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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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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].


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


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.


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.


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


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.


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.


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].


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].


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.


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


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


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


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.


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


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.

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/1_Enzimas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/1_Enzimas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/2_Ejercicio_resuelto_enzimatica.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/2_Ejercicio_resuelto_enzimatica.pdf

http://prezi.com/y_dvg625ee2b/enzimas-vegetales/


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.

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/3_Modelamiento_de_la_tasa_de_respiracion_de_banano_basado_en_als_ecuaciones_de_la_cinetica_enzimnatica_de_Michaelis-Menten.PDF

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/3_Modelamiento_de_la_tasa_de_respiracion_de_banano_basado_en_als_ecuaciones_de_la_cinetica_enzimnatica_de_Michaelis-Menten.PDF


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

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/4_Cinetica_enzimatica_de_la_polifenol_oxidasa_del_banano_en_diferentes_estados_de_maduracion.pdf



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.


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

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/5_Analisis_de_los_compuestos_volatiles_de_las_ciruelas_amarillas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/5_Analisis_de_los_compuestos_volatiles_de_las_ciruelas_amarillas.pdf


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.


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

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/6_Avances_en_el_asilamiento_de_volatiles.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/6_Avances_en_el_asilamiento_de_volatiles.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/7_Compuestos_volatiles_responsables_del_sabor_del_tomate.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/7_Compuestos_volatiles_responsables_del_sabor_del_tomate.pdf


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.

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/8_Pigmentos_carotenoides_consideraciones_estructurales_y_fisicoquimicas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/8_Pigmentos_carotenoides_consideraciones_estructurales_y_fisicoquimicas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/9_Pigmentos_carotenoides_en_frutas_y_vegetales_mucho_mas_que_simples_colorantes_naturales.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/9_Pigmentos_carotenoides_en_frutas_y_vegetales_mucho_mas_que_simples_colorantes_naturales.pdf


Figura 1.4: Esquema de biosíntesis de carotenoides.

Fuente: [16].


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,


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.



http://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=SbUticcNWoMC&oi=fnd&pg=PA237&dq=factores+toxicos+hortalizas&ots=rjzmkObEpG&sig=dvX9mNyXs9rlpwTpupTydW3iqJY#v=onepage&q=factores%20toxicos%20hortalizas&f=false


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.


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.


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.


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


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].


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.


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.


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.


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.

http://www.uv.es/marcof/Tema15.pdf


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)


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.


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.


Figura 2.4: Esquema sintetizado del ciclo de Krebs.

Fuente: [20].


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].


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)


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


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.


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.


(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].


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)


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].


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.


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].


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].


Figura 2.7: Ciclo de Yung para la biosíntesis de Etileno.

Fuente: [33].


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


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.


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].


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


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


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

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/10_Hormonas_y_reguladores_del_crecimiento_auxinas_Giberelinas_y_citocininas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/10_Hormonas_y_reguladores_del_crecimiento_auxinas_Giberelinas_y_citocininas.pdf

http://www.dav.sceu.frba.utn.edu.ar/homovidens/brunner/TRABAJO%20FINAL/Hormonas%20vegetales.html

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/11_Hormonas_vegetales_Crecimiento_y_desarrollo_de_la_planta.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/11_Hormonas_vegetales_Crecimiento_y_desarrollo_de_la_planta.pdf


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.


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




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.


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.


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].


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.


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].


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.


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

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Cambios_en_la_concentracion_de_acido_ascorbicoen_el_procesamiento_de_frutos_de_Guayaba_Psidium_guajava_L._.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Cambios_en_la_concentracion_de_acido_ascorbicoen_el_procesamiento_de_frutos_de_Guayaba_Psidium_guajava_L._.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Ascorbic_acid_content_of_commercial_fruit_juices_and_its_rate_of_loss_upon_storage.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Ascorbic_acid_content_of_commercial_fruit_juices_and_its_rate_of_loss_upon_storage.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Ascorbic_aid_degradation_kinetics_of_sonicated_orange_juice_during_storage_and_comarison_with_thermally_pasteuriced_juice.pdf

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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,


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

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Degradacion_de_clorofilas_y_feofitinas_a_diferentes_temperaturas_en_Ilex.pdf

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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.


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.


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:


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.


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


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].


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.


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.


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.

.


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


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


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


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


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:


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:


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.


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:


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


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.


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


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.


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.


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

http://www.sc.ehu.es/nmwmigaj/CartaPsy.htm


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:


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:


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.


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]:


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


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


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:


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


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.

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/11_Tecnologia_de_membranas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/11_Tecnologia_de_membranas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/12_Estudio_de_filtracion_procesos_de_membarna_y_pardeamiento_mediante_fluidos_mdelo_y_zumos_de_fruta.pdf

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http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/13_Aspectos_generales_sobre_tecnologias_de_membranas.pdf

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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.

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/14_Reologia_de_productos_alimentarios.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/14_Reologia_de_productos_alimentarios.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/15_Analisis_del_perfil_de_textura_a_distintas_compresiones_de_Plutarchia_Coronaria.pdf

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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)


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.


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].


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.


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


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.


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:


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].


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.


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


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.


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]


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,


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.


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


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.


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:


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


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.


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.


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


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


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.


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:


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)


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:


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


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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


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.


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


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:


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.


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:


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


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].


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


minimizar estas pérdidas se recomienda irradiar en condiciones anaerobias o en

estado de congelamiento.


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


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


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


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.


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].


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).


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].


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:


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


[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.


Figura 7.3: Esquema de evaporador de tubos cortos verticales.

Fuente: [72].


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,


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].


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.


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.


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:


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:


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:


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


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.


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].


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].

http://procesosbio.wikispaces.com/


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.


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.


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)


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.


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


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]:


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.


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:

http://prezi.com/rldzmsu4wem1/crioconcentracion/


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].


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.


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


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.


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.


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

http://www.youtube.com/watch?v=jDjGmqO49qI


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.


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

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Medida_de_la_permeabilidad_de_gases_a_traves_de_membranas_polimericas_en_envasado_de_productos_hortofruticolas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Medida_de_la_permeabilidad_de_gases_a_traves_de_membranas_polimericas_en_envasado_de_productos_hortofruticolas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Fenomenologia_de_la_esterilizacion_de_alimentos_liquidos_enlatados.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Modelado_de_la_transferencia_de_calor_y_variacion_de_calidad_en_mermeladas_durante_la_pasteurizacion.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Modelado_de_la_transferencia_de_calor_y_variacion_de_calidad_en_mermeladas_durante_la_pasteurizacion.pdf


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.


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”.


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.

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Innovaciones_y_tendencias_en_el_envasado_de_frutas_y_hortalizas.pdf

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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:


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

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Revision-_Microencapsulacion_de_Alimentos.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Revision-_Microencapsulacion_de_Alimentos.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Pulsos_electricos_de_alta_tension_para_conservacion_de_alimentos.pdf


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

http://www.elmundo.es/elmundosalud/2011/05/28/nutricion/1306602314.html


http://www.elmundo.es/elmundo/2011/05/27/union_europea/1306496695.html


http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Capacidad_antioxidante_y_contenido_fenolico_total_de_tres_frutas_cultivadas_en_la_region_andina.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Efecto_antioxidante_de_frutas_y_hortalizas_de_la_zona_central_de_Chile.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/EXTRACCION_DE_COMPUESTOS_CON_ACTIVIDAD_ANTIOXIDANTE_DE_FRUTOS_DE_GUAYABA_CULTIVADA.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/EXTRACCION_DE_COMPUESTOS_CON_ACTIVIDAD_ANTIOXIDANTE_DE_FRUTOS_DE_GUAYABA_CULTIVADA.pdf


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

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Inocuidad_microbiologica_de-frutas_frescas_y_minimamente_procesadas.pdf

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211616/Articulos/Material_extendido/Inocuidad_microbiologica_de-frutas_frescas_y_minimamente_procesadas.pdf


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