mediante la siguiente ecuación:
Ó
Fase de propagación.
Los radicales lipídicos formados en la etapa de iniciación son altamente reactivos
y pueden con otra molécula de ácido graso para substraerle un hidrogeno, o con
una molécula de oxígeno en estado basal.
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Los grupos poseen un potencial de reducción mayor que los grupos , es
por esta razón que están en capacidad de sustraer una átomo de hidrogeno de
otra molécula de ácido graso para formar finalmente un hidroperóxido y un radical
lipídico nuevamente.
Los hidroperóxidos generados pueden ser degradados mediante acción
enzimática o acción no enzimática, su degradación puede representarse por
medio de las siguientes fases:
Iniciación: Formación de radicales libres reactivos.
Propagación:
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Finalización:
Fuente: [47]
Antioxidantes.
Como se ha visto anteriormente las reacciones de oxidación de lípidos que
conllevan a la formación y posterior degradación de hidroperóxidos son en su
mayoría perjudiciales para la calidad de frutas y verduras, industrialmente se
busca retrasar y evitar la cadena reactiva de radicales libres para evitar el efecto
negativo sobre las propiedades organolépticas. Amplios estudios se han realizado
con este objetivo, hace algunas décadas se encontró que el empaque al vacío, la
refrigeración y la congelación resultan métodos insuficientes a la hora de prevenir
la oxidación lipídica, ya que una muy baja concentración de oxigeno basta para
desencadenar el proceso de rancidez. Así que se recurrió al uso de compuestos
antioxidantes definidos como sustancias que presentes a bajas concentraciones
comparadas con la del sustrato oxidable, significativamente retrasan o inhiben la
oxidación del sustrato [48].
A nivel industrial es común el uso de una mezcla de antioxidantes que actúen de
forma sinérgica, deben cumplir con su objetivo sin modificar las características
organolépticas del alimento y sin deteriorar de alguna forma la salud del
consumidor.
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Tabla 3.2: Antioxidantes y sus orígenes vegetales.
TABLA DE ALGUNOS ANTIOXIDANTES Y ALIMENTOS DE ORIGEN
Acido elagico: Con propiedades antioxidantes y
hemostáticas. En algunos países se utiliza como suplemento alimentario atribuyéndole propiedades antitumorales
Frutillas. (fresas), frambuesas cerezas ,uvas, kiwis. arándanos, bayas
Antocianos: Es un grupos de pigmentos flavonoides
hidrosolubles (glucósidos) que están en solución en las vacuolas de las células vegetales de frutos , flores, tallos y hojas
Uva, cerezas, kiwis, ciruelas
Carotenoides: Los alfa y beta carotenos son
precursores de la vitamina A y actúan como nutrientes antioxidantes. Son los únicos carotenoides que se transforman en cantidades apreciables de vitamina A.
Zanahoria, tomate, naranja, papaya, lechuga, espinacas
Catequinas: El té verde según las últimas
investigaciones es clave por su alto contenido en catequinas y polifenoles , que actúan como antioxidantes y activadores del metabolismo.
Té verde. Cacao
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Continuación Tabla 3.2: Antioxidantes y sus orígenes vegetales.
TABLA DE ALGUNOS ANTIOXIDANTES Y ALIMENTOS DE ORIGEN
Compuestos Sulfurados: Compuestos órgano-
sulfurados que inhiben la carcinogénesis química inducida provocada por algunas sustancias
Ajo, cebolla, puerro, cebolletas, chalotes.
Hesperidina: También con acción diurética y
antihipertensiva de la hesperidina Cítricos, naranja
Isotiocianatos: Pueden suprimir el crecimiento de
tumores mediante el bloqueo de enzimas Coles, brecol, calabaza, mostaza, nabos, berros.
Insoflavonas: Se relaciona como aliado contra
enfermedades cardiovasculares ,osteoporosis y de canceres dependientes de hormonas como el de mama
Soja y derivados. En mucha menor cantidad: Té verde, guisantes, lentejas, garbanzos.
Licopeno: Responsable del característico color rojo de
los tomates Tomate.
Quercentina: Es un potente antioxidante ,encontrado en
gran variedad de frutas y vegetales
Uvas, cebolla roja, brócol, toronja y manzanas, cerezas , té verde , vino tinto.
Taninos: También muy potentes para limpiar nuestras
arterias (consumo moderado de vino tinto ) Vino tinto, uvas , berries , lentejas …
Vitacima C : Junto de la vitamina E los dos clásicos con
muy potente capacidad antioxidante
Kiwi, cítricos, piña, tomates , brócol, alfalfa germinada, pimientos, espinacas
Vitamina E : La vitamina E es el clásico antioxidante que
protege a las células de agresiones externas del tipo :contaminación, pesticidas, humo de tabaco
Aguacate, nueces, maíz, aceites vegetales, germen de trigo cereal.
Fuente: [47].
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LECCIÓN 15: ACCIÓN PEROXIDASA
La Peroxidasa ha resultado de gran interés en la industria de frutas y hortalizas
debido a su alta estabilidad al calor, algunos autores cómo Williams et al. (1986) lo
atribuyen a la presencia de algunas isoenzimas en el alimento. Las isoenzimas
son formas moleculares múltiples de una enzima, catalizan el mismo sustrato pero
difieren en las propiedades físicas, químicas y estructurales, y es por esta razón
que algunas presentan diferente resistencia térmica. La peroxidasa ha sido
denominada la enzima indicadora universal en los tratamientos de escaldado de
vegetales debido a que al alcanzar su inactivación mediante aumento de
temperatura, se garantiza la muerte térmica de otras enzimas que trabajan en
condiciones menores.
La enzima Peroxidasa pertenece al grupo de las oxidoreductasas, está presente
en animales y vegetales, encontrándose en estos últimos en la célula parcialmente
soluble y en el citoplasma de forma insoluble.
Mecanismo de reacción.
Por sus características la Peroxidasa puede participar en cuatro clases de
reacciones: peroxidativa, oxidativa, catalítica y de hidroxilación [50]. El
mecanismo de reacción de la peroxidasa se muestra a continuación:
ROOH + AH2 H2O + ROH + A
El grupo R puede ser un radical metilo, etilo o H+; el compuesto AH2 es el donador
de hidrogeno en forma reducida y el compuesto A es conocido como el donador
de hidrógeno en forma oxidada. Entre los donadores más conocidos se
encuentran p-cresol, resorcinol, guayacol, anilina, bencidina, o-fenildiamina y o-
dianisedina.
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Algunos autores plantean como posible el proceso de regeneración de la
peroxidasa después del tratamiento térmico, esto se debe a que la fracción
proteica de la enzima se desnaturaliza parcialmente, de esta forma, si el proceso
con temperatura no e s completo y se deja pasar un periodo considerable de
tiempo, la estructura terciaria de la proteína puede llegar a regenerarse [49].
Barreiro y Sandoval encontraron que tratamientos de baja temperatura y tiempos
largos presentan menor posibilidad de regeneración que los usados con altas
temperatura por tiempos cortos. Sin embargo otros autores han encontrado que en
arvejas, judías, frijoles verdes, espinacas y zanahoria, la actividad residual de la
peroxidasa se encuentra entre 1 y 7%, por lo que no parecen afectadas las
características de calidad de los alimentos. Bajo esta perspectiva resulta más
conveniente tolerar la baja actividad de regeneración que someter el producto a
tratamientos de escaldado más agresivos, ya que esta última opción si podría
degradar propiedades importantes del vegetal.
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EJERCICIOS DEL CAPÍTULO 3
1. Investigue un artículo académico en el que se estudie un mecanismo de
inactivación para la enzima peroxidasa en un fruto.
2. Describa un proceso industrial de extracción de antioxidantes de frutas y
verduras.
ACTIVIDADES
Para esta primera unidad usted debe seleccionar un fruto de su interés y elaborar
un documento con las siguientes temáticas:
Nombre científico.
Clasificación.
Composición
Presencia de pigmentos de interés industrial.
Mecanismo de inactivación del pardeamiento enzimático utilizados en la
fruta.
.
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UNIDAD 2: INGENIERÍA DE PROCESOS 1
Nombre de la Unidad INGENIERÍA DE PROCESOS I
Justificación
Las operaciones unitarias, entendidas como las
actividades básicas que forman parte de un proceso
industrial y en las que interviene un cambio físico,
químico o bilógico, deben ser inherentes al desarrollo
profesional de un Ingeniero. Por esta razón se hace
imprescindible que el ingeniero de Alimentos analice,
comprenda y aplique las diferentes operaciones
unitarias que se aplican en la Industria de frutas y
hortalizas.
En esta unidad se presentan inicialmente los principios
básicos que fundamentan la transferencia de masa y
calor, así como las propiedades reológicas y térmicas
tan útiles a la hora de determinar el comportamiento de
los alimentos ante cualquier fenómeno fisicoquímico.
Posteriormente, el estudiante se enfrenta a las
operaciones de flujo, transporte y separación,
conociendo diferentes aplicaciones industriales de
estas y comprendiendo los parámetros comunes de
cálculo.
Por último se describe un grupo de operaciones de
gran importancia en el tratamiento de alimentos
vegetales, los tratamientos térmicos, en esta categoría
se incluyen los principales efectos térmicos que sufre el
alimento luego de someterse a aumento o descenso de
temperatura, se presentan los equipos utilizados
industrialmente y los factores de diseño y operación
más relevantes para el Ingeniero.
Al concluir esta unidad, el Ingeniero de Alimentos debe
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estar en capacidad de diseñar y comprender el
funcionamiento de los equipos relacionados con las
operaciones unitarias que incluyen tratamientos
térmicos. Así mismo, estará en capacidad de analizar y
resolver situaciones problémicas reales.
Intencionalidades
Formativas
Presentar los fundamentación teórica relacionada con
las mezclas aire vapor de agua, de gran influencia tanto
en los procesos de deterioro como en los tratamientos
térmicos.
Introducir al estudiante en el ámbito de las operaciones
unitarias comunes en la industria, presentando los
conceptos fundamentales de las transferencias de calor
y masa, así como el manejo y transporte de fluidos y
sólidos.
Describir el cálculo de las principales propiedades
térmicas de frutas y hortalizas y su comportamiento
respecto a diferentes variables.
Presentar los procesos químicos y biológicos más
comunes en la industria de frutas y hortalizas,
orientando siempre al estudiante a la innovación.
Caracterizar los tratamientos térmicos de frutas y
hortalizas, promoviendo el análisis, diseño y realización
de cálculos básicos.
Fomentar la habilidad de análisis y resolución de
problemas inmersos en una operación unitaria.
CAPITULO 4 Principios fundamentales de los Procesos y
operaciones unitarios en Frutas y hortalizas.
Lección 16 Psicrometría
Lección 17 Transmisión de calor
Lección 18 Transmisión de masa
Lección 19 Propiedades reológicas y textura
Lección 20 Propiedades térmicas
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CAPITULO 5 Operaciones unitarias de transporte y
separaciones físicas en frutas y hortalizas.
Lección 21 Flujo y mezcla de fluidos
Lección 22 Filtración y centrifugación
Lección 23 Procesos químicos
Lección 24 Procesos químicos
Lección 25 Procesos biológicos
CAPITULO 6 Tratamientos térmicos en frutas y hortalizas.
Lección 26 Escaldado
Lección 27 Congelación
Lección 28 Refrigeración
Lección 29 Irradiación de alimentos
Lección 30 Tratamiento ionizante de alimentos
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CAPITULO 4: PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LOS PROCESOS Y OPERACIONES UNITARIOS EN FRUTAS Y HORTALIZAS.
INTRODUCCIÓN.
El análisis de los alimentos vegetales depende del contexto en el que se
desarrollen, en general cumplen todas las leyes de la naturaleza pudiendo ser
vistos ya sea como solidos clasificados de acuerdo a su estado fresco, o como
fluidos cuando ya han sido parte de un procesado industrial, como es el caso de
los jugos, zumos, sopas, cremas y mermeladas. Para cada caso, existen modelos
universales que los describen junto con su comportamiento ante diferentes
situaciones en las que intervienen cambios de temperatura, presión o
concentración, amplios estudios han sido elaborados modificando condiciones de
operación y diseño en busca de la determinación precisa de las propiedades de
los alimentos, estas propiedades pueden ser térmicas, reológicas o relacionadas
con la calidad.
Debido al alto contenido de agua presente en frutas y hortalizas resulta de gran
importancia conocer el comportamiento de este líquido en todos sus ámbitos, en la
mayoría de ensayos el agua resulta ser el protagonista de los fenómenos físicos
que rigen a los alimentos. En el presenta capitulo se estudiarán los fenómenos de
transferencia de calor y materia, junto con el comportamiento de las mezclas aire-
agua y las propiedades térmicas.
LECCIÓN 16: PSICROMETRÍA.
Las frutas y hortalizas requieren un manejo poscosecha apropiado en el que las
variables externas se controlen de manera adecuada para evitar afectaciones en
el desarrollo del producto, como se ha visto anteriormente, el ambiente al que
están expuestas tiene un gran efecto sobre su vida poscosecha, este ambiente
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está constituido innegablemente por la presencia de aire circundante por eso es
de gran importancia el estudio de las propiedades y comportamiento de este fluido
universal. En esta lección usted reconocerá, comprenderá y aplicara los conceptos
principales asociados a las mezclas aire agua que comprenden el estudio de la
Psicrometría.
Las principales aplicaciones de la psicrometría en la industria de alimentos están
relacionadas con el diseño de equipos de refrigeración y almacenamiento,
procesos de secado, estudios de climatización y en general en aquellas etapas en
que intervenga una corriente de aire seco o húmedo.
Propiedades del aire seco.
El aire ambiental corresponde a una mezcla de aire seco o puro y vapor de agua
conocida como aire húmedo, para el análisis de propiedades y comportamiento
durante un proceso industrial es conveniente estudiar cada uno de los
componentes por separado, en esta sección se verán las características del aire
seco. Cómo usted recuerda, el aire seco corresponde a una mezcla inolora e
incolora de varios gases entre los que el nitrógeno y oxigeno representan la mayor
fracción; aunque se encuentran en él trazas de argón, neón, xenón, criptón y otros
compuestos, para efectos prácticos en ingeniería y a menos que se requiera una
alta precisión en los cálculos, se maneja una composición global de 79%v de
nitrógeno y 21%v de oxígeno. En condiciones normales de presión y temperatura
es válido asumir que el aire se comporta como un gas ideal y de esta forma las
leyes asociadas describen su comportamiento adecuadamente.
Peso molecular del aire seco: De acuerdo a su composición, el aire seco tiene un
peso molecular de 28,84g/mol.
Densidad del aire seco: La densidad varía con la presión atmosférica, en
condiciones normales un kilogramo de aire ocupa 0,833m3.
Volumen específico del aire seco: El volumen específico se encuentra en función
de la temperatura y presión mediante la siguiente ecuación:
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En esta relación v corresponde al volumen en m3/kg, R es la constante de los
gases ideales en m3Pa/kgK, T es la temperatura absoluta en K y p es la presión
parcial del aire seco en kPa.
Calor específico del aire seco: Con respecto a las propiedades térmicas, el aire
posee un calor específico dependiente de la temperatura, aunque se ha
encontrado que para un rango entre -40 y 60°C el valor aproximado es de 1.004
kJ/kgK.
Entalpia del aire seco: El cambio de entalpia del aire seco con respecto a una
temperatura de referencia se expresa mediante la siguiente relación.
Ha – href = CpaTa –Tref (4.2)
Si la temperatura de referencia se toma como 0°C, la entalpia en estas
condiciones será nula y la ecuación se convierte en:
Ha = CpaTa (4.3)
Siendo Cpa el calor especifico promedio correspondiente a la temperatura Ta.
Propiedades de vapor de agua.
El vapor de agua es un gas obtenido por evaporación de cierta cantidad de agua
en estado líquido, al igual que en el caso del aire seco es posible asumir que se
comporta como gas ideal en intervalos de presión y temperatura moderados,
generalmente inferiores a 0,03 bar y 65 ° C. Bajo estas condiciones se calculan
sus propiedades físicas.
Volumen específico del vapor de agua: El volumen específico se encuentra en
función de la temperatura y presión mediante la siguiente ecuación:
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Donde R toma el valor de 461,52m3Pa/kgK, Vv es el volumen específico en
m3/kg, pv es la presión parcial del vapor de agua y T es la temperatura absoluta
en K.
Calor especifico del vapor de agua: Para un rango de temperatura entre -70°C y
120°C se ha encontrado que es posible trabajar con un calor especifico promedio
para el vapor de agua de 1,86kJ/kg°C. Sin embargo, recuerde que si requiere
mayor exactitud es conveniente calcular este valor a través de la correlación
polinómica basada en la temperatura.
Entalpia del vapor de agua: Teniendo en cuenta que a temperaturas y presiones
bajas la entalpia del vapor depende únicamente de la temperatura, es posible
calcular su valor aproximándolo a la entalpia del vapor saturado. Extensos datos
para el vapor de agua se pueden encontrar en las Tablas de vapor de agua que se
manejan comúnmente en el área de termodinámica.
Propiedades de las mezclas aire-vapor.
Aire húmedo.
El aire que compone el ambiente del planeta contiene una proporción de vapor de
agua que varía con la ubicación geográfica y los factores climáticos, aunque esta
proporción es relativamente baja es necesario tenerla en cuenta ante cualquier
calculo en ingeniería en el que se involucre la participación del aire atmosférico. La
mezcla aire seco y vapor de agua recibe el nombre de aire húmedo, y esta
caracterizada por un conjunto de propiedades y conceptos particulares, a
continuación se realiza una descripción de cada uno de ellos, tenga en cuenta que
serán de gran aplicación a la hora de analizar los procesos de secado y
refrigeración, entre otros.
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Humedad.
Teóricamente la humedad se define como la masa de vapor de agua que existe en
una mezcla de vapor y aire seco, matemáticamente esta relación puede ser
expresada de varias formas, la primera, corresponde a la Humedad absoluta que
se define cómo la cantidad de vapor de agua con respecto a la unidad másica de
aire seco, dimensionalmente se expresa en kg de vapor de agua / kg de aire seco
o lb de vapor de agua / lb de aire seco, en términos de variables la humedad
absoluta puede ser representada mediante la siguiente ecuación:
(4.4)
Si el aire húmedo se maneja como una mezcla de gases ideales su presión total
puede expresarse como la suma de la presiones parciales de sus componentes,
es decir del vapor y el aire seco.
De igual forma, es posible aplicar la ley de gases ideales para expresar la
humedad absoluta en otros términos, despejando las masas de vapor y aire seco
se obtiene:
(4.6)
Si se reemplazan estas relaciones en la ecuación 4.4 se obtiene una expresión
para la humedad absoluta en términos de presiones parciales, volumen y
temperatura. Teniendo en cuenta que el volumen y la temperatura son de la
mezcla y que la relación Rv/Ra.s corresponde a 0,622, se tiene:
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O en términos de presión total:
Humedad Relativa.
Si a una mezcla húmeda se agrega progresivamente vapor de agua llegara un
momento en que el aire seco no pueda contener más agua y esta empiece a
condensar, justo en este punto se dice que el aire se encuentra en su estado de
saturación y pasara a ser aire saturado, la cantidad máxima que el aire puede
retener se puede calcular reemplazando Pv por la presión de saturación del agua
Psat a la temperatura de la mezcla en la ecuación 4.8.
Mientras que el aire no este saturado con vapor, su presión parcial será menor
que la presión de vapor del agua y la relación entre estas dos variables permite
determinar el valor de la Humedad relativa, que es un indicador de la cantidad de
agua que aún puede recibir el aire en su corriente antes de llegar al nivel de
saturación, matemáticamente se expresa como un porcentaje mediante la
siguiente relación:
La humedad relativa entonces tendrá un valor de cero para el aire seco y 1 para el
aire saturado y estará determinada por la temperatura.
Temperatura de punto de rocío.
Como ya se había mencionado, cuando el aire se encuentra en su estado de
saturación el vapor inicia su condensación, la temperatura a la cual ocurre este
fenómeno es denominada Temperatura de rocío. En términos de la presión de
vapor el proceso se ejemplifica mejor en el diagrama T-s de la figura 4.1, el aire se
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enfría a presión constante hasta alcanzar el punto 2 que corresponde a la
temperatura de rocío en ese punto el sistema se encuentra sobre la línea de
saturación, si la temperatura desciende aun mínimamente, inicia la condensación
esquematizada por la ubicación del sistema al interior del domo que representa la
existencia simultanea de las fases liquida y gaseosa.
Figura 4.1: Diagrama T-s para el agua.
Fuente: [51].
Calor húmedo de una mezcla aire-vapor.
El calor húmedo es la cantidad de energía que se requiere aplicar a una mezcla
aire-vapor para aumentar en 1K la temperatura de 1kg de mezcla, su cálculo se
realiza teniendo en cuenta la humedad presente en el aire mediante la siguiente
relación:
Donde cs es el calor húmedo en kJ/kg de aire seco K y w es la humedad en kg de
agua/ kg de aire seco.
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Volumen especifico de una mezcla aire-vapor.
El cálculo del volumen específico de una mezcla psicrométrica se realiza teniendo
en cuenta los pesos moleculares de aire y del agua.
Temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo.
Básicamente la temperatura de bulbo seco es aquella que resulta de la medición
con un termómetro corriente. A diferencia de esta, la temperatura de bulbo
húmedo es medida con un termómetro especial que tiene el bulbo envuelto en un
paño húmedo, cuando el termómetro se expone a la corriente de aire que será
medida, parte del agua del paño se evapora debido a su mayor presión de vapor,
esta evaporación conlleva un gasto de calor latente que se toma de la mezcla.
Cuando la temperatura del paño desciende por debajo de la temperatura de bulbo
seco del aire, el aire comienza a ceder calor al paño aumentando su temperatura.
Luego de cierto tiempo se alcanza un equilibrio en el que el flujo de calor desde el
aire hacia e paño es igual al calor latente requerido para la evaporación del agua,
en este punto se alcanza la temperatura de bulbo húmedo.
Cuando el aire se encuentra saturado, las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo
seco son iguales. Para insaturado la temperatura de bulbo húmedo siempre será
un poco menor que la de bulbo seco. La precisión de la lectura depende de la
velocidad a la cual se haga fluir la mezcla de aire-vapor, así como de factores
ambientales.
Diagramas Psicométricos.
Los diagramas o cartas psicométricas, son graficas que representan el
comportamiento de las diferentes propiedades de las mezclas aire-vapor, aunque
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los valores de su origen están tabulados, el procedimiento de lectura resulta más
sencillo usando un diagrama. Se han elaborado cartas psicométricas para cada
presión absoluta, la más conocida está basada en una presión de 101,3kPa, el
rango de temperaturas esta entre -10°C y 50°C. Las propiedades que se incluyen
en esta carta son las temperaturas de bulbo húmedo, bulbo seco y rocío, las
humedades relativa y absoluta, la entalpía y el volumen especifico. En las
siguientes figuras se representan las curvas o líneas utilizadas para cada
característica.
Las unidades que se manejan en esta carta se encuentran en Sistema
Internacional. Las temperaturas están en grados centígrados; el volumen en
m³/kg; la humedad relativa en porcentajes; el contenido de humedad en g/kg aire
seco; la entalpía está en kilo Joules (kJ) por kg de aire seco. Basta con conocer
dos propiedades para ubicar un punto en la gráfica y realizar la lectura de los
demás valores.
Figura 4.2: Líneas contenidas en la Carta Psicrométrica.
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Fuente: [52].
Para esquematizar el uso de la carta psicrométrica se presenta a continuación un
ejemplo:
Ejemplo:
Una corriente de aire a 40°C y temperatura de bulbo húmedo de 30°C ingresa a un
secador en contracorriente, mediante la carta psicrométrica encuentre:
Entalpía.
Humedad.
Humedad relativa.
Punto de rocío.
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Solución:
En el eje x se ubica la temperatura de 40°C, luego se asciende verticalmente
hasta encontrar la temperatura de bulbo húmedo, este punto de cruce se proyecta
en el eje y, se lee el valor de la humedad:
H= 0,023 kg de agua /kg de aire seco
Viajando por la misma horizontal pero en sentido izquierda derecha se busca la
curva de saturación lo que permite leer el punto de rocío, que es
aproximadamente de 27.2°C.
Con este último punto se busca la proyección sobre las curvas de humedad
relativa se lee:
HR=50%
Para la lectura de la entalpía se busca en la escala pertinente el valor que
corresponde a 30°C:
En el siguiente enlace podrá encontrar una aplicación que permite realizar lecturas
psicrométricas de forma más sencilla:
http://www.sc.ehu.es/nmwmigaj/CartaPsy.htm
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LECCIÓN 17: TRANSMISIÓN DE CALOR
Una gran parte de los procesos de tratamiento de frutas y verduras están
relacionados con la transferencia de calor, escaldado, congelación, liofilización y
secado, entre otros, se desarrollan bajo principios de intercambio de energía
térmica, es por ello que usted debe tener presente las leyes bajo las cuales se
desarrollan estos fenómenos. Por ejemplo, en la pasteurización de un jugo de
manzana, se transmite calor desde un medio de calentamiento hacia el seno del
fluido, el calor debe atravesar el empaque y luego conducirse a través del jugo
hasta llegar al seno de este; en el diseño del sistema de pasteurización se
requiere conocer la cantidad de calor necesaria y la velocidad a la cual se
transmite desde la fuente hasta el receptor. En otros casos, usted como Ingeniero
deberá estimar la temperatura del fluido de servicio o el tiempo de residencia de
su producto en una operación determinada, de tal forma, que sus características
de calidad no se vean afectadas. Para el análisis de este tipo de situaciones es
conveniente recordar los principios de cada uno de los mecanismos de
transferencia de calor, a continuación, se presenta una descripción de los modelos
de conducción y convección con aplicación en la industria de frutas y verduras.
Transferencia de calor por conducción.
En este tipo de transmisión de calor la energía se transfiere a nivel molecular,
generalmente se asocia la conducción con un material sólido, al interior del
material el calor fluye desde el lugar que se encuentra a mayor temperatura hacia
el lugar en que la temperatura es menor, algunos estudios afirman que la
conducción se debe a la vibración que alcanzan las moléculas luego de adquirir
cierta energía térmica, otras teorías afirman que el fenómeno se debe al
movimiento de electrones libres [51].
La conducción ha sido definida por la Ley de Fourier mediante la siguiente
relación:
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El flujo de calor qx es directamente proporcional a la conductividad térmica del
sólido k, algunos alimentos tendrán mayor facilidad de transportar la energía
internamente que otros, generalmente esta capacidad depende del contenido de
humedad que posean (Ver Propiedades térmicas de frutas y verduras). El área de
transferencia de calor A también incide directamente sobre el flujo calorífico, a
mayor área la tasa de flujo aumenta. Comportamiento inverso tiene el espesor del
sólido, un menor espesor hará que el flujo de calor aumente, imagine esta
situación a la hora de definir el corte de rodajas de una zanahoria por ejemplo. Por
último la diferencia de temperatura entre dos puntos del alimento influye en la
transferencia de calor conductiva, entre más distantes sean los valores de
temperatura mayor será el flujo de calor, esto se debe al hecho de que la
diferencia de temperaturas es la fuerza impulsora de la transferencia de calor, así
como la diferencia de concentraciones en una solución hace posible el fenómeno
de transferencia de masa.
Transferencia de calor por convección.
Cuando un fluido líquido o gaseoso entra en contacto con una superficie sólida
que se encuentra a una temperatura distinta, ocurre un fenómeno de transmisión
de calor conocido como convección, la velocidad del fluido es un factor
determinante en el flujo de energía, por ejemplo, una verdura que se expone a
una corriente de aire frio que se transporta a gran velocidad, disminuirá su
temperatura más rápidamente que si se expone a una corriente lenta de aire.
Cuando el fluido adquiere velocidad de forma artificial por acción de algún
mecanismo, se habla de convección forzada, mientras que si su velocidad no ha
sido promovida, como en el caso del aire ambiental, se habla de convección
natural.
El fenómeno de conducción ha sido modelado por la Ley de enfriamiento de
Newton, que establece que el flujo de calor es directamente proporcional al área
de transferencia, a la diferencia de temperaturas entre el fluido y el sólido y a una
propiedad conocida como el coeficiente de transferencia de calor. La ecuación
matemática se presenta a continuación:
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En la ecuación Ts corresponde a la temperatura del sólido y Tf a la de fluido, el
área se maneja en m2 y el coeficiente tiene unidades de W/m2°C, este último
puede compararse con la conductividad usada en la ecuación de conducción, con
respecto a que representa la capacidad de transferencia, sin embargo para este
caso, el coeficiente h está basado en las propiedades y velocidad del fluido y en la
geometría y rugosidad del sólido. Al depender de tantos factores, el cálculo del
coeficiente de transferencia no resulta nada sencillo, se han desarrollado modelos
para el aire y el agua que satisfacen las necesidades adecuadamente, pero en
caso de fluidos no típicos o solidos con características muy particulares se deben
realizar algunas aproximaciones.
Transferencia de calor en estado estacionario.
El estado estacionario es un modelo simplificado de gran utilidad para el análisis
de los diferentes fenómenos de transferencia de calor, en estado estacionario se
parte de que la temperatura no se modifica con el tiempo, solo con la posición. Los
estudios realizados hacen referencia a diferentes geometrías que pueden ser
aplicadas a las frutas y hortalizas cuando se encuentran en estado fresco o luego
de que han sufrido algún corte o partición determinada, por ejemplo al analizar una
rodaja de zanahoria que ingresa a una etapa de deshidratación usted puede
asumir que se comporta como una placa plana con un espesor dado, ó como un
cilindro corto. Para cada geometría existe entonces un desarrollo particular, en los
siguientes aparatados se presenta un resumen de los cálculos necesarios, usted
podrá estudiar con más detalle cada desarrollo matemático en el curso de
Transferencia de Calor.
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Conducción en una lámina rectangular.
Para determinar la temperatura en cualquier posición de una lámina plana de
espesor x se usa la siguiente expresión:
Siendo T1 la temperatura en la posición x1 que corresponde a la superficie y T la
temperatura del cuero en la posición x [51].
Conducción a través de una tubería cilíndrica.
Para una tubería de radio interior r1, radio exterior r2
y longitud L, el flujo radial de calor a través de la
pared de la tubería se calcula mediante la siguiente
expresión [51]:
Siendo T1 y T2 las temperaturas en la superficie interna y externa respectivamente.
Conducción en paredes compuestas.
Cuando el flujo de calor debe atravesar varias capas de diferente material, por
ejemplo, en el caso de la presencia de un aislante, la diferencia de temperaturas
entre las superficies interna y externa se calcula mediante las siguientes
expresiones [51]:
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Pared rectangular.
El factor entre paréntesis corresponde a la sumatoria de resistencias generadas
en cada capa.
Pared cilíndrica compuesta.
El factor Alm corresponde al área media logarítmica que se evalúa con la siguiente
expresión:
Coeficiente de transferencia de calor por convección.
Cuando existe transferencia de calor por convección, debe calcularse el
coeficiente de transferencia para cada situación si se desea un alto nivel de
precisión en los cálculos, sin embargo en el caso de frutas y hortalizas que se
someten a tratamientos térmicos es casi imposible contar con una correlación para
cada especie, por esto se recomienda usar las ecuaciones que se mencionan a
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continuación teniendo en cuenta que las propiedades en las cuales están basada
deben ser obtenidas por métodos rigurosos.
Para el análisis de la convección se han desarrollado varios números
adimensionales, que agrupan diferentes propiedades de los fluidos que intervienen
en la transferencia, su manejo facilita en gran medida la resolución de las
ecuaciones, en la Tabla 4.1 se presenta un resumen de los más módulos más
utilizados.
Tabla 4.1: Módulos adimensionales de uso común en el análisis de transferencia
de calor.
Nombre Expresión
Nusselt ( Nu)
Stanton (St)
Reynolds ( Re)
Prandlt (Pr)
Grashof (Gr) (
Fuente: [53].
Convección forzada.
Cuando el fluido en movimiento recibe fuerzas externas para fomentar su
circulación, el fenómeno recibe el nombre de convección forzada
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Tuberías en régimen laminar:
Evaluando el factor que se denominara Fa se selecciona alguna de
las siguientes correlaciones según sea el caso:
Fa<100: (4.19)
Fa>100: (4.20)
Las propiedades se evalúan a la temperatura media del fluido. El número de
Nusselt permite despejar el coeficiente h.
Tuberías en régimen turbulento.
Para evaluar si el fluido se encuentra en régimen turbulento basta con calcular el
número de Reynolds, para valores superiores a 100 se utiliza la siguiente
correlación para el cálculo del coeficiente especifico de transferencia de calor.
Convección en geometrías no circulares.
Para este caso se usan las mismas correlaciones pero el diámetro se reemplaza
por un diámetro equivalente que se calcula mediante:
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LECCIÓN 18: TRANSMISIÓN DE MASA
El estudio de los fenómenos de transferencia de masa resulta de gran importancia
en la industria de frutas y hortalizas debido a su aplicación en la cadena de
producción, desde la disposición de materias primas, pasando por las etapas del
proceso hasta la purificación o separación del producto final. El termino
Transferencia de masa describe todos aquellos procesos en los cuales un
componente de un fluido o una mezcla se desplaza dentro de una misma fase o
entre diferentes fases bajo una fuerza impulsora, que en este caso, corresponde a
una diferencia de concentración. Como usted recuerda de cursos anteriores, el
componente tendera a fluir desde el sistema donde se encuentre en mayor
concentración hacia el medio en donde su concentración es menor, hasta lograr el
estado de equilibrio, momento en el que la transferencia se da por finalizada.
Proceso de difusión.
Los procesos de transferencia de masa incluyen tanto el fenómeno por difusión
como el que se da por convección (Realice una analogía con la conducción y
convección que se dan en la transferencia de calor). El proceso de difusión ha sido
definido por Fick en su primera Ley, allí se expresa que el flujo de materia de un
componente por unidad de área resulta ser proporcional al cambio en su
concentración:
En donde es el flujo del componente B en kg/s; A es el área de difusión en m2;
c es la concentración del componente B en kg/m3 y D es el coeficiente de difusión
o difusividad en m2/s.
Es decir, el proceso de difusión tiene lugar gracias a un gradiente de
concentración, el fenómeno físico está relacionado con el movimiento
desordenado de las moléculas en busca del equilibrio. El signo negativo en la ley
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de Fick indica que el movimiento molecular siempre ocurre buscando disminuir la
concentración del componente, de la misma forma que el flujo de calor siempre
sucede de un cuerpo con mayor temperatura a uno con menor temperatura.
Separación por membranas
La técnica de separación por membranas cada vez es más habitual en la industria
de alimentos para purificación de agua y concentración y calificación de zumos de
frutas. Este método permite la separación de agua a partir de una disolución sin
tener que invertir energía térmica como en el caso del secado.
El principio de funcionamiento de la separación por membranas consiste en hacer
pasar una solución multicomponente a través de una membrana selectiva que
permite el paso de uno de los componentes sin alterar física o químicamente el
producto. Existen varios sistemas de separación por membrana que difieren en la
fuerza impulsora o en el tipo de membrana, a continuación se describen los
mecanismos más comunes.
¡COMPLEMENTA!
Tecnología de membranas.
Estudio de filtración procesos de membrana y pardeamiento
mediante fluidos modelo y zumos de fruta.
Aspectos generales sobre procesos y tecnologías de
membranas.
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LECCIÓN 19: PROPIEDADES REOLÓGICAS Y TEXTURA
Para iniciar, es importante que usted recuerde que la reología ha sido definida
como la ciencia del flujo y deformación de los materiales cuando son sometidos a
una presión determinada [54]. Por ende las propiedades reológicas de los
alimentos serán aquellas que determinen su comportamiento frente a un esfuerzo
externo, su importancia radica en la aplicación en el diseño de tuberías, bombas y
equipos de flujo, la selección y el diseño de equipos de mezclado y la selección de
envases entre otras áreas.
Para el presente análisis tenga en cuenta que las frutas y verduras en su estado
fresco pueden ser consideradas como solidos con una amplia gama de dureza,
imagine el esfuerzo que debe aplicar para lograr quebrar una ahuyama y el que
necesitaría si deseara romper o deformar una mora, adicionalmente, el estado de
ablandamiento de los tejidos debido a la maduración cambiara notablemente las
características reológicas del alimento. Por otro lado, los diversos productos
derivados de los alimentos vegetales tendrán un comportamiento completamente
diferente a su material de origen llegando incluso a comportarse como líquidos en
el caso de jugos o néctares de fruta. Bajo este punto de vista, se revisaran los
conceptos asociados a la reología de las frutas y verduras.
¡COMPLEMENTA!
Reología de productos alimentarios.
Análisis del perfil de textura a distintas compresiones de
Plutarchia Coronaria.
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LECCIÓN 20: PROPIEDADES TÉRMICAS
Es de gran importancia para usted como ingeniero recordar las propiedades
térmicas de los alimentos vegetales ya que estas intervienen directamente en el
análisis de los procesos de transferencia de calor y el diseño de equipos
relacionados con esta línea. En esta lección se presenta una breve definición de
las propiedades más relevantes y algunas técnicas de medición usadas
actualmente, si desea profundizar en estos conceptos se recomienda revisar el
material didáctico relacionado con el curso de Transferencia de Calor.
Capacidad calorífica.
La capacidad calorífica de un cuerpo es la cantidad de energía requerida para
aumentar en un grado la temperatura de una unidad másica, esta propiedad
depende fuertemente de la temperatura, sin embargo para el agua líquida se
maneja el valor de 1 cal/g°C en el rango de temperatura comprendida entre 0°C y
92°C. El hielo posee una capacidad calorífica de 0,5cal/g°C. Para mayor precisión
se manejan ecuaciones polinómicas que relacionan Cp con la temperatura.
La capacidad calorífica de frutas y verduras, al igual que la de cualquier alimento,
puede calcularse con base en su composición, en la literatura se reportan varias
fórmulas entre las cuales la más común es la propuesta por Singh y Heldman.
Cp = 1.424 Xc+ 1.549 Xp + 1.675 Xf + 0. 837 Xa + 4.187 Xm (kJ/kg°C) (4.24)
En donde Xc corresponde a la fracción de carbohidratos, Xp es la fracción de
proteina, Xf la fracción de grasa, Xa la fracción de cenias y Xm la fracción de
humedad presente en el alimento. Existe otra correlación que aplica directamente
a las frutas y verduras en la que el contenido de humedad representa un papel
más importante:
Cp = 1,675 + 0,025 xH2O (kJ/kg°C) (4.25)
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Actualmente existe una alta disponibilidad de datos para frutas y hortalizas en la
literatura, en el Apéndice 1 se presenta una recopilación útil.
Conductividad Térmica.
La conductividad térmica de un cuerpo define su capacidad para conducir el calor,
para muchos alimentos esta propiedad se encuentra ampliamente referenciada en
la literatura debido a su importancia a la hora de determinar la cinética de
transferencia de calor en procesos de conservación y otros tratamientos térmicos.
Aunque puede ser determinada experimentalmente, hoy en día existen varias
correlaciones que permiten su cálculo con base en la composición del alimento,
teniendo en cuenta la presencia mayoritaria de agua en los tejidos vegetales que
componen las frutas y verduras, las ecuaciones matemáticas disponibles para
hallar el valor de la conductividad dependen en su mayoría del porcentaje de este
líquido en el alimento. Teniendo en cuenta que para el agua en condiciones
estándar el valor de la conductividad térmica es aproximadamente de
0,597W/m2*°C, es posible encontrar el valor de esta propiedad para fruta y
verduras con contenido de agua superior al 60% mediante la siguiente relación:
k = 0,148 + 0,00493 xH2O (W/m2*°C) (4.26)
Y a nivel general para cualquier alimento mediante la siguiente ecuación:
k = 0,25 xHC + 0,155 xP + 0,16 xGR +0,135 xCZ + 0,48 xH2O (W/m2*°C) (4.27)
Donde xHC, xP, xGR, xCZ y xH2O corresponden a las composiciones de
carbohidratos, proteínas, grasas, cenizas y agua.
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Difusividad Térmica.
La difusividad térmica corresponde a la habilidad neta del alimento para responder
ante cambios en su temperatura, actualmente la difusividad térmica se calcula con
base en otras propiedades que pueden ser medidas experimentalmente como la
conductividad térmica, la capacidad calorífica y la densidad, la ecuación que
permite obtener el valor de la difusividad se presenta a continuación:
El agua líquida tiene una difusividad aproximada de 1,19x10-7m2/s, mientras que
para el hielo el valor es de 10,6x10-7m2/s, casi nueve veces más alta, si se tiene
en cuenta la gran fracción de agua presente en las frutas y verduras, estos valores
son de gran importancia a la hora de diseñar un sistema de deshidratación o
congelación, pues el agua convertida en hielo tendrá nueve veces mayor facilidad
de procesar los cambios térmicos que el agua en estado líquido, recuerde esto a
la hora de revisar temas como la liofilización o crioconcentración.
Calor latente.
En los diferentes procesos unitarios y químicos a los que se someten las frutas y
hortalizas, intervienen cambios de fase constantemente, los más comunes son la
congelación y evaporación del agua, por ejemplo en la liofilización se busca
congelar la mayor cantidad de agua para luego eliminarla mediante técnicas de
sublimación y vacío, en el concentrado de una mermelada la eliminación de agua
se lleva a cabo mediante evaporación, la crioconcentración busca formar cristales
de agua que luego serán fácilmente removidos. De esta forma, es importante
conocer la cantidad de energía que se requiere ceder o retirar del alimento para
lograr los diferentes objetivos, para cuantificar este valor se usa el Calor latente,
recuerde que esta propiedad resulta útil solo bajo la existencia de un cambio de
fase [51].
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Para el agua, protagonista en la mayoría de procesos, el calor latente de
congelación es de 334,4 kJ/kg a 0 ºC; y el calor de evaporación tiene un valor de
2257 kJ/kg a 100 ºC. Para alimentos generalmente se multiplica el valor del calor
latente por su composición de humedad:
(4.29)
Las unidades para el calor latente son de Kcal/kg o sus equivalentes.
Textura.
La textura de un alimento se define como la mezcla de los elementos relativos a
su estructura y a la manera como se relacionan con los sentidos fisiológicos [55].
La medición de las propiedades asociadas con la textura es de vital importancia
dado que está asociada directamente con la aceptación por parte del consumidor,
sin embargo, la subjetividad de las propiedades relativas a la textura hacen muy
difícil una clasificación demarcada para cada fruta y verdura. La percepción de las
características geométricas y su naturaleza acuosa son definidas por el tacto,
mientras que las propiedades mecánicas involucran el movimiento de la boca y la
mandíbula como una medida de la presión requerida para romper el alimento y
triturarlo [43].
Las propiedades relacionadas con la textura de un alimento se clasifican en tres
categorías de acuerdo al criterio de selección [56].
Propiedades mecánicas: Están ligadas a la reacción del producto ante una fuerza.
Dentro de este grupo se encuentran la dureza, cohesión, viscosidad, elasticidad y
adherencia.
Propiedades geométricas: Agrupan las características de tamaño, forma y
distribución de las partículas al interior del producto
Propiedades de superficie: Describen las sensaciones producidas por el contenido
de agua o de grasa del producto.
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CAPITULO 5: OPERACIONES UNITARIAS DE TRANSPORTE Y SEPARACIONES FÍSICAS EN FRUTAS Y HORTALIZAS.
INTRODUCCIÓN.
El procesamiento de alimentos está basado como la gran mayoría de procesos
industriales, en el acoplamiento de diferentes operaciones básicas y unitarias que
permiten obtener un producto de alta calidad mediante condiciones
estandarizadas de operación. El ingeniero de Alimentos debe ir más allá de
conocer la secuencia de etapas de producción, el papel de este profesional en la
industria entre otros aspectos, radica en la toma de decisiones relacionadas con el
diseño y operación de equipos, la investigación de nuevos productos y el
desarrollo de prácticas que garanticen la calidad del producto final. Para lograr
estos objetivos, deben conocerse y analizarse los fenómenos típicos relacionados
con las operaciones unitarias en alimentos, las propiedades físicas y químicas que
influyen en cada etapa productiva y el efecto que estas tienen sobre la reacción de
materias primas e insumos ante cualquier tratamiento.
LECCIÓN 21: FLUJO Y MEZCLA DE FLUIDOS
En la industria de frutas y verduras como en la mayoría de plantas, el transporte
de fluidos de un lugar a otro representa una operación muy común, en la línea de
proceso es frecuente el uso de tuberías y conductos para desplazar ya sea la
materia prima, el producto de etapas intermedias o los fluidos de servicio.
Ejemplos de algunos fluidos en la industria son los jugos de diferentes frutas, el
jarabe de conserva, la salmuera usada con algunas verduras, algunas salsas,
agua de refrigeración, entre otros. La mayoría de los materiales alimenticios
fluidos son transportados por sistema de bombeo, por lo cual se hace necesario el
conocimiento de sus propiedades físicas para el diseño y construcción de los
sistemas de desplazamiento. Además, las características del fluido y su
clasificación determinan las condiciones de operación en los intercambiadores de
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calor, y en algunas ocasiones son útiles a la hora de realizar procesos de control
de reacciones que involucren cambios en la viscosidad o densidad del material.
Esfuerzo cortante y viscosidad.
Imagine un fluido como una serie de capas dispuestas sobre una superficie, si se
aplica una fuerza paralela a la superficie, se origina el movimiento de una capa
sobre otra, la relación entre la fuerza aplicada y el área de deslizamiento se
conoce como esfuerzo cortante o de cizalladura. El esfuerzo cortante ( ) genera
un efecto en la velocidad de deslizamiento o deformación de las capas del fluido y
por tanto en su fluidez, Newton enuncio en su Ley de viscosidad que la relación
entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deslizamiento es directamente
proporcional y está dada por la siguiente ecuación:
Siendo du el cambio en la velocidad, dy el gradiente de la distancia entre las
láminas del fluido y μ una constante de proporcionalidad que corresponde a la
viscosidad.
El esfuerzo cortante también puede expresarse como una fuerza por unidad de
área, de esta forma, sus unidades corresponden a N/m2 en Sistema Internacional,
o lo que es equivalente, Pa.
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Las unidades de viscosidad en SI corresponden a Pa.s, para los líquidos es muy
común el uso de milipascales. 1000 mPa.s equivale a 1Pa.s. También es posible
expresar la viscosidad en sus unidades primarias:
Sin embargo, las unidades de mayor uso industrialmente son los poises que se
definen como:
Las anteriores unidades están asociadas a la viscosidad dinámica, sin embargo, a
nivel experimental se usa el concepto de viscosidad cinemática, debido a que en
las mediciones realizadas en laboratorio se nota un efecto marcado de la densidad
del fluido. La viscosidad cinemática estará dada entonces por la siguiente relación:
Efecto de la temperatura sobre la viscosidad.
La viscosidad de un alimento liquido depende fuertemente de la temperatura,
durante los procesos térmicos que sufren los productos alimenticios líquidos se
puede notar un cambio apreciable en la tendencia a fluir. Se ha encontrado que la
relación entre estas propiedades puede ser descrita por una correlación de tipo
Arrhenius como la siguiente:
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En donde BA corresponde a la constante de Arrhenius, Ea es la energía de
activación y R la constante de los gases ideales. Para realizar el cálculo de la
viscosidad a una temperatura dad se requiere entonces conocer los datos de
energía de activación a la temperatura dada.
Clasificación de fluidos.
Se ha desarrollado una clasificación general con base en los diferentes
comportamientos que tiene un fluido ante la aplicación de un esfuerzo externo.
Aunque las respuestas son diversas se ha logrado la definición de cinco
categorías principales.
Fluidos Newtonianos.
Los fluidos que se rigen por la Ley de Newton de la viscosidad se denominan
Fluidos Newtonianos, dentro de esta categoría se incluyen todos los gases, el
agua líquida, y los líquidos de moléculas sencillas como el amoniaco, alcohol,
benceno, cloroformo y butano entre otros.
En los fluidos newtonianos el valor de la viscosidad no depende del tiempo de
aplicación del esfuerzo de cizalladura, depende de la temperatura y la presión a la
cual está ocurriendo el proceso. En los líquidos la viscosidad disminuye al
aumentar la temperatura y la presión no ejerce efecto alguno debido a la
característica incompresible de estos fluidos. En los gases la viscosidad aumenta
con la temperatura y con la presión para elevados valores de esta última.
Se ha encontrado que los zumos de manzana, naranja filtrada, pera, melocotón y
el mosto se comportan bajo el esquema newtoniano en un intervalo de
temperatura de 20-70°C [57].
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Fluidos no Newtonianos.
Los fluidos no newtonianos se caracterizan porque el valor de la viscosidad varía
con el gradiente de velocidad y con el tiempo de aplicación del esfuerzo. A
diferencia de los fluidos newtonianos la relación entre el esfuerzo cortante y la
velocidad de deformación no es lineal. Dentro de este tipo de fluidos existen otras
categorías más específicas, a nivel general la clasificación de los fluidos no
newtonianos se presenta en la Tabla 5.1:
Tabla 5.1: Clasificación de Fluidos no Newtonianos.
GRUPO DENOMINACIÓN CARACTERÍSTICAS
Fluidos independientes del tiempo
Seudoplásticos La viscosidad aparente disminuye con el aumento del esfuerzo cortante.
Plásticos Presentan un límite τ=τo por debajo del cual no se presenta flujo
Dilatantes La viscosidad aparente aumenta con el esfuerzo cortante
Fluidos dependientes del tiempo
Tixotrópicos La viscosidad aparente disminuye con el tiempo de aplicación del esfuerzo
Reopécticos La viscosidad aparente aumenta con el tiempo de aplicación del esfuerzo
Fluidos viscoelásticos.
Viscoelásticos. Presentan características elástica y viscosas simultáneamente.
Fuente: [58].
Los fluidos independientes del tiempo reaccionan inmediatamente a la aplicación
de un esfuerzo. Los fluidos dependientes del tiempo se caracterizan por alcanzar
una estabilidad en la viscosidad luego de un tiempo de haberse sometido al
esfuerzo cortante.
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Flujo de fluidos.
La forma en que un fluido se conduce a través de un conducto es de vital
importancia en la industria, debido a que determina las características de diseño y
selección de los equipos de transporte, además de su comportamiento en las
diferentes etapas de proceso. El tipo de flujo de un fluido está determinado por sus
propiedades físicas y su reacción ante la aplicación de diferentes velocidades.
Reynolds estableció en 1874 un parámetro que permite evaluar el tipo de flujo con
base en la viscosidad, velocidad y viscosidad del fluido, y el diámetro del conducto
por el cual se desplazan. Este parámetro recibe el nombre de Número de
Reynolds, es adimensional y se calcula mediante la siguiente correlación:
Para números de Reynolds menores o iguales a 2100 se considera que el flujo es
laminar, ya que las fuerzas viscosas son dominantes y generan un modelo de
movimiento de partículas organizado y cercano a la linealidad. Para valores
superiores a 10000 se tiene flujo turbulento, semejante a un flujo errático en el que
predominan las fuerzas de inercia.
LECCIÓN 22: FILTRACIÓN Y CENTRIFUGACIÓN.
Filtración.
La filtración es un método utilizado para la separación de solidos presentes en una
fase fluida de acuerdo a su tamaño de partícula, el fluido se hace para a través de
un medio poroso denominado medio filtrante, dispuesto sobre un soporte, las
partícula de determinado tamaño son retenidas por el filtro obteniéndose en el otro
extremo una solución clarificada. El mecanismo que permite la separación de
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partículas por filtración está basado en la diferencia de presión entre ambos lados
del medio filtrante. Esta técnica es útil a la hora de separar solidos que se
encuentran en pequeña cantidad.
En la industria de alimentos las aplicaciones de la filtración son variadas; en una
primera categoría se incluyen las separaciones de altas cantidades de solidos
generando una torta que los contiene al final del proceso, en la segunda categoría
están comprendidos los procesos de clarificación en los cuales el fluido contiene
pequeñas cantidades de un sólido insoluble, que al ser retirado, genera un líquido
clarificado de características importantes dentro del proceso; por último se
encuentra la microfiltración, que es usada principalmente para la separación de
partículas microscópicas, generalmente microorganismos presentes en los
alimentos.
Equipos.
Los equipos de filtración a nivel industrial son diversos con respecto a tamaño y
forma de funcionamiento, sin embargo los más utilizados son los filtro prensa, los
filtros espesadores y los filtros rotatorios que generalmente operan en vacío.
Filtro Prensa.
Consiste en una serie de marcos sobre los cuales se coloca una tela filtrante, el
juego se asegura por medio de tornillos o mediante una prensa hidráulica que
permite el cierre hermético. El fluido de alimentación se introduce por uno de los
ángulos de los marcos y se distribuye sobre la tela conformando el medio filtrante,
e material que atraviesa la tela sale del sistema por otro canal angular.
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Figura : Filtro prensa en modelamiento 3D
Fuente: Software VirtualPlant
El retiro de la torta se puede hacer manualmente o mediante la inyección de líquido de lavado.
Filtro rotatorio.
El mecanismo de funcionamiento de este tipo de filtros está basado en el soporte
que tiene el medio filtrante sobre la superficie interna de un tambor, el flujo
atraviesa la tela y la torta formada es retirada continuamente.
Figura : Filtro rotatorio industrial.
Fuente: [82]
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Centrifugación.
La centrifugación consiste en una operación de separación de líquidos no
miscibles o líquidos y sólidos mediante la aplicación de una fuerza centrífuga, el
principio de funcionamiento está basado en la diferencia de densidad que existe
entre los fluidos a separar.
Se recomienda el uso de la centrifugación cuando la concentración de sólidos se
encuentra por debajo del 3%, cuando el tamaño de partículas es muy pequeño o
cuando las densidades de los líquidos son cercanas. La fuerza de rotación
ejercida por el movimiento de una cámara con respecto a un eje central permite el
alejamiento de un cuerpo del centro del giro, mientras menor sea el peso del
cuerpo se alejara a mayor distancia del eje.
Profundiza en el siguiente enlace: Filtración y centrifugación
LECCIÓN 23: PROCESOS QUÍMICOS.
Dentro de los proceso de conservación de alimentos vegetales es posible aplicar
métodos físicos y químicos, en los primeros el alimento es sometido a
modificaciones en su composición de humedad y temperatura buscando evitar el
crecimiento de microorganismos y retrasar las reacciones naturales de
senescencia envejecimiento. Mediante los métodos químicos se busca lograr el
mismo objetivo con la modificación de algunas condiciones externas del alimento,
las técnicas más usadas son adición de azúcar o jarabe, adición de sales,
acidificación y fermentación. Además de contribuir en el alargamiento de la vida
útil del producto, la mayoría de estos métodos desarrolla características deseables
de aroma y sabor que lo vuelven aún más atractivo organolépticamente. En esta
lección se presentan los avances desarrollados en el área y algunos estudios de
interés.
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Conservación por adición de azúcar. Osmodeshidratación.
La técnica de conservación por adición de azúcar es usada para frutas frescas o
mínimamente procesadas, consiste en el uso de una solución de agua y azúcar
conocida como almíbar o jarabe que permite inactivar el crecimiento de
microorganismos que no sobreviven a las condiciones extremas de concentración.
Las frutas debidamente troceadas son sumergidas en el jarabe y envasadas
generalmente en frascos de vidrio.
Al realizar la preparación, el agua contenida en la fruta tiende a fluir hacía el jarabe
a través de los tejidos buscando el equilibrio de concentraciones mediante el
principio de transferencia de masa, este fenómeno es conocido como
osmodeshidratación, ya que la fruta pierde humedad disminuyendo la posibilidad
de generar las reacciones de deterioro que se propician debido a la actividad de
agua.
Diversos factores influyen sobre el éxito de la osmodeshidratación como
mecanismo de conservación, la concentración del jarabe debe ser tal que
garantice una diferencia adecuada de concentraciones de forma que permita la
existencia de la fuerza impulsora requerida para la transferencia de masa. En
segundo lugar debe realizarse un control adecuado de la temperatura, siendo esta
una propiedad que al aumentar facilita la perdida de agua por parte del fruto.
Adicionalmente se debe considerar la geometría del producto, el área transversal
influye directamente sobre la eficiencia de la transferencia, los cortes o troceados
deben realizarse pensando en maximizar el área disponible para el flujo de los
componentes involucrados.
¡PROFUNDIZA!
Deshidratación osmótica de frutos de Papaya Hawaiiana en cuatro agentes edulcorantes.
Conservación de Carambola por azúcar y calor.
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LECCIÓN 25: PROCESOS BIOLÓGICOS.
FERMENTACIÓN.
“La fermentación es vida en ausencia de aire”
Louise Pasteur
A nivel microbiológico la fermentación se ha definido como “el proceso bioquímico
que tiene lugar cuando los microorganismos presentes en un alimento usan como
sustratos orgánicos, para sus procesos metabólicos específicos, algunas de las
estructuras que integran la composición química de ese alimento” [84].
Las transformaciones generadas en la fermentación dan lugar a una gran variedad
de productos alimenticios en los que se observa una mejora en las características
organolépticas y las condiciones de digestibilidad; en algunas ocasiones, no
pocas, también son utilizadas para alargar la vida útil de diversos productos. Se ha
encontrado que las proteínas son predigeridas durante la fermentación de tal
forma que mejora su posterior asimilación en el organismo.
Los alimentos elaborados con base en fermentaciones existen desde hace miles
de años, tal vez este es uno de los procedimientos más antiguos relativos a la
alimentación, diversas culturas alrededor del mundo registran la elaboración y
consumo de productos fermentados como el pan o la cerveza, aunque inicialmente
se produjeran accidentalmente tales alimentos, con el tiempo el hombre adopto
sistemas artesanales a su dieta. Sin embargo, solo hasta el siglo pasado se inició
la investigación de los diferentes mecanismos que dan lugar a los procesos
fermentativos.
FERMENTACIÓN EN VEGETALES.
La fermentación en los vegetales representa un procedimiento bastante común de
conservación, la operación central constituye la adición de una salmuera (solución
de agua con sal) que promoverá las condiciones propicias para la acción de los
microorganismos presentes en los vegetales. La concentración de sal adicionada
es variable y depende del tipo de producto, se ha usado del 2 al 3% para las coles,
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del 5 a 8% en los pepinillos y del 4 al 7% para las aceitunas verdes [85], el valor
seleccionado depende de la tendencia de los tejidos vegetales al ablandamiento
debido a la acción de enzimas pectinolíticas.
La actividad microbiana durante la fermentación atraviesa cuatro etapas básicas:
Iniciación: Desarrollo de microorganismos Gram- positivos y Gram-
negativos.
Fermentación primaria: Crecimiento de bacterias acidolácticas.
Fermentación secundaria: Crecimiento de levaduras fermentativas luego de
la inhibición que sufre el crecimiento de bacterias acidolácticas.
Post-fermentación: Ocurre luego de que se consume la materia
fermentable, se da debido al crecimiento de microorganismos oxidativos en
la superficie de la salmuera.
Es posible controlar el proceso de fermentación para llegar a las condiciones
organolépticas adecuadas mediante el manejo de diferentes variables como
acidez, temperatura, concentración de sal y presencia de cultivos iniciadores. Con
respecto a la acidez, la presencia de compuestos ácidos resulta ser un inhibidor
de la fermentación por lo que puede ser usado como mecanismo de control de la
reacción. Los ácidos presentes provienen del proceso o pueden ser adicionados
de forma externa, en la reacción se genera ácido láctico y eventualmente ácido
acético, su presencia resulta importante en la inhibición de algunos mohos que
influyen en la textura del producto.
La temperatura influye directamente en la generación y supervivencia de
diferentes tipos de microorganismos, el control de esta variable orientara en algún
sentido la reacción de fermentación.
La concentración de sal juega un papel importante en el avance de la reacción ya
que determina las condiciones para el crecimiento de los microorganismos, el
valor de la concentración estará determinado por el tipo de vegetal que se desea
fermentar.
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EJERCICIOS DEL CAPÍTULO 5.
1. Investigue y elabore el diagrama de bloques para la elaboración de
encurtidos, en cada etapa incluya entradas y salidas.
2. Para el diagrama realizado en el punto anterior realice el balance de
materia y energía.
3. Busque un artículo científico reciente en el que muestre una innovación en
el método de centrifugación de zumo de frutas.
ACTIVIDAD DE INVESTIGACIÓN. Investigue acerca del uso de cultivos iniciadores en la fermentación de vegetales, realice un corto ensayo en donde se especifique:
Nombre del producto.
Tipo de fermentación.
Cultivo iniciador.
Metodología.
Resultados.
Ventajas y desventajas.
¡COMPLEMENTA!
Transformaciones bioquímicas durante la fermentación de productos vegetales.
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CAPITULO 6: TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN FRUTAS Y HORTALIZAS.
INTRODUCCIÓN
La temperatura ha sido siempre un tema con el que el hombre ha tenido que
interactuar constantemente, ya sea por la conservación de su propia vida cuando
se ha enfrentado a las adversidades climáticas, o por la conservación de los
alimentos que garantizan su supervivencia. Existen registros gráficos de miles de
años atrás en que se observa como el fuego y el frío acompañaron la vida de los
humanos constantemente, siempre tratando de controlarlos a su favor. Años de
evolución y desarrollo han permitido desenmarañar los misterios de su
comportamiento hasta el punto en que se creó una ciencia específicamente para
comprender los fenómenos asociados al calor, la Termodinámica, tres leyes
prácticas tratan de explicar el flujo de energía térmica a través de todo el Universo.
Sin embargo, en la Ingeniería se requieren aplicaciones prácticas que permitan
llevar la ciencia a la vida diaria de miles de personas, que representen finalmente
un beneficio para la humanidad, los principios térmicos se aplican en la industria
de alimentos específicamente en los tratamientos de conservación, el aumento o
descenso en la temperatura tienen un sin número de efectos en la composición
fisiológica de frutas y hortalizas. Los tratamientos térmicos en la industria
alimenticia abarcan extensas aplicaciones que hoy en día por fortuna se
encuentran caracterizadas de forma muy precisa.
LECCIÓN 26: ESCALDADO
El escaldado es un tratamiento térmico aplicado a frutas y hortalizas con el
objetivo de preparar la materia para una etapa posterior y reducir la carga
enzimática que puede provocar cambios indeseables en la apariencia, color y
sabor del producto, entre las enzimas características de las degradaciones se
encuentran la peroxidasa, catalasa y lipooxigenasa, las dos primeras presentan
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una alta resistencia al escaldado, es por esto que su inactivación es un indicador
de la eficiencia de la operación. El tratamiento de escaldado busca eliminar por
temperatura gran parte de estas enzimas que se encuentran en la superficie
externa del alimento o en algunos casos en su interior. Adicionalmente durante la
operación se remueve el aire contenido entre los tejidos, causante de las
reacciones de oxidación durante el almacenamiento del producto.
Durante el escaldado se eliminan gases internos generando el colapso de algunas
estructuras internas y permitiendo una compactación del alimento. La carga
microbiana se reduce hasta en un 90% del valor inicial, especialmente aquella que
se localiza en la superficie de la fruta o verdura. El escaldado es considerado una
operación de estabilización más que de conservación y su uso es muy común
como etapa previa en la congelación. El procedimiento consiste en facilitar el
contacto entre el alimento y un fluido a alta temperatura, generalmente entre 60°C
y 100°C, durante un periodo de tiempo que garantice la destrucción de los
microorganismos e inactivación de las enzimas causantes de algunas reacciones
de deterioro, el tiempo de contacto depende del tipo de fruta o verdura, del método
utilizado, del tamaño del alimento y de la temperatura del medio de calentamiento,
[59].
Algunas desventajas de la operación de escaldado deben ser tenidas en cuenta a
la hora de su aplicación, es muy común la pérdida de nutrientes por disolución,
por ejemplo, algunas sales minerales y vitaminas hidrosolubles son arrastradas
por el fluido de calentamiento. En algunos casos se presentan cambios
importantes en los tejidos, ablandamiento, y cambios en la rigidez inicial, así como
en el sabor del alimento.
Métodos de escaldado.
Comercialmente se usan dos métodos de escaldado común que difieren en el
medio de calentamiento, el primero es el método con base en agua caliente y el
segundo es el método con base en vapor, esta última técnica permite mayor
retención de nutrientes mientras que el uso de agua caliente puede presentar
perdidas por arrastre de compuestos solubles.
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Escaldado con vapor.
Esta técnica es usada para alimentos de gran superficie relativa, básicamente se
conduce el alimento sobre una banda transportadora a través de un túnel de
vapor, la velocidad de la cinta permite controlar el tiempo de residencia El proceso
de escaldado genera una perdida inevitable de micronutrientes sensibles a la
temperatura y algunos materiales hidrosolubles.
El escaldado conlleva a una mayor fijación del color verde en la mayoría de
vegetales, algunos autores creen que este fenómeno se debe a la perdida por
extracción acuosa de algunos ácidos presentes con la consecuente disminución
en la hidrolisis de las clorofilas.
Variables influyentes en la operación de escaldado.
A la hora de seleccionar o diseñar el sistema de escaldado es necesario tener en
cuenta las siguientes variables:
Temperatura del medio calefactor: Usualmente el escaldado se realiza en un
rango de temperatura entre 60 y 100°C, el valor optimo depende de factores como
la forma, el tamaño y las propiedades térmicas del alimento, se usan tratamientos
cortos a alta temperatura cuando el objetivo es la inactivación de enzimas que se
encuentran en la superficie, por el contrario temperaturas moderadas en tiempos
prologados afectan las enzimas internas sin alterar las propiedades del alimento.
Tiempo de operación. El tiempo de operación o tiempo de residencia del alimento
dentro del escaldador depende básicamente de la concentración inicial y final de la
enzima, generalmente se desea disminuir su contenido en un porcentaje del 90%
al 99% de la concentración inicial, suponiendo que la reacción de degradación de
la enzima responde a una cinética de primer orden, la ecuación que permite
establecer el tiempo de residencia es la siguiente:
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Donde:
t: Tiempo de residencia del alimento
Co: Concentración inicial de enzima.
Cf: Concentración final de enzima.
k: Constante cinética de desactivación de la enzima.
Tiempo de penetración del calor hasta el interior del alimento.
LECCIÓN 27: CONGELACIÓN
El método de conservación de alimentos por congelación es un tratamiento
térmico que busca llevar el producto hasta una temperatura inferior a la
temperatura de congelación del agua, a esta temperatura el agua se solidifica y
deja de estar disponible para las reacciones comunes de degradación. La
disminución en la actividad del agua impide el crecimiento de microorganismos,
las reacciones enzimáticas y las actividades metabólicas causantes de la
alteración del alimento.
El uso de bajas temperaturas en el almacenamiento garantiza el alargamiento de
la vida útil del producto sin alterar sus características nutricionales y
organolépticas. Sin embargo, para un buen resultado, es necesario partir de una
materia prima de alta calidad que haya alcanzado un determinado estado de
PROFUNDIZA
Aspectos bioquímicos de relación entre el escaldado y la textura de vegetales procesados. Escaldado y pelado al vapor.
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madurez antes de someterse a la congelación, usualmente se requiere de un
proceso de escaldado previo para garantizar la disminución de carga microbiana.
El proceso de congelación implica un fenómeno de transferencia de calor sensible
y latente, para el primer caso se evalúa el enfriamiento del alimento desde una
temperatura inicial hasta la temperatura de congelación que determina el inicio de
cambio de fase; la etapa siguiente se relaciona exclusivamente con el calor latente
retirado para lograr el cambio de fase de líquido a solido de una parte de la
humedad presente, por último se retira nuevamente calor sensible con el fin de ir
desde la temperatura de congelación hasta la temperatura final a la cual se logra
el equilibrio con el medio de enfriamiento.
Cristalización.
Durante la congelación el agua al pasar de estado líquido a estado sólido se
distribuye en forma de cristales, un cristal puede definirse cómo un sólido formado
por átomos, iones o moléculas, que guarda una distribución ordenada y repetitiva
[60].
Al analizar el fenómeno de congelación desde el punto de vista fisiológico se
encuentran dos fases principales, la primera esta relacionada con la nucleación, o
aparición de los núcleos de cristal, la segunda ocurre cuando el cristal inicia su
crecimiento alrededor del núcleo, ambas fases están determinadas por factores
como la velocidad de congelación, las temperaturas manejadas y el contenido de
agua del alimento. A continuación se describe de forma particular cada fase.
Nucleación.
La nucleación entendida como la disposición de partículas microscópicas como
lecho para el crecimiento del cristal puede ocurrir de dos formas, homogénea en
caso de que los núcleos estén constituidos por moléculas de agua y heterogénea
en caso de que el agente nucleador sea una partícula insoluble. Sobre este ultimo
modelo esta basada la congelación de frutas y vegetales.
Una velocidad lenta de retirada del calor conlleva a la formación de pocos núcleos
sobre los cuales crecerán grandes cristales acarreando la destrucción de los
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tejidos celulares y perjudicando la estructura del alimento, mientras que una
velocidad alta de retiro de calor genera la formación de un gran número de
núcleos y pequeños cristales que no afectaran considerablemente las paredes
celulares.
Figura 6.1: Difusión del agua a través de la pared celular.
Fuente: [61].
También se ha considerado la nucleación secundaria, que ocurre cuando cristales
ya existentes se erosionan generando nuevos núcleos, este fenómeno ocurre
siempre y cuando haya fuerzas externas actuando.
Propagación.
La fase de propagación se basa en la difusión de las moléculas hasta los núcleos
cristalinos, provocando el aumento de tamaño; a medida que las moléculas se
adhieren a los núcleos, el soluto presente en la fase no congelada se concentra
hasta llegar a un punto máximo de concentración en donde la cristalización se
detiene, este punto es conocido como estado vítreo.
Cinética de la congelación.
El proceso de congelación conlleva un fenómeno de transferencia de calor por
conducción en estado no estacionario, esta transferencia se lleva a cabo en tres
etapas claras que se esquematizan en la Figura 6.2.
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Figura 6.2: Fases del tratamiento por congelación en alimentos.
En primer lugar ocurre el preenfriamiento, etapa en la cual el alimento que
inicialmente se encuentra a una temperatura Ti pierde calor sensible hasta
alcanzar la temperatura de congelación Tc, durante un tiempo tp. En el inicio de la
congelación ocurre un subenfriamiento debido a la aparición de los primeros
núcleos, este pequeño cambio se nivela rápidamente cuando la temperatura
aumenta hasta 0°C. La etapa posterior corresponde a la congelación, durante la
cual no hay un cambio de temperatura debido a que se involucra de forma ideal
únicamente calor latente; por último, ocurre el atemperado o subenfriamiento final,
en el que el alimento que se encuentra a Tc llega hasta una temperatura final Ta
gracias a la perdida de calor sensible durante una fracción de tiempo
correspondiente a ta.
Si se comparan los perfiles de congelación para el agua y pura y para las frutas y
vegetales, se encuentra una desviación en los comportamientos, esto se debe a
concentración que ocurre durante el proceso; con la eliminación de agua, los
solutos presentes en el alimento se concentran disminuyendo el punto de
congelación. Las frutas y los vegetales se congelan comúnmente a -18°C,
temperatura a la cual es posible encontrar aun el 10% del agua en estado líquido.
[51].
Los problemas comúnmente encontrados en ingeniería en el diseño de sistemas
de congelación se concentran en el cálculo del tiempo requerido para que un
alimento desarrolle cada una de las etapas a una temperatura determinada. La
resolución de este tipo de problemas resulta compleja si se tiene en cuenta que
cada sección del alimento puede estar pasando por una etapa diferente
I : Prenfriamiento.
II : Congelación.
III : Atemperado.
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simultáneamente, por ejemplo, mientras el centro del alimento no se ha
congelado, la sección superficial puede que ya esté en la etapa de
subenfriamiento. Debido a esto, se asumen algunas simplificaciones con el
objetivo de facilitar el desarrollo del problema, en primer lugar se supone que todo
lo que ocurre en el centro del alimento está ocurriendo en el resto de su volumen,
se escoge como punto de referencia en el análisis el centro geométrico dado que
genera el mayor tiempo de congelación garantizando que la operación se lleve a
cabo en su totalidad.
Cálculo de tiempo de congelación.
La determinación del tiempo de congelación ha sido estudiada por diversos
autores, entre los más utilizados se encuentran el método de Plank y el método de
Pham; estudiosos como Nagaoka y cols,1995, Charm y Slavin 1962 y Johi y Tao,
entre otros, han desarrollado modelos analíticos que han sido satisfactorios pero
bajo condiciones de gran similitud a las experimentales, lo que restringe su
aplicación a nivel geográfico. En esta lección se estudiaran los dos primeros
métodos.
Método de Planck para predicción de tiempo de congelación de alimentos.
Este método no tiene en cuenta el periodo de precongelación. Se considera una
lámina infinita de espesor a constituida por agua pura, que se encuentra a una
temperatura Tc =0°C, la lámina esta en contacto con aire a una temperatura Ta
dentro de una cámara de congelación. Si la transmisión de calor ocurre en una
sola dirección, con el correr del tiempo se formaran tres capas en la lámina, las
dos capas externas se encuentran congeladas y la capa central aun contiene el
agua líquida.
El limite interno de las capas externas avanzara progresivamente hasta que la
capa interna desaparezca, esto se logra gracias a que desde el interior de la
lámina se retira calor latente hacia la superficie. La energía retirada debe atravesar
una de las capas ya congelada y luego transferirse al ambiente exterior, es decir
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que se involucra transferencia de calor por conducción y luego poro convección.
En términos matemáticos el flujo de calor hacia el exterior estará determinado por:
Figura 6.3: Perfil de temperatura en lámina infinita.
Fuente: [62].
Los términos del denominador corresponden a las resistencias para cada tipo de
transferencia. El flujo de calor retirado como tal del centro del alimento, flujo de
calor latente, estará dado por la siguiente ecuación:
El término diferencial describe el avance del frente de congelación o capa limite
interna. Si se supone que todo el calor retirado del centro del alimento será
entregado al ambiente, es posible igualar las ecuaciones (6.2) y (6.3), luego de
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separar variables e integrar se obtiene la ecuación para el cálculo del tiempo de
congelación de una lámina infinita.
Para aplicar esta relación a una geometría diferente, y teniendo en cuenta que el
calor latente de un alimento se calcula con base en la fracción de humedad que
este contiene, se genera la siguiente ecuación que será de aplicación al campo de
estudio de las frutas y verduras:
Los términos asociados a esta ecuación se listan a continuación:
tf : Tiempo de congelación
Lf: Calor latente del alimento,
ρf: Densidad del alimento congelado, kg/m3.
Tf: Temperatura de congelación, °C.
Ta: Temperatura del medio de congelación, °C.
a: espesor o diámetro del alimento, m.
h: Coeficiente de transferencia de calor por convección para el sistema, W/m2°C.
kf: Conductividad térmica del alimento congelado, W/m°C.
P´: Para lamina infinita 1/2, para cilindro infinito 1/4, para la esfera 1/6.
R´: Para lamina infinita 1/8, para cilindro infinito 1/16, para la esfera 1/24.
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Cómo es de notar, la complicación de la formula radica únicamente en la
disposición de los datos, específicamente en el coeficiente de convección y las
densidades y conductividades del alimento congelado.
Método de Pham para el cálculo de tiempo de congelación. (Heldman and Singh).
Este método también es muy utilizado debido a su precisión y a su aplicación en
objetos finitos e irregulares, adicionalmente, tiene en cuenta los periodos de
enfriamiento y subenfriamiento. Al igual que en el método de Planck, es necesario
realizar algunas suposiciones importantes. En primer lugar, las condiciones
ambientales se suponen constantes, la temperatura inicial es constante, mientras
que la temperatura final se fija por el usuario.
Para iniciar, se define una temperatura media de congelación Tfm, que se ubica en
un diagrama de temperatura en función de cantidad de calor eliminada. Datos
experimentales con alimentos de alto contenido de agua han arrojado la siguiente
ecuación para el cálculo de esta temperatura [51]:
El tiempo de congelación para un alimento Con una geometría sencilla se calcula
a partir de la siguiente ecuación:
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Los factores asociados a esta ecuación se mencionan en el siguiente listado:
t : Tiempo de congelación,
dc: Dimensión característica del alimento, para productos con geometría similar a
la esférica se toma como el radio, para productos diferentes es la distancia más
corta al centro, m.
Ef: Para una lámina infinita es 1; para un cilindro infinito es 2 y para una esfera es
3.
h : Coeficiente de transferencia de calor por convección, W/m2°C.
ΔH1: Cambio en la entalpía volumétrica durante el periodo de enfriamiento, J/m3.
Donde ρn y cn son la densidad y el calor específico del alimento no congelado en
kg/m3 y kJ/kgK respectivamente. Ti es la temperatura inicial del alimento en °C.
ΔH2: Cambio en la entalpía volumétrica durante el periodo de cambio de fase y
subenfriamiento, J/m3.
(6.9)
Donde cf es el calor específico del material congelado en kJ/kgK; Lf es el calor
latente de congelación del alimento en kJ/kg y ρf es la densidad del alimento
congelado en kg/m3.
ΔT1: Primer gradiente de temperatura, °C.
(6.10)
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ΔT2: Segundo gradiente de temperatura, °C.
(6.11)
La versatilidad de la ecuación de Pham para el cálculo del tiempo de congelación
radica en la aplicación del factor Ef para diferentes geometrías, usted debe evaluar
cual se ajusta de mejor forma a los requerimientos de su producto. Para lograr
mayor precisión en el uso del factor de forma, se ha desarrollado un método de
evaluación que tiene en cuenta las dimensiones del alimento y permite la
aplicación a objetos finitos como un cilindro, una varilla rectangular o un
paralelepípedo.
Teniendo en cuenta las tres dimensiones que definen la forma de un objeto, se
definen los siguientes parámetros:
Con estos parámetros se calculan los factores X1 y X2 mediante las siguientes
ecuaciones:
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Con los valores obtenidos de X1, X2, β1 y β2, es posible calcular los parámetros E1
y E2.
Estos valores, junto con los listados en la Tabla 6.1 permiten finalmente calcular el
factor de forma específico para la geometría del alimento en estudio.
El valor obtenido de Ef se utiliza en el modelo de Pham para obtener un tiempo de
congelación que se ajuste de mejor forma a la geometría del alimento que se
requiere congelar.
Recuerde que estos modelos de predicción están sujetos a condiciones ideales de
transferencia de calor, para obtener un dato exacto de tiempos de congelación es
necesario realizar el ensayo experimental que permita la lectura de datos reales
en condiciones normales, sin embargo, la disponibilidad de tiempo y recursos en
muchas ocasiones dificulta estas prácticas.
Sistemas de congelación.
Los sistemas de congelación pueden ser de contacto directo, cuando el producto y
el fluido de enfriamiento se encuentran en un mismo espacio sin separaciones
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físicas, y de contacto indirecto cuando existe una barrera entre los dos agentes
presentes en el proceso. La elección del sistema de congelación está determinada
por las características del producto, sus dimensiones, su forma y los
requerimientos de la siguiente etapa de proceso.
Sistemas de contacto directo.
Este tipo de equipos operan de mejor forma cuando no existe una barrera entre el
refrigerante y el alimento, los sistemas más usados son el de contacto con aire y el
de inmersión, a continuación se describen las características principales de cada
uno.
Sistema por contacto con aire.
Este método es útil a la hora de alcanzar una rápida congelación, los productos
obtenidos se denominan por sus sigla en inglés IQF (Individual Quick Freezing), el
aire se encuentra a bajas temperaturas entre -20°C y -30°C, se hace circular por la
cámara de congelación por ventilación forzada a velocidades comprendidas entre
5 y 20m/s; bajo estos parámetros se consiguen tiempos de congelación entre 3 y
72 h [43]. La velocidad del aire influye directamente en los coeficientes de
transferencia de calor por convección, este factor sumado a los tamaños
pequeños del alimento aumentan la eficiencia de la operación.
Técnicamente el producto debidamente troceado se dispone sobre una cinta
transportadora que lo conduce a través de un túnel mientras la corriente de aire
viaja en sentido paralelo o contracorriente. Cuando el flujo es en contracorriente se
obtienen mayores eficiencias ya que el aire más frio entra en contacto con el
alimento cuando este ya se encuentra prácticamente congelado [63].
Existe una variante del sistema de contacto por aire denominada Sistema de lecho
fluidizado, en este tipo de equipos, el aire se inyecta hacia arriba de tal forma que
atraviesa perpendicularmente la cinta transportadora, el aire fluye por los agujeros
de una malla que compone la cinta suspendiendo el alimento mientras ocurre la
congelación, para el funcionamiento correcto se requiere un estricto control de la
velocidad del aire.
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La aplicación del lecho fluidizado se determina por el tamaño del material a
congelar, no todos los alimentos permiten la fluidización en el aire.
Sistemas por inmersión.
Dentro del contacto directo existe la posibilidad de sumergir el alimento en un
refrigerante líquido. El fluido de enfriamiento absorbe energía térmica del alimento
y se vaporiza instantáneamente, se obtienen tiempos de congelación muy bajos,
aunque presenta la desventaja del costo del refrigerante, ya que su recuperación
es difícil. Los fluidos más comunes son nitrógeno, dióxido de carbono y Freón
12.El refrigerante liquido también puede atomizarse y rosearse sobre el alimento
Sistemas por contacto indirecto.
En este tipo de equipos el alimento es enfriado al ponerse en contacto con un
medio físico que se encuentra a muy baja temperatura, los más comunes son los
congeladores de placas, congeladores para alimentos líquidos y por corriente de
aire indirecto.
Congeladores de placas.
Este sistema es uno de los más utilizados para frutas y verduras debido a su fácil
adquisición y operación. El alimento se ubica entre dos placas refrigeradas que se
encargan del congelamiento, al interior de cada placa fluye Freón 12 o nitrógeno.
Con el fin de disminuir la resistencia a la transferencia de calor suele presionarse
el alimento ejerciendo fuerza sobre las dos placas que lo rodean. Es un método
sencillo que puede operar continua o discontinuamente, en flujo continuo el tiempo
de congelación corresponderá al tiempo de residencia del alimento durante su
recorrido por la cámara. Debido a la geometría, no es aplicable para alimentos
esféricos o cilíndricos, se usa de forma más adecuada en productos empacados.
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Congeladores por corriente indirecta de aire.
El principio de funcionamiento es similar al de corriente de aire directa, solo que en
este caso, la barrera física está representada por el envase del alimento. Estos
sistemas pueden ser discontinuos o continuos, ene l primer caso generalmente se
usan habitaciones que funcionan de bodega, dentro, se encuentra el alimento en
bandejas y anaqueles y se hace pasar una corriente de aire por la recamara, luego
de cierto tiempo el alimento se retira. En el sistema continuo se usan bandas
transportadoras que viajan a través de túneles de congelación.
Congeladores de alimentos líquidos.
El equipo representativo de este tipo de congeladores es el Intercambiador de
superficie raspada, consiste en un tanque cilíndrico provisto de una chaqueta por
donde fluye el refrigerante, el alimento líquido, por ejemplo una pasta de tomate,
se encuentra al interior y es continuamente agitado por unas palas mecánicas que
se encargan de raspar al superficie interna del tanque. De esta forma, se elimina
la posibilidad de incrustación, se favorece la transferencia de calor y se
homogeniza el producto en un solo paso.
En el congelamiento aparecerán progresivamente cristales de agua que se
adhieren fácilmente a la pared del equipo, las paletas o raspadoras se encargan
de retirarlas continuamente para que no afecten la operación, este tipo de
congelador es usado en una etapa importante de la crioconcentración.
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LECCIÓN 28: REFRIGERACIÓN.
La refrigeración de frutas y verduras es una de las técnicas más antiguas
utilizadas para conservar alimentos, históricamente se inició utilizando hielo para
disminuir la temperatura del alimento y así lograr su preservación durante periodos
de tiempo más largos, aunque no se tenía un control exacto de las condiciones del
proceso, los humanos lograron almacenar durante siglos sus reservas bajo la
acción del agua congelada. Como era de esperarse, con el avance científico llego
el primer equipo de refrigeración en 1875, aunque resultaba muy precario y de
difícil instalación en la época, resulto ser el iniciador de lo que actualmente se
conoce como refrigerador. En los primeros años del siglo XX, Clarence Birdseye
se encarga de cimentar la industria refrigerante con unidades de consumo
individuales y comerciales. Hoy en día, el sistema de refrigeración resulta de
primera necesidad tanto en el hogar cómo en la industria de alimentos,
permitiendo el almacenamiento controlado de materias primas, insumos y
producto terminado.
La refrigeración constituye un tema de estudio bastante extenso, en esta lección
se presentan los conceptos fundamentales de su aplicación en frutas y hortalizas,
si usted desea profundizar en su información puede recurrir a la bibliografía que se
presenta al final del capítulo.
Fundamentos de la refrigeración.
El objetivo principal de esta operación es la disminución de temperatura del
alimento hasta lograr un nivel adecuado, bajo el cual se minimicen las reacciones
de deterioro de la calidad del producto. El método más utilizado actualmente para
la refrigeración es el sistema mecánico por compresión de vapor, en él se logra un
enfriamiento sostenido haciendo circular un refrigerante en un circuito cerrado en
el cual se evapora y condensa consecutivamente en un ciclo cerrado; en el
proceso de evaporación el refrigerante retira el calor requerido del alimento. El
sistema por compresión de vapor está constituido por cuatro elementos
principales: compresor, condensador, válvula de expansión y evaporador.
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Para comprender mejor el funcionamiento del sistema por compresión de vapor
remítase a la figura 6.7, el ciclo inicia en el punto 1, donde el refrigerante que se
encuentra en estado vapor sufre una aumento de presión y temperatura al pasar
por el compresor, con el consecuente aumento en la entalpia que lo ubica en el
punto 2. Entre el punto 2 y 3 el fluido se condensa liberando energía en forma de
calor latente, al disminuir su energía interna, disminuye el valor de la entalpia; el
cambio de fase ocurre a presión constante.
Encontrándose en estado líquido, el fluido atraviesa una válvula de expansión en
la que disminuye considerablemente su presión, hasta tal punto que se genera
una mezcla liquido-vapor, el proceso es isoentrópico y el resultado es la ubicación
del fluido en el punto 4; fíjese en que este punto se ubica al interior del domo y
como usted recuerda de su curso de termodinámica, los puntos al interior siempre
representan mezclas con diferentes composiciones de vapor según se acerquen o
alejen de la línea de saturación.
Figura 6.7: Diagrama Presión- Entalpía para el ciclo por compresión de vapor.
Fuente: [64].
Por último la mezcla liquido-vapor se evapora a través del evaporador en un
proceso isobárico, hasta llegar a convertirse en vapor saturado regresando al
punto inicial del ciclo, el aumento de entalpia se debe a la energía absorbida en el
cambio de fase.
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Con respecto al intercambio de calor se puede concluir que en la evaporación el
fluido retira calor del sistema, mientras que en la condensación cede calor a los
alrededores, al retirar calor disminuye la temperatura del alimento al interior de la
cámara de refrigeración.
El refrigerante.
Se conoce como refrigerante a toda sustancia que al evaporarse a baja presión y
temperatura dentro de un sistema cerrado, absorbe o retira calor del medio [65].
Características deseables.
Debido al papel fundamental del refrigerante dentro del proceso de conservación
por frio, es necesario tener en cuenta las características que orientan la selección
de este fluido, a continuación se listan los aspectos más relevantes que han sido
citados por los autores Elonka y Minich.
El refrigerante debe ser fácilmente evaporado, es decir, debe poseer una
alta volatilidad.
El calor latente de evaporación debe ser alto, de esta forma, un mínimo flujo
de refrigerante lograra los efectos deseados; en otras palabras, una baja
cantidad de fluido requerirá una alta cantidad de calor para evaporarse,
cantidad que proviene del alimento.
No debe ser explosivo ni inflamable, con el fin de garantizar la seguridad del
sistema.
El refrigerante debe ser inocuo y tener un olor característico que delate
fácilmente escapes o fugas.
El costo del fluido debe ser bajo y se debe disponer de cantidades
suficientes.
Bajo las condiciones de operación el refrigerante debe ser estable.
No debe tener efectos corrosivos o nocivos sobre los materiales de
construcción del equipo de refrigeración.
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Las cámaras de refrigeración deben cumplir con ciertos requisitos para conservar
las características de cada fruta y verdura, debido a la heterogeneidad de los
productos es casi imposible determinar los requerimientos específicos, sin
embargo a nivel general se ha encontrado que factores como la temperatura, la
circulación del aire de enfriamiento, la humedad relativa y la composición
atmosférica afectan directamente el estado del producto luego del proceso de
refrigerado [43]. A continuación se describen los efectos principales de estos
factores.
Balance de masa y energía en el refrigerador.
Imagine un sistema global de refrigeración en el que ingresa un alimento con un caudal másico en kg sólido seco/h y una humedad inicial en kg de agua/ kg
de sólido seco. Las temperaturas de entrada y salida para el alimento son y
respectivamente en °C. Al mismo sistema ingresa una corriente de aire con un
caudal en kg de aire seco/h, sus humedades inicial y final son y en kg
de agua/ kg de aire seco. Sus temperaturas inicial y fina se denotan por y
respectivamente.
Realizando un balance global sobre el agua, se tiene:
(6.19)
Carga de refrigeración.
Industrialmente, ya sea para el diseño de un sistema de refrigeración, o para el
control de las condiciones de uno ya existente, se hace necesaria la medición de
la cantidad de calor a retirar del sistema con el fin de mantener una temperatura
de enfriamiento constante, para ello se usa la unidad denominada Carga de
refrigeración, que utiliza la unidad estándar de Tonelada de refrigeración, esta
unidad se diseñó teniendo como base el enfriamiento con hielo, sin embargo aún
hoy en día se usa para los cálculos pertinentes. La tonelada de refrigeración
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equivale al calor latente de fusión que se requiere retirar a una tonelada de hielo,
para lograr su fusión en 24 horas.
En el caso de frutas y hortalizas refrigeradas, es necesario tener en cuenta que los
procesos de respiración continúan aun después del almacenamiento, es por ello
que el cálculo de la carga de refrigeración necesariamente debe incluir el calor
generado por la respiración.
LECCIÓN 29: IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS.
La radiación también llamada esterilización en frio se aplica
a los alimentos con el fin de conservarlos sin afectar sus
características nutricionales, el método consiste en exponer
el alimento a la acción de radiaciones ionizantes durante un
determinado tiempo.
Las principales aplicaciones de la irradiación en frutas y
verduras están relacionadas con la esterilización de insectos
como la Mosca del Mediterráneo que puede afectar los productos hortofrutícolas,
retardo de la maduración de algunos frutos como banana, papaya y mango,
retardo en la senescencia de espárragos, prolongación del tiempo de
comercialización para frutas de especial cuidado y en general, la esterilización de
alimentos logrando una conservación a temperatura ambiente por periodos incluso
de años [66].
En frutas y verduras frescas la irradiación no resuelve completamente todas las
situaciones de deterioro que se presentan después de la recolección,
generalmente esta técnica debe ser complementada con la refrigeración. La
dosificación de la radiación debe ser controlada de forma adecuada con el fin de
evitar modificaciones indeseables en la textura y apariencia de producto, así como
un descenso en el contenido de vitaminas.
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Principios de la irradiación de alimentos.
La radiación se define como la emisión y propagación de energía a través de un
espacio o un medio material [67], mediante su aplicación es posible convertir
moléculas y átomos en iones eliminando electrones. En la industria alimentaria el
producto es sometido a una carga energética proveniente de la radiación emitida
por rayos X, rayos Gamma o rayos betta; el alimento absorbe la energía recibida e
inicia una serie de transformaciones químicas en su interior las cuales afectan
directamente la supervivencia de microorganismos patógenos o enzimas
causantes de deterioro.
Rayos X: Son ondas electromagnéticas provenientes del bombardeo con
electrones de alta velocidad sobre el electrodo de un metal pesado, su uso ha
empezado a ser menos frecuente debido al bajo rendimiento del proceso, ya que
se aprovecha entre el 3 y el 5% de la energía aplicada [67].
Rayos gamma: Proceden de la excitación del núcleo de Cs137 y Co60, siendo
este último es más aplicado en la industria alimentaria. Su obtención es de menor
costo que los rayos gamma y tienen una alta penetración en el producto.
Rayos betta: Corresponden a un flujo de electrones que es emitido por material
radiactivo, pueden ser orientados mediante campos eléctricos y magnéticos.
Cuando provienen de un tubo catódico se denominan rayos catódicos.
La energía emitida por las fuentes de irradiación debe ser lo suficientemente alta
como para superar la energía ionizante que mantiene unidos los átomos o
moléculas que serán irradiados, sin embargo es de especial cuidado el hecho de
que no sobrepase ciertos límites en que se inducen reacciones nucleares y
generación de isotopos radioactivos [68].
Dosis.
La energía absorbida por el alimento por unidad de masa es conocida como Dosis
y su unidad es el Gray (Gy) que corresponde a un Julio por kilo de masa de
alimento irradiado. Según los parámetros establecidos por la Organización
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Mundial de la Salud (OMS) la dosis se puede clasificar según su intensidad de la
siguiente forma:
Dosis Baja (hasta 1 kGy): Usada en frutas secas y vegetales para retardar
procesos fisiológicos de maduración y senescencia y para el control de insectos.
Dosis Media (hasta 10 kGy): Usada para reducir los tiempo de cocimiento de
vegetales deshidratados y para aumentar la vida comercial de varios alimentos.
Dosis Alta (superior a 10 kGy): Usada principalmente en carnes para su
esterilización y en especias para su desinfección.
En la Tabla 6.1 se presentan los efectos generados en frutas y hortalizas para
diferentes dosificaciones de irradiación.
Tabla 6.1: Efectos encontrados bajo diferentes Dosis de irradiación.
Fuente: [68].
Radapertización, radicidación y radurización de alimentos.
En el campo de la irradiación de alimentos se han definido tres importantes
conceptos con los que es necesario familiarizarse:
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Radapertización:
Aplicación de rangos de radiación entre 30 y 40 kGy, se conoce como
esterilización comercial, su principal aplicación se encuentra en la industria de
conservas enlatadas.
Radicidación:
Radiación aplicada entre 2,5 y 10 kGy. Se refiere la reducción del número de
microorganismos patógenos viables a excepción de los virus.
Radurización:
Se reduce el número de microorganismos alterantes viables. Se usan dosis
comprendidas entre 0,75 y 2,5 kGy. La vida útil de las hortalizas y frutas se
multiplica entre dos y seis veces.
Mecanismo de inactivación microbiana por radiaciones ionizantes.
Los efectos producido en fruta y hortalizas por el método de irradiación están
fundamentados en la combinación de los mecanismos directo e indirecto, a
continuación se describen las consecuencias microbiológicas que ocurren al
interior de un alimento luego de que es sometido a una carga radioactiva.
Mecanismo directo.
Cuando las moléculas absorben la energía que reciben de la fuente de irradiación,
se generan ciertos cambios químicos asociados con el desplazamiento de
electrones que generan la formación de iones, radicales libres y partículas
excitadas (Fundamentos biológicos de la conservación de los alimentos por
radiaciones ionizantes (parte I) Escrito por Nacho Alvarez). Esta etapa se
caracteriza por el efecto adverso que genera en el material genético, provocando
ruptura y perdida de estabilidad en los ácidos nucleicos, de allí que varios de los
microrganismo responsables del deterioro del alimento sean destruidos por la
irradiación.
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Mecanismo Indirecto.
El mecanismo indirecto es visible cuando los radicales libres que se generan con
el método directo reaccionan con moléculas de importancia para la supervivencia
de los microrganismos, se afirma que este tipo de reacciones son las
responsables de la mayor parte del efecto logrado con la irradiación. Se ve
favorecido por la presencia de agua, dado el alto valor oxidante que adquiere
cuando es ionizada.
Cinética de inactivación por radiaciones ionizantes en alimentos.
Se ha encontrado que bajo los efectos de la radiación ionizante, la cinética de
muerte bacteriana se puede describir bajo las condiciones de una reacción de
primer orden, para una intensidad constante el número de microorganismos
sobrevivientes disminuye exponencialmente con el aumento en la dosis de
radiación absorbida.
Figura 6.8: Supervivencia de microorganismos ante diferentes Dosis de
irradiación.
Fuente: [69].
Con base en la Figura 6.8 es posible definir un parámetro D que corresponde a la
dosis requerida para reducir la carga microbiana en un 90%. De esta forma, es
posible calcular la resistencia de diferentes microorganismos a una misma dosis
ionizante. El factor D se calcula mediante la siguiente ecuación:
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Siendo d la dosis utilizada, el número inicial de microorganismos y N el número
de sobrevivientes luego del tratamiento.
En algunas ocasiones puede ocurrir una desviación de la linealidad para la recta
obtenida en la Figura 6.8, esto debido al posible fenómeno de reparación que
pueden sufrir algunas moléculas tras el ataque, o al hecho de que no exista una
única molécula clave para ser ionizada. Sin embargo, la mayoría de autores
considera que es adecuado trabajar con el modelo logarítmico de inactivación.
El hecho de que la línea de inactivación que se observa en la Figura 6.8 sea recta,
significa que la velocidad de inactivación se mantiene constante y e independiente
de la fracción de microorganismos sobrevivientes, esto puede explicarse por el
nivel de aleatoriedad del tratamiento, el efecto producido por las radiaciones
ocurre al azar y cada molécula presenta la misma probabilidad de ser atacada, de
tal forma que el número de microorganismos presentes en cada momento no
determina la velocidad de ionización.
Factores influyentes en la inactivación microbiana mediante irradiación.
Como en todas las reacciones que se han visto anteriormente, existe una serie de
factores que puede incrementar o retardar el efecto deseado dependiendo de su
magnitud o comportamiento, en los siguientes ítems se presenta el efecto de
diversos parámetros a tener en cuenta en el uso de la irradiación sobre frutas y
hortalizas.
Características del microorganismo.
Entre las características predominantes a la hora de evaluar la efectividad de
tratamiento irradiante, se encuentra el tipo de microorganismo. Aquellos
organismos que presentan mayor complejidad genética son más susceptibles del
ataque de los rayos irradiados, mientras que los microrganismo sencillos
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genéticamente como bacterias, mohos y levaduras presentaran mayor resistencia
a ser modificados e inactivados [70].
A sí mismo el nivel de organización de la estructura genética influye en el nivel de
destrucción que sufrirá el sistema vivo, por ejemplo, las células que se encuentran
en fase de crecimiento presentan mayor sensibilidad al tratamiento que aquellas
que se encuentran en fase estacionaria.
Presencia de oxígeno.
La presencia de oxigeno durante la irradiación generalmente disminuye la
resistencia de los microorganismos al tratamiento, debido a su disposición
molecular el oxígeno puede participar en la formación de radicales libres,
generando la formación de radicales hidroxilo que aumentan la intensidad del
ataque sobre las moléculas de ADN. De igual forma, el oxígeno pude generar
radicales peróxido que participaran en la oxidación lipídica, causando cambios
importantes en algunas propiedades organolépticas. Debido a esto, se ha
trabajado en la combinación de atmosferas con ausencia de oxígeno y radiación
ionizante notándose una disminución en las alteraciones del alimento [67].
Composición del alimento.
Los compuestos proteicos, algunos agentes reductores y la catalasa presentan un
comportamiento protector sobre los microorganismos. Aunque los estudios
desarrollados se han hecho sobre materiales cárnicos, resulta interesante el
desarrollo de nuevas investigaciones sobre las frutas y hortalizas.
Efectos en propiedades organolépticas.
Con dosis moderadas de irradiación se garantiza la conservación de las
propiedades organolépticas en frutas y verduras, sin embargo, un aumento en la
dosis crítica del alimento podría causar la aparición de un olor o sabor a radiación
debido al efecto de los radicales libres sobre compuestos lipídicos y proteínas [66].
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Tabla 6.2: Productos alimenticios cuya irradiación está permitida por la OMS.
Productos alimenticios cuya irradiación está permitida en varios países y por la OMS
Productos Objetivo Dosis en KGy Países
Patatas Inhibición de grillones 0.1-0.15 17
Cebollas Inhibición de grillones 0.1-0.16 10
Ajos Inhibición de grillones 0.1-0.17 2
Champiñones Inhibición de grillones 2.5 máx 1
trigo, harina de trig Desinfección de insectos 0.2-0.75 4
Frutas desecadas Desinfección de insectos 1 2
Semillas de cacao Desinfección de insectos 0.7 1
Concentrados de alimentos secos Desinfección de insectos 0.7-1 1
Carne de ave fresca Radicidación 7 máx. 2
Bacalao y pescado rojo Radicidación 2-2.2 1
Especias/Condimentos Radicidación 8-10 1
Carnes semiconservadas Radicidación 6-8 1
Frutas frescas Radicidación 2.5 6
Espárragos Radicidación 2 1
Cranes curdas Radicidación 6-8 1
Filetes de bacalao Radicidación 1.5 máx 1
Canales de aves evisceradas Radicidación 3-6 2
Camarones Radicidación 0.5 -1 1
Productos cárnicos culinarios Radicidación 8 1
Comidas congeladas Radapertización 25 mín. 2
Alimentos enlatados Radapertización 25 mín. 1
Fuente: [67].
Se ha encontrado que en fruta y verduras se genera un ablandamiento de los
tejidos notable un cierto periodo después de la aplicación del método, esto es
debido a la degradación de pectina y celulosa.
Efectos nutricionales.
Debido al bajo aumento de temperatura que sufren los alimentos durante la
irradiación, las perdidas nutricionales son muy pequeñas, los nutrientes que
podrían sufrir alteraciones son el ácido ascórbico y las vitaminas E y B1. Para
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minimizar estas pérdidas se recomienda irradiar en condiciones anaerobias o en
estado de congelamiento.
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UNIDAD 3: INGENIERÍA DE PROCESOS II
Nombre de la Unidad INGENIERÍA DE PROCESOS II
Justificación Teniendo como base los conceptos presentados en la
Unidad 2, el estudiante está en capacidad de comprender
los diferentes métodos de deshidratación usados en la
industria de alimentos y sus objetivos principales.
Adicionalmente, podrá analizar el efecto de tales
tratamientos a nivel fisiológico y microbiológico teniendo
en cuenta los conceptos presentados en la primera
unidad.
Actualmente, el avance en innovación en el campo de los
alimentos procesados presenta beneficios y retos para el
Ingeniero, en primer lugar la aplicación de nuevas
tecnologías permite obtener productos de mayor calidad y
vida útil, esto se logra en cierta proporción por la
utilización de envases que proporcionan condiciones más
seguras y que han sido diseñados gracias al conocimiento
que se tiene de los mecanismos de deterioro en frutas y
hortalizas. Además es posible obtener un seguimiento
cualificado del comportamiento del alimento luego de que
ha sido envasado, en esta unidad se presentan la
innovaciones más llamativas en Envases con el fin de
abrir el campo de acción al Ingeniero y mostrar diferentes
posibilidades que se encuentran en el mercado
actualmente.
Aunado a este tema, se encuentra el tema de inocuidad
alimentaria y el uso de tecnologías emergentes con el
principal objetivo de lograr un producto de la mejor calidad
para el consumidor final y que represente una disminución
en los gastos de producción, el Ingeniero de Alimentos
conocerá las operaciones emergentes que se manejan a
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nivel mundial, logrando tener una perspectiva más amplia
de lo alimentos procesados.
Intencionalidades
Formativas
Presentar las operaciones de eliminación de agua más
usadas en frutas y hortalizas y el funcionamiento de los
equipos asociados.
Desarrollar la capacidad de resolver cálculos relacionados
con el diseño y operación de las etapas de
deshidratación.
Presentar el uso de tecnologías emergentes como una
alternativa de uso común para el mejoramiento de los
alimentos procesados.
Presentar las tenencias en empaques y envasado que se
encuentran actualmente en el mercado.
Motivar al estudiante a la investigación e innovación en el
tratamiento de frutas y hortalizas.
Desarrollar la capacidad analítica y propositiva del
Ingeniero de Alimentos.
CAPITULO 7 Eliminación de agua en frutas y hortalizas
Lección 31 Concentración
Lección 32 Secado
Lección 33 Liofilización
Lección 34 Concentración
Lección 35 Atomización
CAPITULO 8 Envases y Empaques
Lección 36 Transferencia de materia y permeabilidad del material de
envase
Lección 37 Tecnologías de tratamientos térmicos de productos
envasados
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Lección 38 Envases inteligentes
Lección 39 Envases y empaques para productos frescos
Lección 40 Envases y empaques para productos procesados
CAPITULO 9 Inocuidad y Tecnologías emergentes en frutas y
hortalizas.
Lección 41 Microencapsulación
Lección 42 Tecnologías de pulsos eléctricos
Lección 43 Nuevas fuentes de antioxidantes
Lección 44 Inocuidad y trazablidad
Lección 45 Inocuidad y trazabilidad
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CAPITULO 7: ELIMINACIÓN DE AGUA EN FRUTAS Y HORTALIZAS
INTRODUCCIÓN.
Uno de los métodos más antiguos para la conservación de alimentos es la
deshidratación, esta consiste en disminuir la actividad del agua con el fin de
retrasar los procesos de deterioro. Para lograr este objetivo se cuenta con
diversas operaciones, a nivel industrial son de uso común para alimentos el
secado, liofilización, crioconcentración y atomización.
LECCIÓN 31: CONCENTRACIÓN.
La concentración es un método muy usado en la industria para la reducción del
contenido de agua de un producto líquido, se recomienda como tratamiento previo
a los procesos de congelación, esterilización y deshidratación entre otros. La
principal diferencia con la deshidratación radica en que en esta última operación el
producto no se encuentra en estado líquido. Su bajo costo y facilidad de operación
hacen de la concentración un procedimiento muy utilizado en el manejo
poscosecha de frutas y hortalizas. Se obtienen bajo este tratamiento jugos,
néctares de frutas, jarabes, mermeladas, jaleas y pasta de tomate entre otros [62].
Teniendo en cuenta el papel que juega el agua como agente promotor del
crecimiento de microorganismos y reacciones de deterioro, la concentración más
allá de reducir el volumen y peso del producto, constituye un método de
conservación primario, aunque por sí solo no ofrece mayor garantía.
El rendimiento de la operación está determinado por las características del
alimento que se va a concentrar, es necesario encontrar un balance entre la
temperatura de operación y el tiempo de residencia de la solución, evitando la
degradación del producto o algunos daños físicos. Alimentos que generan espuma
tienden a presentar perdida por arrastre del vapor.
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Aumento en el punto de ebullición.
A medida que la solución se va concentrando se va haciendo más rica en soluto,
esto hace que su punto de ebullición se incremente, el aumento de esta
temperatura con respecto al punto de ebullición del agua pura se conoce como
Elevación del punto de ebullición y aplica para todas las disoluciones. Este
concepto es de gran importancia en la evaporación ya que influye directamente en
la velocidad de transferencia de calor. Entre mayor sea la diferencia entre la
temperatura de ebullición de la solución y la del agua pura la transmisión de calor
será más efectiva.
El cálculo del aumento en el punto de ebullición de una solución se puede
determinar gráficamente mediante los diagramas de Dühring, la lectura se realiza
ingresando por el punto de ebullición del agua y trazando una recta hasta la curva
de concentración adecuada, en el punto de corte se lee el valor requerido en el eje
Y. en la Figura 7.1 se presenta un diagrama para soluciones de NaCl.
Figura 7.1: Diagrama de Dühring para soluciones de NaCl.
Fuente: [71].
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Principios físicos de la evaporación.
La evaporación se basa en la inducción al cambio de fase del disolvente que
compone una solución, en la mayoría de casos este disolvente es agua, el agua
adquiere la energía suficiente para evaporarse y abandonar la solución, de tal
forma que el soluto residual hará parte de una solución cada vez más
concentrada.
Para lograr la evaporación del agua, inicialmente se debe suministrar calor
sensible que aumente la temperatura de la solución hasta el punto de ebullición
del agua a las condiciones de operación, luego, el calor absorbido será utilizado
para lograr el cambio de fase, es decir, será latente. Cuando se trata de productos
sensibles térmicamente, es decir, que pueden ver afectadas sus características
organolépticas por el calor, suele usarse una presión de vacío en el sistema con el
fin de reducir la temperatura de ebullición del agua y de esta forma lograr la
evaporación en condiciones favorables para el alimento. Generalmente el fluido
utilizado como fuente de calor es vapor de agua que cede su energía de
condensación a la solución.
La evaporación es una operación que implica las transferencias de masa y calor y
por ende susceptible de analizar bajo los mecanismos que describen estos
fenómenos, para el diseño o análisis de un evaporador es fundamental establecer
entonces los balances de masa y energía apropiados. Antes de conocer los
pormenores de los equipos de evaporación, imagine una cámara sencilla en la que
ingresa una solución diluida con las siguientes características:
: Flujo másico de alimentación (kg/s).
: Fracción de sólidos en la alimentación (adimensional).
: Temperatura de la alimentación (°C).
: Entalpía de la alimentación a la temperatura y concentración de la entrada
(kJ/kg).
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Esta solución se concentra en el evaporador liberando agua en forma de calor,
para luego salir de la cámara por la parte inferior, sus características ahora son las
siguientes:
: Flujo másico de la solución concentrada o producto (kg/s).
: Fracción de sólidos en la solución concentrada (adimensional).
: Temperatura de la solución concentrada (°C).
: Entalpía de la solución concentrada a la temperatura y concentración de la
salida (kJ/kg).
El vapor de agua desprendido de la solución inicial egresa de la cámara por la
parte superior para ser condensado posteriormente, el vapor se define con las
siguientes variables:
: Flujo másico del vapor de solución (kg/s).
: Temperatura del vapor de solución (°C).
Figura 7.2: Esquema de un evaporador de efecto simple.
Fuente: [72].
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Simultáneamente ingresa vapor de agua como fluido de calentamiento con las
siguientes propiedades:
: Flujo másico de vapor de calentamiento (kg/s).
: Temperatura de vapor de calentamiento (°C).
: Entalpía del vapor de calentamiento a la temperatura y concentración de la
entrada (kJ/kg).
El vapor de calentamiento condensa cediendo calor en forma latente, a la salida
se presenta con las siguientes propiedades:
: Flujo másico de condensado (kg/s).
: Temperatura de condensado (°C).
: Entalpía condensado (kJ/kg).
El balance general de masa para la solución es:
(7.1)
El balance para los sólidos presentes en la solución es:
El balance general de calor con base en las entalpías es:
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Las entalpías de alimentación y producto se calculan mediante las siguientes
expresiones:
(7.4)
(7.5)
Donde y son los calores específicos de alimento y producto. Las
entalpías del vapor de calentamiento y el condensado se leen de las tablas de
vapor a las temperaturas respectivas.
El balance de calor dentro del intercambiador de calor, es decir, en el equipo por el
cual fluye el vapor de calentamiento es el siguiente:
Donde:
q: Flujo de calor en el intercambiador (W).
A: Área de transferencia de calor (m2).
U: Coeficiente global de transferencia de calor (W/m2K).
EQUIPOS.
Los equipos generalmente usados para la concentración de productos alimenticios
son los evaporadores, los hay en forma de marmitas, de película descendente, de
película delgada y al vacío. Básicamente contiene una cámara en la que se
encuentra un intercambiador de calor que permite la transferencia de energía
térmica entre el fluido de servicio y la solución; la presión a la cual se encuentra el
vapor condensante se encuentra comúnmente por debajo de las 3 atm, mientras
que el producto se somete a presiones cercanas al vacío del orden de 0,05 atm
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[73]. En las marmitas el vapor de calentamiento fluye a través de una chaqueta
que rodea al tanque donde se encuentra la solución.
Cuando el vapor de solución generado en el proceso se condensa y luego se
deshecha, el equipo recibe el nombre de Evaporador de efecto simple, sin
embargo en muchas ocasiones este vapor se recircula y usa como fluido de
calentamiento de una etapa de evaporación posterior, así, se forma un tren de
evaporadores debidamente conectados, en este caso el equipo se denomina
Evaporador de múltiple efecto.
Se han desarrollado diversos diseños de evaporadores con funciones específicas,
en la industria alimenticia vale la pena resaltar los que se presentan en el siguiente
apartado:
Evaporador abierto: Son los más comunes y menos costoso a nivel industrial,
consisten en un tanque enchaquetado o con serpentín interno por el que fluye el
vapor de agua. Generalmente están provistos de un agitador, manejan bajas
velocidades de evaporación y se recomiendan para concentrar pulpa de tomate,
mermeladas, sopas y algunas salsas siempre y cuando las cargas sean bajas.
Evaporadores de tubos cortos verticales: Resultan ser una modificación de los
evaporadores de tubos horizontales, contienen un banco de tubos al interior de la
cámara, por el que circula el vapor, la disposición de los tubos disminuye la
formación de costras o residuos adheridos. Genera considerables velocidades de
evaporación y puede trabajar con líquidos de viscosidad moderada. Se
recomienda en la elaboración de zumos de frutas, concentración de soluciones de
azúcar y extracto de malta.
Evaporadores de circulación forzada: Se usan para fluidos muy viscosos o cuando
se desea evitar la formación de incrustaciones sobre la superficie de
calentamiento, puede acoplarse para ser usado en la cristalización, en cuyo caso
requerirá un elemento que separe los cristales continuamente.
Evaporadores de película ascendente: Utilizados para la concentración de
productos muy sensibles al calor, la solución ingresa por la parte inferior al interior
del haz de tubos, en su ascenso inicia la ebullición de tal forma que en la parte
superior egresa una mezcla vapor-líquido que debe ser separada en un equipo
adicional. El líquido concentrado puede ser recirculado. Se distinguen por los altos
coeficientes de transferencia de calor que manejan.
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Figura 7.3: Esquema de evaporador de tubos cortos verticales.
Fuente: [72].
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Figura 7.4: Esquema de un evaporador de circulación forzada.
Fuente: [74].
Evaporador de película descendente: Corresponde a una adaptación del anterior
equipo, la solución ingres esta vez por la parte superior de la cámara, permite
mantener una baja temperatura de ebullición, por lo que se usa especialmente en
la elaboración de jugos cítricos.
LECCIÓN 32: SECADO.
La operación de secado tiene como objetivo eliminar parte del agua contenida en
un sólido, esta puede estar en la superficie o contenida en el interior. El secado es
una de las técnicas más antiguas usadas para la preservación de alimentos.
Produce una disminución sustancial del peso y el volumen, reduciendo empaque,
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costos de almacenamiento y transporte y permitiendo el almacenamiento del
producto a temperatura ambiente por largo tiempo [75]. En el caso específico de
frutas y verduras, el diseño del proceso de secado debe ser especialmente
cuidadoso para preservar la calidad del producto.
Todas las operaciones de secado buscan retirar la humedad del alimento a través
del fenómeno de evaporación por calentamiento, así que intervienen procesos de
transferencia de calor y masa simultáneamente. El agente encargado de retirar el
vapor de agua generalmente es aire, de ahí la importancia de estudiar el
comportamiento del equilibrio aire-agua que se presentó en la Lección 16.
Velocidad de secado.
La eliminación del agua se realiza en diferentes etapas que se encuentran
caracterizadas por la velocidad de secado, esta velocidad depende de factores
como el contenido inicial de humedad del sólido, las propiedades intrínsecas del
alimento y la temperatura y humedad del aire seco. Para esquematizar cada una
de las etapas se presenta la Figura 7.5, en donde se relaciona el contenido de
humedad en base seca del producto con respecto a la velocidad de secado.
Figura 7.5: Velocidad de secado en función de la humedad libre.
Fuente: [76].
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Periodo de velocidad constante.
El segmento de curva AB representa la condición de estado no estacionario,
debido al ligero calentamiento inicial. Entre B y C ocurre el secado a velocidad
constante, esta etapa se caracteriza por la evaporación de un contenido
importante de agua no ligada, la temperatura permanece constante en la
superficie y alcanza el valor de la temperatura de bulbo húmedo del aire. La
velocidad permanece constante debido a que el movimiento de la humedad dentro
del solido es suficiente como para mantener saturada la superficie. El agua se
evapora tan pronto llega a la superficie y recibe el calor necesario para su cambio
de fase, este periodo finaliza al alcanzar la humedad critica, identificada en la
gráfica por el punto C. El mecanismo de control será entonces la transferencia de
calor.
Primer periodo de velocidad decreciente.
Al final del periodo de secado a velocidad constante empiezan a aparecer puntos
secos en la superficie debido a que ya no hay saturación. En el punto C de la
gráfica la capa superficial de agua ya se ha evaporado completamente y la
velocidad de la operación estará controlada por la velocidad de movimiento de la
humedad al interior del sólido. Esta etapa se conoce como primer periodo de
velocidad decreciente y constituye la fase más larga del secado.
En este periodo los factores más importantes a tener en cuenta son la temperatura
del aire y el espesor del lecho del alimento.
Segundo periodo de velocidad decreciente.
En el trayecto entre los puntos D y E la velocidad de secado es controlada
principalmente por el flujo de humedad al interior del sólido y ya no depende de las
condiciones externas. Los fenómenos presentes son la difusión de líquido, el
movimiento capilar y la difusión de vapor. Esta fase finaliza al alcanzarse la
humedad de equilibrio en el punto E, en donde la velocidad de secado llega a ser
nula.
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Predicción de tiempo de secado.
Periodo de velocidad constante.
Para esta fase se ha determinado el flujo de eliminación de agua mediante la
siguiente ecuación [51]:
Donde:
: Eliminación de agua durante el periodo de velocidad constante, s-1.
: Contenido inicial de agua, kg agua/kg sólidos secos.
Contenido crítico de agua, kg agua/kg sólidos secos.
tc: Tiempo de secado para el periodo de velocidad constante, s.
El calor transmitido desde al aire caliente hacia la superficie del alimento se
transfiere por convección y está dado por la siguiente relación:
Donde:
q: Flujo de calor convectivo, W.
h: Coeficiente de transferencia de calor por convección, W/m2°C.
A: Área superficial de transferencia, m2.
Ta: Temperatura del aire caliente, °C.
Ts: Temperatura de la superficie del alimento, °C.
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El flujo másico de vapor de agua generado en el periodo de velocidad constante
ha sido definido por Heldman and Singh mediante la siguiente ecuación:
Donde:
Km: Coeficiente convectivo de transferencia de masa, m/s.
A: Área superficial de transferencia, m2.
Mw: Peso molecular del agua.
P: Presión atmosférica, kPa.
R: Constante universal de los gases, 8,314m3Pa/kgmolK
TA: Temperatura absoluta, K.
Wa: Humedad absoluta del aire, kg agua/kg de aire seco.
Ws: Humedad absoluta en la superficie del alimento, kg agua/kg aire seco.
El valor de Ws se lee en una carta psicrométrica teniendo en cuenta que
corresponde en condiciones de saturación del aire.
Para el periodo constante en que la velocidad de secado depende de la
transmisión de calor, es posible afirmar que la cantidad de calor absorbida por el
alimento es la responsable de la evaporación del flujo de agua determinado por la
ecuación (1). Entonces, como usted recuerda, cuando existe un cambio de fase se
hace uso de la ecuación para el calor latente:
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Siendo el calor latente de vaporización del agua a la temperatura de bulbo
húmedo del aire caliente en kJ/kg.
Igualando las ecuaciones (7.1), (7.2) y (7.4) y despejando se obtiene:
Despejando tc se obtiene la ecuación para el cálculo del tiempo se secado en la
fase de velocidad constante, la duración entonces depende directamente de la
diferencia entre la humedad inicial y la humedad critica del producto, y es
inversamente proporcional a la diferencia entre la temperatura de la superficie del
alimento y la temperatura del aire de secado.
De acuerdo a esto, reflexione que pasaría en caso de que el aire de secado se
inyecte a una temperatura similar a la del alimento, ¿Se tardaría más, o menos, el
secado? ¿Qué ocurre cuando la humedad inicial del alimento es cercana a su
humedad crítica?
Para realizar un análisis del tiempo de secado con base en el fenómeno de
transferencia de masa basta igualar las ecuaciones (1) y (3) y despejar el factor tc,
de esta forma se obtiene:
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El tiempo de secado se alarga cuando el contenido de agua inicial difiere de gran
manera con el contenido de agua crítico del alimento, mientras que se hace más
corto si la humedad absoluta del aire es cercana a la humedad absoluta en la
superficie del alimento.
Periodo de velocidad decreciente.
Como se indicó anteriormente en este periodo el mecanismo dominante es la
difusión del vapor de agua a través del alimento, debido a que el vapor debe
atravesar la geometría del producto, se ha definido la siguiente ecuación
suponiendo que se trate de una placa infinita [51]:
Donde:
we: Contenido de agua en el equilibrio, kg agua/kg de sólido seco.
D: Difusividad másica efectiva, m2/s.
dc: Dimensión característica, para lamina infinita corresponde al semiespesor de la
lámina, m.
Despejando el valor de tF se obtiene la ecuación para el tiempo de secado en el
periodo de velocidad decreciente para placa infinita:
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Para un cilindro infinito, el tiempo desecado se calcula mediante la siguiente
expresión [51]:
Donde:
dc: Radio del cilindro, m.
β: Factor de Bessel, 2,4048.
Para una esfera, se tiene:
Donde:
dc: Radio de la esfera, m.
LECCIÓN 33: LIOFILIZACIÓN.
La liofilización es una operación unitaria que tiene cómo fin la eliminación de agua
de un material mediante la sublimación de una parte de su contenido de humedad.
Este proceso permite la conservación de sustancias volátiles características del
producto así como la preservación de las estructuras fisicoquímicas, generando un
producto de fácil rehidratación y alta estabilidad.
Aunque este procedimiento fue originalmente empleado por comunidades de
indígenas Andinos, fue en la Segunda guerra mundial en la que se realiza bajo
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condiciones controladas para la conservación de plasma sanguíneo y penicilina.
En 1950 inicia su aplicación en alimentos en la elaboración de raciones de
campaña para los soldados, actualmente se han generado importantes avances
en el diseño de equipos y control de condiciones de operación.
Las ventajas de la liofilización son notables, en primer lugar, mantiene la
estructura y el aspecto del alimento, el producto es de fácil reconstitución debido a
las cavidades que deja el hielo al sublimar, inhibe el deterioro del color y sabor por
reacciones químicas, alarga los periodos de conservación y retiene aromas
característicos. Sin embargo, su principal desventaja está relacionada con el costo
de los equipos y servicios requeridos, también involucra un tiempo de operación
extenso.
Figura : Cebolla y banana liofilizadas.
Fuente: [77].
La liofilización ocurre a través de tres etapas principales, congelación, secado por
sublimación de hielo y almacenamiento del producto.
Congelación.
La etapa de congelación es de gran importancia dado que cimenta las bases
sobre las cuales va a ocurrir todo el proceso, los principios físicos bajo los cuales
ocurre la solidificación del agua ya se han descrito en la Lección 16, el número y
tamaño de los cristales dependen de la velocidad de congelación. El proceso
rápido se conoce como “quick freezing”, la rapidez de formación de cristales
disminuye su tamaño y previene la difusión de sales, además de generar una
estructura porosa muy fina que facilitara la etapa de sublimación.
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Secado por sublimación.
Luego de que la mayor cantidad de agua se ha solidificado en la congelación,
inicia la etapa de secad o deshidratación por sublimación que constituye el
objetivo principal de la liofilización.
En la sublimación se distinguen tres etapas, la fase conductiva, la primera fase
difusiva y la segunda fase difusiva.
Fase conductiva.
Con el inicio del calentamiento, el agua comienza a evaporarse precipitadamente
debido a que la velocidad de sublimación se incrementa de forma rápida hasta
llegar a un máximo, en esta fase se remueve la mayor cantidad de agua, entre el
70% y el 95% [78].
Figura 7.6: Avance de la velocidad de secado.
Fuente: [76].
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Primera fase difusiva.
A medida que el material se va secando, se va formando una capa de material
seco en la superficie que delimita con el material aun congelado, la frontera o
interfaz se conoce como frente de sublimación, este frente va desplazándose
hacia el interior del alimento a medida que el contenido de agua va disminuyendo,
de esta forma, se va creando una capa externa de material seco poroso. El vapor
de agua generado debe entonces viajar desde la superficie de la capa congelada
a través de la capa seca hasta llegar al borde externo del alimento, la sección que
se encuentra seca opone una resistencia al flujo de calor y de materia a medida
que avanza le secado.
Segunda fase difusiva.
En esta etapa la velocidad de sublimación decrece considerablemente debido a
que la cantidad de agua disponible es mucho menor, la humedad presente en este
momento corresponde a humedad ligada y la cantidad de calor requerida para su
liberación es más alta.
Figura 7.7: Vista transversal de las capas secas y congelada.
Fuente: [76].
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En la sublimación se busca que el agua pase directamente del estado sólido al
gaseoso, para que esto ocurra en condiciones adecuadas se hace uso de una
combinación de factores, por un lado el sistema se somete a vacío para evitar el
paso por el estado líquido, por otro lado se realiza un calentamiento del producto
con el fin de brindar la energía térmica necesaria para el cambio de fase (Calor
latente de sublimación). Bajo este panorama es necesario analizar los procesos
simultáneos de transferencia de materia y calor que tienen lugar en el proceso.
El material debe permanecer a vacío durante todo el secado. Los mecanismos
para generar vacío más comunes son la bomba de vació y los eyectores de vapor,
la elección de este equipo depende de la disposición que se requiera del vapor
generado.
Transferencia simultanea de masa y calor durante la sublimación.
La generación y el flujo de vapor de agua al interior y fuera del alimento ocurren
por la acción de gradientes de temperatura y presión. El flujo de masa de vapor
que se genera en el frente de congelación ha sido definido por Geankoplis en la
siguiente ecuación.
(7.12)
Donde:
NA: Flujo especifico de vapor de agua, kg/sm2.
D´: Difusividad promedio efectiva en la capa seca, m2/s.
R: Constante de los gases ideales,
T: Temperatura promedio en la capa seca, °C.
ΔL: Espesor de la capa seca, m.
pfw: Presión parcial del vapor de agua en equilibrio con el plano congelado de
sublimación, atm.
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psw: Presión parcial del vapor de agua en la sperficie, atm.
pew: Presión parcia del vapor de agua en la fase externa del gas, atm.
kg: Coeficiente externo de transferencia de masa, kg/sm2atm.
Figura 7.8: Transferencia de calor y materia en alimento sometido a congelación.
Fuente: [79]
La velocidad de flujo de vapor a través de la capa del alimento es directamente
proporcional a la diferencia de presiones, según lo indica la siguiente ecuación.
Donde:
dx/dt: Flujo másico de vapor a través de la capa seca, kg vapor/s.
B: Permeabilidad de la capa de alimento seco con respecto al transporte de vapor,
kg/msPa.
Pi: Presión de vapor en el frente de sublimación, Pa.
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Ps: Presión de vapor en la superficie de la capa seca, Pa.
E: Espesor de la capa seca, m.
A: Área efectiva de sublimación, m2.
La velocidad de transferencia de calor a través de la capa seca, se establece por
la Ley de Fourier para la conducción mediante la siguiente ecuación:
Donde:
E: Espesor de la capa seca, m.
Kd: Conductividad térmica de la capa seca, J/smK.
Ts: Temperatura de la superficie de la capa seca, °C.
Ti: Temperatura del hielo en el frente de sublimación, °C.
Para el estado estacionario es posible igualar estas las ecuaciones 7.13 y 7.14
para obtener una relación entre las dos fuerzas impulsoras:
Simplificando el área y el espesor, se obtiene:
(7.16)
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Para una placa plana que se liofiliza por una de sus caras, se tiene que la
velocidad de secado corresponde a:
(7.17)
Siendo X0 el contenido inicial de humedad en base seca, Xe el contenido de
humedad de la capa seca en un tiempo t, en kg agua/kg de sólido seco; y la
densidad del solido seco. Igualando las ecuaciones 7.16 y 7.17 e integrando se
obtiene una de las expresiones usadas para el cálculo del tiempo de liofilización,
propuesta por Karel en 1974.
Equipo de liofilización.
El equipo de liofilización consta de tres partes principales, la cámara de secado, el
condensador y el sistema de vacío.
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Figura 7.9: Esquema de un equipo de liofilización común.
Fuente: [80].
La cámara de secado provee el sitio donde ocurre la mayor parte del proceso,
debe tener condiciones asépticas y su material debe soportar los valores de
presión y temperatura requeridos. Conectado a la cámara se encuentra el sistema
de condensado, allí el vapor generado en la etapa de sublimación se condensa; el
condensador esta a su vez enlazado con el sistema de vacío que permite controlar
las condiciones para el secado primario y secundario.
Adicionalmente se tienen los instrumentos de control necesarios para mantener
las condiciones de operación en rangos aceptables.
LECCIÓN 34: CRIOCONCENTRACIÓN.
Este tipo de proceso se aplica a alimentos líquidos como zumos, soluciones de
azúcar, jugos de frutas, cervezas y vinos. Está fundamentado en el fenómeno de
cristalización, cuando el alimento se somete a bajas temperaturas que sobrepasan
los límites de congelación, se obtienen cristales puros del componente que
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solidifica de forma más rápida, en la mayoría de casos, el agua. Los cristales
deben lograr un tamaño adecuado antes de ser retirados por centrifugación o por
otro medio mecánico, los cristales generalmente deben ser lavados debido al
arrastre de líquido remanente. La eficiencia de la operación depende básicamente
del tamaño de los cristales formados, es decir, que factores como tipo de
producto, potencia de agitación, concentración del soluto y tiempo de residencia
son determinantes a la hora de diseñar el mecanismo de control del proceso.
EQUIPO
La crioconcentración requiere la interconexión de varios equipos entre los que
destacan el cristalizador y el intercambiador de calor de superficie raspada, en
este último ocurre la formación de cristales en la pared del equipo por el fenómeno
de transferencia de calor. Luego de la nucleación, el lecho es conducido al
cristalizador, en donde tiene lugar el crecimiento de los cristales, este crecimiento
ocurre gracias a la adhesión de moléculas de agua a los núcleos, lo que conlleva
a una concentración de la solución que permanece en estado líquido.
La solución concentrada que aun contiene los cristales se lleva a un equipo en
donde las fases se separan y los cristales son lavados para recuperar el líquido
adherido. En algunas ocasiones se usan separadores centrífugos en la separación
del hielo.
Cálculo del contenido de hielo y de solución concentrada.
En 1990 Schwartzberg plantea una ecuación que relaciona la temperatura inicial
de congelación con la fracción másica de soluto en la concentración, inicialmente
se definen para una solución concentrada las variables nA y nS correspondientes a
las fracciones másicas de agua y de soluto, teniendo en cuenta que la masa de
agua ligada por unidad másica de soluto se denota como b y definiendo una
constante E como el cociente entre los pesos moleculares se tiene que [83]:
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En esta ecuación TiA corresponde a la temperatura de congelación del agua pura y
ΔH0 toma el valor de 333.5kJ/kgK.
Al relacionar la ecuación para una temperatura dada Ti se obtiene la siguiente
relación:
Definiendo una nueva variable que represente la fracción másica de soluto de la
solución concentrada final ( n’S ) se tiene que:
Tenga en cuenta que esta ecuación es válida siempre y cuando la temperatura se
maneje en °C. Para el manejo adecuado revise algunos ejemplos a continuación.
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Figura: Esquema general del montaje de un equipo de crioconcentración.
Fuente: Adaptado [83]
http://prezi.com/rldzmsu4wem1/crioconcentracion/
Ejemplo 1:
Una industria comercializadora de productos frutícolas desea producir un
crioconcentrado que contenga 50% en sólidos a partir de una solución del 12%. La
temperatura inicial de congelación se ha establecido experimentalmente como -
1.2°C. Calcule la temperatura a la cuál debe realizarse la operación [83].
Solución:
Utilizando la ecuación se reemplazan los valores correspondientes:
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T= 8.5(-1.2)
T=-10.14°C
LECCIÓN 35: ATOMIZACIÓN.
Una gran variedad de alimentos de origen vegetal pueden ser tratados por el
proceso de secado por atomización o secado spray, esta técnica garantiza la
conservación de las propiedades y resulta de gran utilidad a la hora de conservar
los productos con un bajo costo. A partir de una solución, emulsión, suspensión o
pasta es posible obtener una amplia gama de productos que son utilizados
comúnmente como constituyentes de sopas instantáneas, jugos, cremas, salsas,
etc.
El proceso de atomización consiste a nivel general en pulverizar un fluido dentro
de una cámara mediante el contacto con una corriente de aire caliente, el fluido se
atomiza inicialmente haciendo uso de una boquilla de pulverización que lo divide
en miles de microgotas maximizando el área de contacto, al descender por la
cámara, la corriente de aire caliente que se encuentra en ascenso cede la energía
necesaria para evaporar el solvente que generalmente es agua, el producto de
interés seca fácilmente y termina su descenso convertido en sólido.
Entre las ventajas del secado spray se encuentran el control eficiente de las
propiedades y calidad del producto, cortos tiempos de operación, grandes
cantidades para procesar en continuo, equipamiento relativamente sencillo y bajos
costos de operación [81].
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Equipos.
Los equipos de secado por atomización pueden ser nombrados de acuerdo a su
disposición y al arreglo de ingreso de los dos fluidos, existen horizontales
paralelos, verticales paralelos con flujo lineal o helicoidal de aire, vertical paralelo
ascendente y vertical en contracorriente. En los de tipo paralelo la corriente del
alimento y la de aire caliente fluyen en la misma dirección, por esta razón gran
parte del agua se evapora cerca del sistema de dispersión logrando una mayor
eficiencia.
Figura 7.9: Esquemas de flujo paralelo y contracorriente.
Fuente: [62].
Las fracciones de partículas de mayor tamaño descienden hacia la salida del
producto, pero en algunas ocasiones en que no se logra uniformidad en el
diámetro de gota, se generaran partículas sólidas más livianas que pueden ser
arrastradas por la corriente de aire y que deben ser retiradas posteriormente
mediante un filtro especial.
La temperatura del alimento que ingresa al secador se incrementa al contacto con
el gas caliente, típicamente esta entre 100°C y 300°C.
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Calentamiento del aire.
El calentamiento del aire puede realizarse por diferentes medios, en pequeñas
instalaciones, suele utilizarse calentamiento por resistencias eléctricas; para
plantas con mayor volumen de producto, el aire se calienta en un intercambiador
de tubos vapor de agua como fluido de servicio.
Equipos.
El secador spray está constituido normalmente por los siguientes elementos
principales:
Cámara.
La cámara más común consiste en un cilindro adaptado a un cono en la parte
inferior, este último genera un ángulo con a vertical entre 40° y 60° con el objetivo
de retirar fácilmente por gravedad el polvo generado. La cámara es aislada
térmicamente si la carga energética así lo requiere, se encuentran cámaras entre
1m y 30 m de altura.
Atomizador.
La atomización del alimento se realiza utilizando diferentes accesorios, uno de los
más usados es la centrifuga, que consiste en una rueda o disco rotatorio que gira
a una velocidad entre 500 y 2500 r.p.m, el líquido cae sobre el disco y por acción
de la fuerza centrífuga se dispersa en forma de finas gotas cubriendo el área
transversal de la cámara. Propiedades como la viscosidad, tensión superficial y
flujo másico determinan junto con la velocidad de giro el diámetro de gota que se
va a obtener. Una ventaja de este tipo de atomizadores es que permiten la
dispersión homogénea de líquidos viscosos y heterogéneos [82]. Unidades
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grandes que operan en plantas exigentes pueden manejar hasta 200000kg/h de
alimento.
Otra forma de realizar la atomización del fluidos es haciéndolo pasar a través de
una boquilla con un agujero de diámetro definido, en esta técnica la fuerza de
descarga es ejercida por una bomba de alta presión y el líquido es dispersado a
través de la boquilla en pequeñas gotas, se manejan presiones entre 10 y 60
kg(cm2, los orificios pueden varia de 0,5 a 2mm. La ventaja de este método es
que las boquillas son intercambiables permitiendo controlar el diámetro d gota, sin
embargo, las boquillas se pueden obstruir fácilmente, esto junto al alto costo de
bombeo, son factores a optimizar por parte del ingeniero.
Existe también el método de atomización neumática, que consiste en poner en
contacto el líquido con un fluido que generalmente es aire comprimido, en este
proceso se manejan presiones entre 200 y 350kPa. Las gotas formadas
generalmente requerirán menor trayectoria de caída durante el secado. En este
caso, el diámetro de gota se controla variando la relación entre los flujos de líquido
y aire comprimido.
Por último, se ha trabajo actualmente en la atomización sónica que consiste en
hacer pasar el fluido sobre placas que vibran a una frecuencia ultrasónica, el
movimiento genera la dispersión del líquido en diámetros muy uniformes. Aún se
trabaja en la adaptación del dispositivo al equipo de secado.
Ventilador.
Para promover el flujo de aire caliente a través de la cámara se usa un ventilador
centrífugo que impulsa la corriente, su ubicación depende del tipo de arreglo
seleccionado.
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Figura: Esquema general de un equipo de atomización.
Fuente: [83]
Actividad:
De acuerdo al esquema presentado en la Figura ubique las siguientes etapas:
1. Bombeo del producto líquido.
2. Ingreso al atomizador.
3. Succión de aire del ambiente.
4. Calentamiento del aire.
5. Ingreso del aire caliente a la cámara de atomización.
6. Retiro del material sólido por medio de rodillos.
7. Salida del aire con alguna partículas sólidas.
8. Primer ciclón que permite separar las partículas remanentes de la corriente
de gas.
9. Salida de aire limpio.
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Cálculos asociados al secado por atomización.
Heldman and Singh han desarrollado algunos modelos matemáticos que permiten
encontrar el tiempo necesario para la atomización, el primero de ellos supone una
evaporación total para régimen transitorio y valores bajos del número de Reynolds,
la ecuación resultante se presenta a continuación:
Dónde:
T: Tiempo
Kg:
Ta: Temperatura del aire.
Tw: Temperatura de bulbo húmedo.
h : Coeficiente de transferencia de calor.
λ: Calor latente de vaporización a Tw.
d0: Diámetro inicial de la gota.
ρ1: Densidad inicial de la gota.
ACTUALIDAD
Revise el siguiente enlace y reconozca las partes principales del equipo de
atomización.
http://www.youtube.com/watch?v=jDjGmqO49qI
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CAPITULO 8: ENVASES Y EMPAQUES.
INTRODUCCIÓN.
La importancia del empaque para cualquier alimento radica en la barrera que
representa ante cualquier tipo de contaminación que provenga del medio
ambiente. El empaque garantiza la inocuidad del alimento desde el momento en
que se almacena hasta el momento del consumo por parte del usuario final,
protegiéndolo del ataque de microorganismos, de malas prácticas de
manipulación, de la activación de reacciones indeseables y de malas prácticas en
su manejo y transporte.
El empaque además permite realizar una dosificación conveniente del producto,
proporciona información al consumidor acerca de fecha de vencimiento,
condiciones de preparación, ingredientes, etc. y finalmente se encarga de hacer
atractivo el producto a través de diseños innovadores y llamativos.
LECCIÓN 41 TRANSFERENCIA DE MATERIA Y PERMEABILIDAD DEL
MATERIAL DE ENVASE.
En el momento en que un producto alimenticio de base vegetal es envasado o
empacado se da inicio a diferentes fenómenos físicos que se desencadenan
entren el alimento y el empaque y a su vez entre el empaque y la atmosfera
circundante. El estudio de estos fenómenos es limitado debido a la complejidad
del análisis y a los diferentes materiales que pueden ser usados cómo medio
protector. A continuación se presentan algunos avances científicos en la
caracterización de los fenómenos de transporte implícitos en la etapa de envasado
y empaque de alimentos vegetales.
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LECCIÓN 42. TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE
PRODUCTOS ENVASADOS.
Actualmente las exigencias del consumidor frente a la calidad e inocuidad de los
productos de origen vegetal que encuentra en el mercado motivan el estudio y la
aplicación de nuevas formas de conservación que generen efectos mínimos en las
características del alimento; una de estas técnicas consiste en realizar un
tratamiento térmico al alimento luego de su etapa de envasado, es común
encontrar aplicaciones en conservas, mermeladas, jugos enlatados, etc.
Como es de suponer, el material del envase juega un papel fundamental durante
el tratamiento, debe ser resistente mecánica y térmicamente ante las condiciones
a las que se expone y preservar la calidad del producto evitando contaminación o
migración de componentes inadecuados. En los modelos propuestos para el
análisis de la transferencia de calor a través del sistema es realmente importante
tener en cuenta las características del material de envasado, en los artículos de
profundización se evidencia esta temática.
¡PROFUNDIZA!
Medida de la permeabilidad de gases a través de membranas poliméricas en envasado de productos hortofrutícolas.
¡PROFUNDIZA!
Fenomenología de la esterilización de alimentos líquidos enlatados. Modelado de la transferencia de calor y variación de calidad en mermeladas durante la pasteurización
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LECCIÓN 43. ENVASES INTELIGENTES.
¿Imagina usted la posibilidad de monitorear continuamente el comportamiento de
un producto alimenticio dentro del empaque sin necesidad de realizar extenuantes
pruebas de laboratorio o tediosas revisiones que arruinarían la conservación? Esta
posibilidad se encuentra hoy en día al alcance del consumidor gracias al desarrollo
de nuevos “Empaques Inteligentes”, como lo sugiere su nombre consisten en
empaques o envases capaces de monitorear y transmitir información útil acerca
del comportamiento del producto dentro de la cadena de suministro [88]. Los
empaques inteligentes se basan en medición de propiedades como temperatura,
color, humedad, para emitir un sistema de control sobre el producto. En la
siguiente presentación podrá encontrar mayor información acerca de este
novedoso tema.
Envases inteligentes: Nuevos dispositivos que mejoran la calidad del
producto envasado.
LECCIÓN 44. ENVASES Y EMPAQUE PARA PRODUCTOS FRESCOS.
Las frutas y hortalizas en su estado fresco continúan los procesos de respiración
aun después de ser empacadas, como se ha visto anteriormente la vida útil del
alimento es inversamente proporcional a la intensidad del fenómeno de
respiración. Si el empaque que ha sido utilizado es altamente impermeable ocurre
que la concentración de O2 en el ambiente interior disminuye considerablemente
con un aumento consecuente en la concentración de CO2, esta disminución podría
provocar el inicio de la respiración anaeróbica que en las condiciones dadas
generaría características desagradables al consumidor y un deterioro marcado del
producto.
Teniendo en mente los procesos metabólicos del alimento hace varias décadas se
inició el estudio del diseño de empaques y métodos de empacado que permitan
controlar las condiciones atmosféricas a las cuales se encuentra expuesto el
producto, de tal forma, que se garantice la prolongación de su vida útil y se
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disminuya la posibilidad de crecimiento de microorganismos y actividad enzimática
que pudiera degenerar las propiedades organolépticas del producto.
Dentro de las soluciones que se han propuesto industrialmente nace el concepto
de atmosferas modificadas, atmosferas controladas, envases activos, envases
inteligentes, entre los más importantes desarrollo para frutas y hortalizas. En los
siguientes apartados se presenta una descripción general.
Atmosferas modificadas.
La modificación de la atmosfera que rodea el producto permite disminuir la
velocidad de las reacciones de degradación, si se generan nuevas condiciones
que permitan un equilibrio entre la generación de gases en el interior del empaque
y la migración de estos gases a través de la película protectora, se logra controlar
las condiciones internas retardando los procesos de maduración y senescencia,
como la degradación de clorofilas, ablandamiento de tejidos y oscurecimiento
enzimático [87]. Para lograr este objetivo es posible actuar sobre la permeabilidad
del empaque, usando materiales construidos con base en películas cuya
permeabilidad permita la transferencia de los gases en una proporción
determinada por diversos factores.
Complementario a la modificación del material de empaque se encuentra la
sustitución del aire atmosférico por un gas o una mezcla de gases que depende
del tipo de producto y que desplazara el equilibrio gaseoso de tal forma que se
retrasen los procesos de degradación. Con el uso de esta técnica la atmósfera
cambiara continuamente aunque de una forma más lenta, lo que representa el
objeto de este método.
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Tabla 8.1: Efectos del empobrecimiento en O2 de la atmosfera de conservación en
frutas y hortalizas.
Fuente: [87].
Los gases usados comúnmente en una atmósfera modificada son Dióxido de
Carbono, Oxígeno y Nitrógeno, la proporción de los gases en la mezcla depende
fundamentalmente de las características del producto, el espacio de cabeza o
espacio vacío en el empaque, el material del empaque y la temperatura de
almacenamiento [87], sin embargo la tendencia es reducir la composición de
oxigeno y aumentar la concentración de Dióxido de Carbono [88].
ACTIVIDAD
Con base en la información presentada en Capítulos anteriores con respecto a
los procesos metabólicos de los alimentos vegetales, justifique la siguiente
frase: “sin embargo la tendencia es reducir la composición de oxígeno y
aumentar la concentración de Dióxido de Carbono”.
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El método usado para la modificación de la atmosfera varía dependiendo de la
tecnología disponible, puede generarse primero un vacío que elimine la mezcla
inicial de gases y luego inyectarse la combinación modificada; puede remplazarse
gradualmente mediante barrido la composición inicial o puede generarse la
atmosfera nueva con el uso de modificadores. De cualquier manera la inserción de
gases tiene un objetivo definido que se explica mejor analizándolos de manera
individual.
Dióxido de Carbono: Cumple varias funciones, en primer lugar modifica el
sentido de las reacciones de respiración; tiene efectos bacteriostáticos que
permiten el crecimiento de mohos y reduce el crecimiento de
microrganismos aeróbicos.
Oxigeno: La reducción en el nivel de oxígeno con respecto a la atmósfera
inicial pretende detener las reacciones de oxidación bioquímica como el
pardeamiento. Pero, es de especial cuidado, el nivel de oxigeno al que se
llegue, pues se pueden generar características de sabor y aroma
indeseables.
Nitrógeno: El nitrógeno como tal tiene un comportamiento inerte, sin
embargo su presión parcial cuenta a la hora de diseñar la atmosfera
modificada.
Debe resaltarse el papel que juegan las características de cada alimento en el
diseño del empaque y de la atmósfera como tal, no es posible desarrollar un
modelo único para todos los alimentos. A continuación se presenta un ejemplo de
la aplicación en fresas.
Efecto de la atmosfera modificada en las características fisicoquímicas y
nutricionales de la fruta fresca cortada
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ATMOSFERAS CONTROLADAS.
Este tipo de atmosferas funciona inicialmente de la misma forma que las
atmosferas modificadas, sin embargo su éxito radica en el constante monitoreo
que se lleva a cabo sobre la composición de los gases. El uso de atmósferas
modificadas va de la mano con un sistema de refrigeración apropiado, permitiendo
la conservación del alimento por periodos más largos de lo que permite la
refrigeración de forma individual, adicionalmente las características organolépticas
se mantienen en un nivel apropiado.
En países de Europa esta técnica es muy utilizada en frutas y hortalizas ya que
permite garantizar la seguridad alimentaria que depende del abastecimiento de
alimentos vegetales durante todo el año aun cuando las estaciones no permiten
una cosecha permanente como si ocurre en Latinoamerica.
Empacado al vacío.
Debido a las reacciones que sufren algunos compuestos de los alimentos
vegetales en presencia de Oxigeno, se ha estudiado la posibilidad de empacar al
vacío con el fin de evitar o retardar los cambios fisicoquímicos que dan origen al
deterioro de un alimento. Esta técnica es quizá la más antigua dentro de los
métodos de atmosferas controladas. En el siguiente enlace se presenta
información referente al empaque al vació específicamente en los numerales 1.1.1
y 1.1.2.
Tecnologías de envasado en atmosferas protectoras
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Empacado activo.
En el desarrollo de nuevas tendencias en empaques se ha incursionado en al
fabricación de empaques que mejoren la conservación del producto mediante la
interacción con elementos del entorno o del alimento en si. Dentro de los
empaques activos se consideran los controladores de humedad, absorbedores de
etileno, absorbedores de O2, controladores de CO2, sistemas de control
antimicrobiano.
En el siguiente enlace podrá consultar mas información acerca de los empaques
activos usados actualmente para frutas y verduras:
Innovaciones y tendencias en el envasado de frutas y hortalizas-Envasado
activo.
LECCIÓN 45. ENVASES Y EMPAQUE PARA PRODUCTOS PROCESADOS
Las tecnologías aplicadas a los productos procesados de origen vegetal no deben
tener en cuenta el metabolismo propio del alimento cuando se encuentra en
estado fresco, esto hace que la versatilidad en materiales, formas y
funcionalidades sea mayor. Dentro de los empaques y envases se contemplan
aquellos recipientes que deben contener un producto líquido como es el caso de
jugos, néctares, encurtidos y bebidas de frutas; empaques para alimentos fluidos
tales como compotas, mermeladas y empaques para productos sólidos como es el
caso de frutas y hortalizas desecadas. En cada caso las características del
alimento y las condiciones de almacenamiento y transporte, determinaran el
carácter del empaque a utilizar.
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CAPITULO 9: Inocuidad y Tecnologías emergentes en frutas y hortalizas.
INTRODUCCIÓN.
El avance tecnológico de la industria de alimentos hortofrutícolas debe
evidenciarse a través de la aplicación de tecnologías de punta y tratamientos
novedosos que permitan mejorar las características de los productos finales y
optimizar el uso de recursos durante los procesos de transformación, no en vano
las industrias del área cuentan en su mayoría con un departamento de Innovación
y tecnología que se encarga principalmente del desarrollo de investigaciones
orientadas a encontrar alternativas que aumenten el valor de sus procesos
reduciendo costos y disminuyendo el impacto ambiental.
El ingeniero de alimentos debe estar en constante capacitación y actualización
manteniendo su mente inquieta ante las tendencias que se mueven a nivel
mundial en el área de trabajo.
LECCIÓN 41: MICROENCAPSULACIÓN.
La microencapsulación es una técnica usada en la industria de frutas y hortalizas
que permite empaquetar diferentes materiales en estado líquido, sólido o gaseoso,
particularmente en la industria de alimentos mejora el sabor, aroma, valor nutritivo
y la resistencia a las condiciones de procesamiento y empaque [c]. Puntualmente
ha sido utilizada esta técnica para obtener microcapsulas de colorantes,
saborizantes, aromatizantes, grasas y aceites que serán ingeridos o adicionados a
un producto alimenticio [d].
Para conocer la teoría asociada a esta temática por favor revise el siguiente
documento:
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MICROENCAPSULACIÓN DE ALIMENTOS.
LECCIÓN 42: TECNOLOGÍAS DE PULSOS ELÉCTRICOS.
La utilización de pulsos eléctricos en alimentos de origen vegetal ha sido probada
con excelentes resultados a nivel de laboratorio y planta piloto, sin embargo el
escalamiento a nivel industrial aún se encuentra en evaluación. Esta técnica nació
de la necesidad de minimizar los gastos energéticos asociados a los tratamientos
térmicos utilizados para conservación de productos alimenticios, evitando a su vez
la perdida de compuestos termolábiles.
Técnicamente es viable para alimentos fluidizados debido a su capacidad para
conducir la corriente eléctrica. Consiste en aplicar campos eléctricos de alta
intensidad al alimento en forma de pulsos cortos, para ello se usan dos electrodos
al interior de una cámara donde se dispone el alimento. El campo eléctrico actúa
sobre las membranas celulares de los microorganismos modificándolas de tal
forma que se propicia la migración de material intercelular, de esta forma la célula
recibe material externo y puede perder componentes internos fundamentales.
Dependiendo de la potencia del campo se formaran poros en la pared celular o se
perforara completamente [b].
La técnica de pulsos eléctricos se describe con mayor precisión en el siguiente
apartado:
Pulsos eléctricos: Aplicaciones en alimentos
LECCIÓN 43: NUEVAS FUENTES DE ANTIOXIDANTES
Culturalmente se han adjudicado diferentes bondades a los alimentos vegetales,
una de las que mas ha llamado la atención al ser humano es su capacidad como
antioxidante, alrededor de este tema se han desarrollado diversos estudios que
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pretenden encontrar la forma de extraer los compuestos que otorgan tal beneficio
para comercializarlos de forma individual o adjuntarlos en alimentos procesados, a
continuación se presentan artículos de investigación que amplían el tema.
LECCIÓN 44: INOCUIDAD.
En mayo de 2011 se publicó la siguiente noticia en un periódico local de Alemania:
ALEMANIA SE ENFRENTA A LA EPIDEMIA MÁS GRAVE DE E. COLI DE TODA SU HISTORIA
El brote de E. coli en Alemania, que infectó a más de 270 personas y ha dejado diez muertos, es uno de los más importantes a nivel mundialy constituye la epidemia más grave de esta bacteria registrada en ese país, afirmaron el sábado autoridades sanitarias europeas.
Funcionarios alemanes dijeron el jueves que sospechaban que pepinos importados de España serían la fuente del síndrome hemolítico (SHU), un tipo de cuadro agravado de la infección por la bacteria E. coli, productora de la toxina shinga (STEC).
En una evaluación del riesgo de la epidemia, el Centro Europeo de Prevención y Control de las Enfermedades (ECDC por sus siglas en inglés), que efectúa un seguimiento a las patologías que afectan a la Unión Europea describió el brote de STEC-SHU como uno de los más grandes que se han producido a nivel mundial y de los mayores registrados en Alemania.
El organismo dijo que el último reporte de casos estima en 276 los afectados por SHU en Alemania desde el 25 de abril. También se registraron casos en Suecia, Dinamarca, Holanda y Gran Bretaña, aunque éstos contagios tuvieron su origen en Alemania.
PROFUNDIZA
Capacidad antioxidante de tres frutas cultivadas en la región Andina.
Efecto antioxidante de frutas y hortalizas de la zona central de Chile
Extracción de compuestos con actividad antioxidante de frutos de guayaba cultivada
EN VÉLEZ-SANTANDER
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Epidemia inusual
El ECDC ha asegurado que la epidemia era inusual ya que atacaba principalmente a adultos, particularmente a mujeres. "Los casos de SHU se observan habitualmente en los niños de menos de cinco años, en esta epidemia los afectados son en un 87% adultos, con una clara preponderancia de mujeres", afirmó.
El SHU afecta al flujo sanguíneo, los riñones y en los cuadros agravados al sistema nervioso central. Es una enfermedad grave que requiere que el paciente sea hospitalizado para su tratamiento.
El ECDC afirmó que hay nuevos casos que están siendo diagnosticados, por lo que se debería asumir que el foco infeccioso todavía está activo.
Las autoridades sanitarias han advertido a los alemanes que se abstengan de comer pepinos, tomates y lechugas. Algunos de estos productos han sido removidos de las góndolas de las tiendas.
Tomado de: http://www.elmundo.es/elmundo/2011/05/29
El termino inocuidad referido a la industria hortofrutícola está relacionado con los
aspectos sanitarios y de seguridad que deben cumplir los alimentos de tal forma
que se asegure su calidad y se garantice al consumidor un producto saludable.
Factores como la aparición de nuevas enfermedades transmitidas en alimentos,
creciente resistencia de microorganismos patógenos a los antibióticos y creación
de nuevos procesos de transformación de frutas y hortalizas frescas, hacen
necesario que las políticas gubernamentales referidas a los alimentos se orienten
hacia la aplicación y supervisión de técnicas y prácticas adecuadas a nivel
agropecuario e industrial.
Uno de los factores fundamentales a la hora de garantizar la inocuidad de un
alimento fresco o mininamente procesado es la presencia de microorganismos
patógenos que puedan afectar el producto, o peor aún, que generen un efecto
nocivo en el organismo del consumidor como se evidencia en la noticia que
encabeza esta lección. Para conocer los principios básicos de reducción del riesgo
microbiano en frutas frescas y mínimamente procesadas, por favor consulte el
siguiente documento:
INOCUIDAD MICROBIOLÓGICA DE FRUTAS FRESCAS Y MÍNIMAMENTE PROCESADAS
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