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MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I ACADEMIA DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I CONTENIDO PRÁCTICA TÍTULO 1 Escalde de frutas y hortalizas 2 Mondado de frutas y hortalizas 3 Reducción de tamaño 4 Evaluación de la pasteurización 5 Deshidratación de productos alimenticios 6 Deshidratación en lecho fluidizado de vegetales 7 Aditivos ( crema para batir) MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I PRÁCTICA 1 ESCALDE DE FRUTAS Y HORTALIZAS 1. OBJETIVOS Evaluar las condiciones de escaldado en frutas y hortalizas a través de la actividad enzimática. 2. INTRODUCCIÓN Los productos hortícolas son partes vivas de las plantas que siguen respirando tras la recolección. Cuando las hortalizas son recolectadas experimentan cambios como consecuencia de alteraciones, iniciadas con frecuencia por enzimas, que comienzan a descomponer los tejidos vegetales. El tiempo transcurrido entre la recolección y la inactivación de estas enzimas puede ser crítico para la calidad del producto final. Para prevenir la alteración enzimática y microbiana los productos hortícolas reciben un tratamiento térmico que inactiva a las enzimas. Este proceso se denomina escaldado. El proceso de escaldado comercial calienta las hortalizas tan rápidamente como es posible y después las enfría velozmente hasta la temperatura ambiente. La peroxidasa y la catalasa son las enzimas más resistentes al calor y pueden servir como indicadores de que las hortalizas han experimentado un escaldado correcto. 3. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR a) ¿Cuál es el objetivo de escaldar las frutas y hortalizas? b) ¿Cuáles son las enzimas indicadoras del proceso de escaldado y en que tipo de productos tienen relevancia? c) ¿Cuáles son los mecanismos implícitos en las reacciones catalizadas por estas enzimas y su efecto en la calidad? d) ¿Cuáles son los métodos que se utilizan para llevar a cabo dicha operación y sus principales características? e) ¿Cuáles son las condiciones de tratamiento que se reportan para frutas y hortalizas? f) ¿Qué cambios fisicoquímicos y nutricionales se llevan a cabo durante el escalde? MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 4. MATERIALES Y REACTIVOS Balanza analítica Embudo Pipeta volumétrica de 50 ml Tubos de ensayo 15 x 150 Baño María Vasos de precipitado de 1 litro Soporte universal Zanahoria, Apio, Manzana, Pera Guayacol Peróxido de hidrógeno Mortero con pistilo Pipeta graduada de 5 ml Probeta de 50 ml Matraz volumétrico de 100 ml Parrillas de calentamiento Termómetro de mercurio de 0-100°C Arillo metálico Brócoli, Coliflor, Chícharos, Maíz Etanol Agua destilada 5. DESARROLLO EXPERIMENTAL 5.1. ACTIVIDAD DE PEROXIDASA La ausencia de la peroxidasa es una indicación de que las frutas y hortalizas han sido debidamente escaldadas antes del secado o la congelación. La prueba de la actividad de la peroxidasa se basa en la capacidad de la enzima de oxidar el guayacol, que toma un color pardo en presencia de peróxido. a) Macerar 10 g de muestra previamente escaldada, adicionar agua destilada (20 ml) y filtrar la mezcla. b) Transferir 2 ml de filtrado a un tubo de ensayo y adicionar 20 ml de agua destilada. c) Adicionar 1 ml de guayacol al 0.5% en etanol al 50%, sin mezclar. d) Adicionar 1 ml de solución de peróxido de hidrógeno recién preparada (2.8 ml de peróxido de hidrógeno al 30% por litro, conservándolo en una botella obscura, en refrigerador, máximo una semana), siempre sin agitar. e) Mezclar el contenido del tubo y observar si aparece una coloración después de 5 minutos. f) Efectuar un blanco con un tejido previamente hervido durante 5 minutos y enfriado. g) Si al cabo de 5 minutos no se observa color, significa que la peroxidasa ha sido inactivada. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 5.2. ACTIVIDAD DE CATALASA Escaldar diferentes hortalizas con agua caliente a 95°C durante 1, 2 y 3 min. Probar diferentes tamaños y formas geométricas. a) Pesar 2 g de tejido vegetal, adicionando 1.5 g de carbonato de calcio y algo de arena para triturar con un mortero. b) Coloque cuidadosamente el tejido molido en el fondo de un tubo de ensayo y cúbrase con 5 ml de agua destilada. c) Adicionar 1 ml de peróxido de hidrógeno al 3% y agite. Un flujo continuo de pequeñas burbujas de gas es evidencia de la presencia de actividad de catalasa. 6. INFORME DE RESULTADOS a) Discutir los resultados de acuerdo a la bibliografía b) Comparar los resultados obtenidos con las normas correspondientes. 7. BIBLIOGRAFÍA a) Arthey, D. y Ashurst, P. R. 1997. Procesado de frutas. Acribia, S. A. España. 150 p. b) Arthey, D. y Dennis, C. 1992. Procesado de hortalizas. Acribia, S. A. España. 66-75. c) Burnette, F. S. 1977. Peroxidase and its relationship to food flavor and quality: a review. J. Food Sci. Vol. 42: 1-5. d) Dondero, C. M. et al. 1985. Antecedentes sobre pardeamiento enzimático en alimentos. Alimentos (Chile). Vol. 10 No. 2: 32-38. e) FAO. 1989. Control de calidad en la elaboración de frutas y hortalizas. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. 28 p. f) López, A. 1987. A complete course in canning, and related processes. Book I. Basic information on canning 12 ed. The Canning, Trade, Inc. USA. 185-187. g) Luh, B. S. and Lorenzo, M. C. 1988. Freezing of vegetables. In: Commercial vegetable processing. 2nd ed. Shiun, L. B. And Woodroof, J. G. Van Nostrand Reinhold. New York. 343-386. h) Meyer, M. R. y Paltrinieri, G. 1983. Elaboración de frutas y hortalizas. Manuales para educación agropecuaria. SEP/Trillas. México. 32 p. i) Montoya, B. L. C. et al. 1997. Inactivación de polifenoloxidasa en fragmentos de manzana por escaldado. Hort. Mex. Vol. 5 (2): 245-250. j) Porsdal, P. K. 1986. Optimization of vegetable blanching. Food Technology No. 6: 122129. k) Tijskens, L. M. M. et al., 1997. Activity of peroxidase during blanching of peaches, carrots and potatoes. Journal of Food Engineering. 34: 355-370. l) Williams, D. C. et al. 1986. Blanching of vegetables for freezing – Which indicator enzyme to choose. Food Technology. No. 6: 130-140. m) Woodroof, J. G. 1988. Preparing vegetables for processing. In: Commercial vegetable processing. 2nd ed. Shiun, L. B. and Woodroof, J. G. Van Nostrand Reinhold. New York. 175-193. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I PRÁCTICA 2 MONDADO DE FRUTAS Y HORTALIZAS OBJETIVOS Evaluar diferentes condiciones y métodos de pelado en hortalizas. INTRODUCCIÓN La preparación de frutas y hortalizas para su tratamiento industrial tiene gran importancia si han de prepararse alimentos de calidad. La alteración de las hortalizas se inicia en el momento de su recolección y solamente puede reducirse al mínimo mediante una manipulación y técnicas correctas, las cuales incluyen: recepción en la fábrica, acarreo, limpieza, lavado, inspección, recorte, pelado y escaldado. El pelado de la fruta se realiza por diversos métodos, unos manuales y otros mecánicos; en todos los casos, resulta necesaria la inspección visual y cierto grado de selección manual, para eliminar restos de piel o imperfecciones. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR a) ¿Cuál es el objetivo de pelar las frutas y hortalizas? b) ¿Cuáles son los métodos de pelado que se utilizan a nivel industrial y cuáles son sus características? c) ¿Cuáles son las condiciones y tipos de pelado que se reportan para frutas y hortalizas? d) ¿Qué cambios fisicoquímicos y nutricionales se llevan a cabo durante el pelado? MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I MATERIALES Y REACTIVOS Balanza analítica Parrillas de calentamiento Termómetro de mercurio de 0-100°C Charolas de acero inoxidable Muestras de vegetales: Jitomate, Chile serrano y poblano Ácido cítrico, Q. P. Matraz volumétrico de 500 mL Vasos de precipitado de 1 litro Rebanadora marca Hobart con juego de cuchillas Cuchillos Duraznos, Pera, Papa, Hidróxido de sodio, Q. P. DESARROLLO EXPERIMENTAL a) Obtener cuatro lotes de 4 productos cada uno (frutas y hortalizas) y pesarlos individualmente. b) Mondar manualmente un lote y pesarlo para obtener la pérdida de peso. c) Preparar 500 mL de una solución de hidróxido de sodio al 2% y a punto de ebullición. d) Introducir individualmente los 4 productos, los cuales tendrán un tiempo de residencia de 1, 2 y 3 minutos. e) Enjuagar con agua corriente los productos e introducirlos por un minuto en 300 mL de ácido cítrico al 1%. f) Escurrirlos y pesarlos para obtener por diferencia la pérdida de peso. g) Obtener y describir la apariencia de los productos pelados por ambos métodos. INFORME DE RESULTADOS a) Discutir los resultados de acuerdo a la bibliografía b) Comparar los resultados obtenidos con las normas correspondientes. BIBLIOGRAFÍA a) Arthey, D. y Ashurst, P. R. 1997. Procesado de frutas. Acribia, S. A. España. 149-150. b) Arthey, D. y Dennis, C. 1992. Procesado de hortalizas. Acribia, S. A. España. 57-64. c) Bolin, H. R.; Huxsoll, C. C. 1991. Control of minimally processed carrot (Daucus carrota) surface decoloration caused by abrasion peeling. J. Food Sci. 55 (2): 416-418. d) López, A. 1987. A complete course in canning, and related processes. Book I. Basic information on canning 12ed. The Canning, Trade, Inc. USA. 187-190. e) Meyer, M. R. y Paltrinieri, G. 1983. Elaboración de frutas y hortalizas. Manuales para educación agropecuaria. SEP/Trillas. México. 30-32. f) Radhakrishnaiah, S. G.; Vijayalakshmi, M. R. and Usha, D. A. 1993. Methods for peeling fruits and vegetables: a critical evaluation. J. Food Sci. Technol. Vol. 30 No. 3: 155-162. g) Woodroof, J. G. 1988. Preparing vegetables for processing. In: Commercial vegetable processing. 2nd ed. Shiun, L. B. And Woodroof, J. G. Van Nostrand Reinhold. New York. 175-193. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I PRÁCTICA 3 REDUCCIÓN DE TAMAÑO OBJETIVOS a) Conocer el manejo y funcionamiento de diferentes equipos de reducción de tamaño empleados en el laboratorio. b) Realizar la reducción de tamaño en alimentos pulposos, fibrosos y líquidos. c) Evaluar el efecto de la reducción de tamaño en operaciones del procesado de alimentos. INTRODUCCIÓN La reducción de tamaño es aquella operación unitaria en la que el tamaño medio de los alimentos sólidos es reducido por la aplicación de fuerzas de impacto, compresión o abrasión. En la mayor parte de la maquinaria de reducción de tamaño se hace uso de los tres tipos de fuerza pero, por lo general, uno de ellos suele ser más importante. Los diferentes sistemas de reducción de tamaño se clasifican de acuerdo con el tamaño de la partícula obtenido en: corte en rebanadas, rodajas o cubos; molienda a polvo o pastas y emulsión y homogeneización. La reducción de tamaño también es una operación coadyuvante que permite cierto control sobre las propiedades de los alimentos. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR a) b) c) d) e) f) ¿Cuáles son las ventajas que presenta la reducción de tamaño en el procesado de los alimentos? ¿En qué productos alimenticios se aplica la reducción de tamaño y qué nombre recibe dicha operación? ¿Qué equipos se utilizan para la reducción de tamaño de alimentos fibrosos y en qué productos se emplean? ¿Qué equipos se utilizan para la reducción de tamaño de alimentos secos y en qué productos se emplean? ¿Qué equipos se utilizan para la reducción de tamaño de alimentos líquidos y en qué productos se emplean? ¿Cuál es el efecto de la reducción de tamaño en el valor nutricional de los alimentos? MATERIALES Y REACTIVOS Secador de charolas Batidora con aspas Freidora comercial Zanahoria, Chayotes, Mango, Pulper con malla de diferente tamaño Procesadora de hortalizas marca Hobard Manzana, Papas, Cebollas, Aceites vegetales, Yema de huevo, Especias MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I DESARROLLO EXPERIMENTAL REDUCCIÓN DE TAMAÑO EN ALIMENTOS PULPOSOS a) Seleccionar una fruta y pese un lote de producto de acuerdo a la capacidad del equipo. b) Aplique las operaciones preliminares que sean necesarias (limpieza, selección, escalde, pelado). c) Determine los rendimientos en cada etapa correspondiente. d) Proceder a la obtención de pulpa utilizando un pulper con diferentes tipos de malla. e) Pesar un recipiente para la obtención de la pulpa y obtener rendimientos (% cáscara, % hueso y % de pulpa). f) Evaluar el efecto del proceso y el tipo de malla en las características de la pulpa. REDUCCIÓN DE TAMAÑO EN ALIMENTOS FIBROSOS a) Seleccionar una hortaliza (considere entre ellas a las papas) y pese un lote de producto. b) Aplique las operaciones preliminares que sean necesarias (limpieza, descorazonado, deshuesado, pelado). c) Obtener los rendimientos en cada etapa correspondiente. d) Proceder a la reducción de tamaño utilizando un procesador de hortalizas marca Hobard empleando diferentes combinaciones de dados y cuchillas para obtener diversas formas geométricas. REDUCCIÓN DE TAMAÑO EN ALIMENTOS LÍQUIDOS (EMULSIÓN ACEITE/AGUA) a) Pesar los siguientes ingredientes (%): aceite vegetal 80; yema de huevo 7; vinagre (4.5% de ácido acético) 9.4; azúcar 1.5; sal 1.5; mostaza 0.5 y pimienta blanca 0.1. b) Ponga las yemas de huevo en un tazón de base estrecha y adicione la sal, el azúcar, la mostaza y la pimienta. Mezcle bien con una batidora. c) Agitar rápidamente y verter con lentitud el aceite (la velocidad de adición no debe ser superior a la capacidad para dispersar). d) Al terminar la adición del aceite, agregar poco a poco el vinagre con agitación intermedia. e) Una vez terminado el mezclado de todos los ingredientes, envasar en frascos de vidrio y tapar. f) Evaluar el efecto de la velocidad de dispersión y adición de aceite. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I EFECTO DE LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO EN EL SECADO a) De la hortaliza seleccionada en la reducción de tamaño de alimentos fibrosos obtener una muestra de 200 g. b) Poner a peso constante las charolas en un secador y colocar la muestra distribuyéndola homogéneamente. c) Secar el producto a una temperatura y/o velocidad de aire constante. d) Determina la pérdida de humedad del producto considerando intervalos de tiempo de 10 minutos. e) Determine el efecto del tamaño y forma del producto en el secado. EFECTO DE LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO EN EL FREIDO a) De la reducción de tamaño de alimentos fibrosos obtener una muestra de 200 g de papas cortadas para freído. b) Seleccionar un tipo de aceite y poner a calentar en una freidora con control de temperatura. c) Freír el producto y evaluar el tiempo de proceso para los diferentes tamaños. d) Evaluar el efecto del tamaño en la ganancia y/o pérdida de peso. INFORME DE RESULTADOS c) Discutir los resultados de acuerdo a la bibliografía d) Comparar los resultados obtenidos con las normas correspondientes. BIBLIOGRAFÍA h) Brennan, J. G.; Butters, J. R.; Cowell, N. D. and Lilley, A. E. V. 1990. 3rd ed. Food engineering operations. Elsevier Applied Science. UK. 67-90, 114-131. i) Earle, R. L. 1998. Ingeniería de los alimentos. 2ª ed. Acribia. España. 155-161. j) Fellows, P. 1994. Tecnología del procesado de los alimentos. Principios y prácticas. Acribia. España. 73-95. k) Leniger, H. A. and Beverloo, W. A. 1975. Food process engineering. D. Reidel Publishing Company. USA. 169-188. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I PRÁCTICA 4 EVALUACIÓN DE LA PASTEURIZACIÓN 1. OBJETIVOS a) Comprobar la seguridad de los productos pasteurizados empleando los métodos químicos y microbiológicos, reducción de azul de metileno y mesofilos aerobios. 2. INTRODUCCIÓN Las históricas experiencias de Pasteur, que en 1863 demostró que el calentamiento del vino alrededor de 60°C permitía destruir los gérmenes responsables de las alteraciones, sin modificar mucho el producto, constituyen el fundamento del método de saneamiento por tratamiento térmico moderado, al que está ligado el nombre de este sabio: la pasteurización. Más tarde se aplicó a diversos productos alimenticios. Las condiciones de pasteurización deben definirse para cada producto según la composición de la microflora y las propiedades del medio. La definición incluye necesariamente dos valores: a) la temperatura que debe alcanzarse, b) la duración de la exposición a esta temperatura. En el caso de la leche, la pasteurización persigue una doble finalidad. 1) Destrucción de todos los gérmenes patógenos para el hombre; este es el punto de vista higiénico. 2) Reducción de la flora banal al nivel más bajo posible, con el fin de mejorar la “calidad de conservación”; este es el punto de vista económico y comercial, que tiene casi tanta importancia como el primero. La prueba de la fosfatasa, que es una medida química para comprobar la eficacia del procesamiento, tiene una relación directa con la seguridad de los productos pasteurizados. Los resultados de las pruebas de la fosfatasa indican si los productos no han sido tratados adecuadamente por el calor y/o han sido contaminados con productos crudos en cantidades que se puedan descubrir. 3. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR a. Mencione las temperaturas y el tiempo de duración para los diferentes tipos de pasteurización (lenta, baja, alta y ultra). Además, señale para qué tipos de leche se utilizan estos tipos de pasteurización. b. ¿Cuáles son los principales microorganismos patógenos de la leche “bronca”? c. Explique con un diagrama ¿cómo se da el proceso de pasteurización? d. ¿Puede la pasteurización transformar una leche de baja calidad en una de calidad superior? e. ¿Son factibles de pasteurizarse las leches altamente contaminadas? ¿Por qué? f. Explique con un diagrama los métodos microbiologicos para la determinación de Organismos Mesófilos Aerobios y Coliformes Totales en leche. g. Explique el fundamento de la reacción de Reducción de Azul de Metileno para la Evaluación de la pasteurización de la leche. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 4. MATERIALES Y REACTIVOS Azul de metileno 0.01% estéril Tubos de ensaye estériles Agar cuenta estándar Pipetas de 1 y 10 mL estériles Solución salina 0.085% estéril Cajas petri Leche Bronca Incubadora a 35ºC Baño a 80ºC Mechero Cronometro 5. DESARROLLO EXPERIMENTAL 5.1. PASTEURIZACION DE LA LECHE. a) LOTE A: Tomar 100 mL de leche bronca y pasteurizar durante 30 min a 70 ºC. b) LOTE B: Tomar 100 mL de leche bronca y dejarlo sin tratamiento térmico. 5.2. PRUEBA DE REDUCCIÓN DE AZUL DE METILENO. Tomar 10 mL de leche en un tubo de ensaye con tapón (estéril). Adicionar 1 mL de azul de metileno 0.01% estéril y mezclar. Incubar a 36ºC durante 10 min. Agitar los tubos y volver a incubar. Tomar el tiempo de incubación hasta la decoloración total de la muestra (tmáx. 5h). Observar cada 30 min. El tiempo máximo de incubación es de 5 h. Hacer la prueba por duplicado para cada lote de leche. Interpretación de resultados: T1 = 60 min Pérdida de color TRAM 60’ T2 = 180 min Pérdida de color TRAM<3h Tmáx= 5 h TRAM = tiempo de reacción del azul de metileno. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 5.3. PRUEBA MICROBIOLÓGICA. LOTE A 1mL AGAR CUENTA ESTÁNDAR Vaciado en placa Incubar 24 h a 35ºC, leer Hacer por duplicado Lote A 10 mL LOTE B 9 mL sol. Salina 1mL 1mL 10 mL Lote B 1mL Lote B 10-2 9 mL sol. salina 10-1 10-2 AGAR CUENTA ESTÁNDAR Vaciado en placa Incubar 24 h a 35ºC, leer Hacer por duplicado MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 6. INFORME DE RESULTADOS c) Discutir los resultados de acuerdo a la bibliografía d) Comparar los resultados obtenidos con las normas correspondientes. 7. BIBLIOGRAFÍA n) Alais, C. 1986. Ciencia de la Leche. Ed. CECSA, México, D. F. 594 p. o) Anónimo. 1987. Industrias Lácteas. Serie Agroindustrias. Instructivos Técnicos de Apoyo para la Formulación de Proyectos de Financiamiento y Asistencia Técnica. FIRA. México, D. F. 232 p. p) Asociación Americana de Salud Pública. 1960. Normas para el Examen de los Productos Lácteos. Métodos microbiológicos y químicos. Publicaciones Científicas No. 84. Undécima edición. U. S. A. 540 p. q) Potter, N. 1978. La Ciencia de los Alimentos. EDUTEX, S. A. México, D. F. 749 p. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I PRACTICA No. 5 DESHIDRATACIÓN DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS 1.- OBJETIVO Analizar la importancia del secado como proceso de conservación y el impacto que tiene en la industria y el manejo de los alimentos. 2.- INTRODUCCIÓN En general, el secado (desecación o deshidratación) es una operación en la que se remueve por evaporación un líquido contenido en un sólido. A diferencia de otra operación llamada evaporación, en la que ocurre sólo una concentración y la fase continua sigue siendo el líquido, cuyo mecanismo de separación lo constituye exclusivamente un cambio de fase del líquido; en el tipo de secado mas ampliamente usado, secado por aire, interviene un gas que funciona como receptor, por lo que la operación es en realidad una transferencia de masa entre fases, y al final del proceso la fase “continua” es el sólido. Los métodos mecánicos para separar un líquido de un sólido no se consideran como una operación de secado. Por otra parte, el líquido que se remueve por lo general es agua en los alimentos, por lo cual se reduce la actividad acuosa y por ende inhibiendo el desarrollo y crecimiento microbianos. Los términos deshidratación y desecación se emplean comúnmente como sinónimos, pero el primero se refiere a la perdida de agua por medio de métodos mecánicos (desecadores), y el segundo se emplea cuando el secado se realiza mediante agentes naturales como el sol o corrientes de aire. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I PRINCIPIOS BÁSICOS DEL SECADO DE ALIMENTOS Actividad acuosa Una de las consideraciones importantes en la deshidratación de alimentos es el papel que el agua juega en ellos. Además de las propiedades físicas, químicas y termodinámicas del agua, es necesario entender como se encuentra la misma en la estructura de los alimentos ya que esto condiciona su eliminación. Se ha encontrado que el agua interacciona de tres formas con el alimento; a).- Agua ligada por enlaces iónicos y covalentes (la cual es muy difícil remover), b).-Agua ligada por interacciones débiles, como los puentes de hidrógeno (y que sí se puede remover aunque con un gasto mayor de energía), y: c).- Agua no ligada o libre (la cual se encuentra en los poros intersticiales y la superficie del sólido y que es relativamente fácil remover). Desde el punto de vista fisicoquímico, por propiedades coligativas, se sabe que el agua ligada presenta una menor presión de vapor que el agua libre. Para un alimento o un material que contenga cierta cantidad de agua, la actividad acuosa se define como la relación entre la presión de vapor de agua en el alimento y la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura. Cuando un sólido se pone en contacto con un gas, hay transferencia de humedad hasta que alcanza el equilibrio. A temperatura constante a cada valor de humedad en el gas corresponde un valor de humedad en el sólido. EQUIPOS DE SECADO Los equipos empleados se pueden clasificar tomando en cuenta algunos de los parámetros mencionados. Una de las formas de clasificación mas difundidas es la que toma en cuenta el modo de transferencia de calor, estipulando subclases por el modo de operación. Así mismo, importa mucho el arreglo que se tenga en relación al movimiento del material que se deseca, del medio de desecación o de ambos. En el caso que se utiliza aire es frecuente encontrar sistemas en que éste circula en forma transversal o tangencial. Cuando se tiene flujo transversal éste puede ser hacia arriba, hacia abajo o en forma radial. En secado contínuo con flujo tangencial los arreglos pueden ser en paralelo o en contracorriente o bien combinado cuando es un proceso en múltiple etapa. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 3. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR 1. ¿Cómo operan los diferentes equipos de secado? 2. ¿Cómo es la relación de las condiciones de proceso y el medio ambiente? 3. ¿Cómo influye la estructura del producto a secar en el proceso? 4. ¿Cómo influyen las condiciones en la calidad del producto. 5. ¿Qué tipo de proceso es más adecuado para la conservación? 4. MATERIALES Y EQUIPO -Materiales de uso común en laboratorio -Termómetros -Cortadora de vegetales -Estufa de humedades -Termobalanza -Balanza granataria -Equipo de secado en charolas -Anemómetro 5. DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Seleccionar, limpiar, lavar y cortar si es necesario el material de prueba. 2. Llevar a cabo las mediciones necesarias para su caracterización física. 3. Establecer las condiciones de temperatura y velocidad de aire para el proceso, seleccionados de acuerdo al material a secar. 4. Tomar una muestra para determinar la humedad inicial (to) y cuantificar la humedad por el método de la estufa. 5. Pesar la muestra en las charolas y registrar el dato, se debe pesar antes las charolas vacías. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 6. Establecer las condiciones de operación en el equipo siguiendo el instructivo anexo. 7. Colocar las charolas en el soporte y comprobar las condiciones de secado; ajustarlas en caso necesario. 8. Tomar muestras a determinados intervalos de tiempo para cuantificar el contenido de humedad, si se considera necesario, si no es suficiente con registrar el peso. 6. ANALISIS DE RESULTADOS 1. Calcular la humedad de la muestra para cada intervalo de tiempo registrado y hacer las curvas de cinética de secado. 2. Hacer las observaciones de los cambios que se den en el aspecto del material durante y al terminar el proceso. 3. Si se trabajan diferentes materiales hacer las comparaciones entre ellas. 7. BIBLIOGRAFÍA 1. Perry, R. H. Y C. H. Chilton. 1986. Biblioteca del Ingeniero Químico. Ed. McGraw-Hill. México. 2. Brennan, J. G.; J. R. Butters, N. D. Cowell and A. E. Lelly. 1979. Las Operaciones de la Ingeniería de los Alimentos. Cap. 13 Deshidratación. 3. Singh, R. P. And D. R. Heldman. 1984. Introduction to Food Engineering. Cap. 9. Food dehydration. Academic Press. London. 4. Aguilera, J.M. 1997. Temas en tecnología de alimentos. Vol. 1. I.P.N.-CYTED. México, D.F. 5. Carthy, M.D. 1989. Concentratión and drying of food. Elsevier Applied Science Publishers. New York. 6. Desrosier, N.W. 1993. Conservación de alimentos. Segunda edición. CECSA. México, D.F. 7. Fellows, P. 1994. Tecnología del procesado de los alimentos. Principios y prácticas. Acribia. Zaragoza, España. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I ANEXO 2 MANUAL DE OPERACIÓN DEL SECADOR DE CHAROLAS 1).- Identificar cada parte del equipo de acuerdo al esquema general mostrado (figura 1). 2).- Colocar el material en las charolas distribuido según el arreglo experimental seleccionado, y utilizando el número de charolas que sea necesario. 3).- Para la operación del soplador se debe proceder en el orden siguiente: a).- Verificar que existe corriente eléctrica, sin cerrar el interruptor de paso previo al control de velocidad, lo cual mostrará una lectura en el “display” del control (phf) que indica esa condición. b).- Estando en cero el potenciómetro del control de velocidad, bajar el interruptor y entonces en el “display” aparecerá la orden (rdy) de listo. c).- Girar poco a poco el potenciómetro, a los intervalos previamente seleccionados, de tal forma que el soplador empezará a girar y se deberá medir la velocidad de aire a la salida, ó a la entrada del módulo de charolas, para delimitar la correspondencia de la velocidad de aire con la velocidad de giro del soplador y la lectura del potenciómetro. Tomar en cuenta que una lectura de 1 (la unidad) corresponde a una lectura de 5.0 en el “display” del control. d).- Para alcanzar las condiciones de trabajo, se puede variar la velocidad de aire simplemente girando el potenciómetro. 4).- Para el calentamiento del aire proceder como sigue: a).- En el panel de control se identifican los juegos de interruptores y termostatos, del 1 al 4, los cuales deberán estar en posición de apagado y en cero respectivamente. b).- Colocar los interruptores en posición de encendido. c).- Girar los termostatos para iniciar el calentamiento, lo cual se puede hacer poco a poco ó llevándolos al máximo para subir la temperatura rápidamente. Tomar en cuenta que si se usa una sola resistencia la temperatura subirá mas lentamente y se alcanzará un valor mas bajo que si se usan todas al mismo tiempo. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I d).- Girar los termostatos a la posición deseada de control, considerando que estos operan a +/- 2°C. Se pueden operar independientemente pero se recomienda que los que estén funcionando lo hagan en posiciones equivalentes para un mejor control. También se puede calentar el aíre previamente, antes de colocar la muestra, para alcanzar la temperatura de operación mas rápidamente, pero luego se tiene que ajustar, ya que con el cambio de velocidad también variará la temperatura, pero ya se estará mas cercano a las condiciones de trabajo requeridas. 5).- Para medir la velocidad del aire, colocar el sensor del anemómetro en los orificios destinados para tal fin a la entrada del módulo de charolas ó bien a la salida del mismo, aunque también se puede medir al extremo del túnel. 6).- De la misma manera, la temperatura se registrará directamente de los termómetros bimetálicos colocados en las diferentes posiciones igualmente a la entrada del módulo; también se puede medir a la salida del módulo para evaluar el cambio durante el proceso de secado. Cada uno de los termómetros se puede sustituir por un termómetro de mercurio, ya sea para rectificar la lectura o para una mejor respuesta. 7).- Al finalizar el trabajo se recomienda que primero se apaguen las resistencias y se deje enfriar un poco todas las partes, con el ventilador trabajando, antes de apagar éste último girando el potenciómetro a la posición de cero. Finalmente cortar la corriente bajando el interruptor de alimentación al control de velocidad. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I PRACTICA No. 6 DESHIDRATACIÓN EN LECHO FLUIDIZADO DE VEGETALES 1.- OBJETIVO Analizar la aplicación del uso de lecho fluidizado en el secado de alimentos y las ventajas y desventajas con respecto al secado por otros métodos. 2.- INTRODUCCIÓN La necesidad de conservar alimentos para las épocas de escasez, la distribución de los mismos a regiones de poca productividad así como la ampliación de su periodo de vida útil, obligó al hombre a desarrollar métodos y procesos de conservación con el ulterior desarrollo de equipo e industrias que en la actualidad forman parte importante de la vida humana. Fue hasta el siglo XVIII cuando se desarrollaron los primeros equipos que utilizaron fuentes convencionales de energía, para tener un proceso de mayor nivel de producción y que al mismo tiempo fuese más fácil de controlar. A partir de entonces la fabricación de equipo se ha diversificado, permitiendo variar las características que presentan los alimentos deshidratados además de la prolongación de la vida de anaquel del producto. Se debe tomar en cuenta que la conservación de frutas y vegetales por medio de la deshidratación presenta algunas dificultades; debido a la configuración estructural de los productos, la eliminación de la humedad se debe realizar de tal manera que el daño del producto sea el mínimo. El término fluidificación ha sido empleado para describir una operación de la cual el contacto entre el sólido granular y un fluido provoca que los primeros adquieran un estado en el cual se comportan como fluido. Cuando el fluido se mueve con poca velocidad a través de un lecho de sólidos, no produce movimiento en las partículas. El fluido circula entre pequeños espacios perdiendo energía de presión, a este comportamiento se le conoce como “lecho fijo”. Sin embargo, si se aumenta la velocidad del fluido de manera constante, se alcanza un punto en el cual las partículas no permanecen por más tiempo estacionarias, sino que adquieren un estado en el cual se comportan como fluido o “fluidifican”. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I Aunque las propiedades del sólido y el fluido determinan si la fluidificación ocurre de manera suave o burbujeante, muchos otros factores influyen en el grado de mezclado de los sólidos y el grado de heterogeneidad en el lecho. Estos factores incluyen la geometría del lecho, la velocidad del gas, el tipo de distribución del gas, los aditamentos internos del recipiente, tales como malla, deflectores e intercambiadores de calor. Todo esto influye también en el secado del producto. 3. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR 1. ¿Cómo operan los diferentes equipos de secado? 2. ¿Cómo es la relación de las condiciones de proceso y el medio ambiente? 3. ¿Cómo influye la estructura del producto a secar en el proceso? 4. ¿Cómo influyen las condiciones en la calidad del producto. 5. ¿Qué parámetros rigen el proceso de fluidificación? 6. ¿Qué ventajas y desventajas ofrece el secado en lecho fluidizado con respecto a otros y al tipo de producto? 4. MATERIALES Y EQUIPO -Materiales de uso común en laboratorio -Termómetros -Cortadora de vegetales -Estufa de humedades -Termobalanza -Balanza granataria -Equipo de lecho fluidizado -Anemómetro -Manómetros MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 5. DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Montar el equipo cuidando que exista una buena conexión con los manómetros si es que se desea evaluar la caída de presión y determinar la velocidad mínima de fluidificación. 2. Seleccionar, lavar y cortar el material de prueba si es necesario. 3. Realizar las mediciones físicas necesarias para determinar tamaño y geometría (forma). 4. Tomar una muestra para determinar la humedad inicial por el método de la estufa. 5. Arrancar el equipo siguiendo las instrucciones de operación del anexo. 6. Pesar la columna vacía y después con la muestra de trabajo. 7. Colocar la columna en su lugar, realizar las conexiones y ajustar las condiciones de operación. 8. Si se va a determinar caída de presión (P) y la velocidad mínima de fluidización (Vmf) hacer el barrido con la velocidad del soplador y llevando a cabo las mediciones correspondientes. 9. Para continuar con el secado realizar el ajuste de la temperatura y la velocidad de aire determinados para las condiciones de fluidificación. 10. Registrar el peso de la columna con la muestra a ciertos intervalos de tiempo, hasta que ya no haya variación de peso en un lapso de 30 minutos. 11. Realizar los cálculos necesarios. 6. ANALISIS DE RESULTADOS 1. En el caso de la medición de caída de presión construir la gráfica de este parámetro contra la velocidad de aire y determinar la Vmf para cada alimento en particular. 2. Construir las curvas de cinética de secado y compararlas con las obtenidas con otros equipos. 3. Resaltar las ventajas y desventajas en el manejo del producto y el impacto que tienen las condiciones de operación sobre la calidad del mismo. 4. Si se manejan diferentes productos, hacer también las comparaciones entre ellos. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 7. BIBLIOGRAFÍA 1. Perry, R. H. Y C. H. Chilton. 1986. Biblioteca del Ingeniero Químico. Ed. McGraw-Hill. México. 2. Treyball, R. E. 1980. Mass transfer operations. Cap. 12 Drying. Ed. McGrawHill. 3. Brennan, J. G.; J. R. Butters, N. D. Cowell and A. E. Lelly. 1979. Las Operaciones de la Ingeniería de los Alimentos. Cap. 13 Deshidratación. 4. Heldman, D. R. And R. P. Singh. 1978. Food Process Engineering. Cap. 6. Food dehydration. AVI Pub. Co. Inc. Westport, Conn. 5. Van Arsdel, W. B.; M. J. Copley and A. I. Morgan. 1973. Food dehydration. Vol. I. Drying methods and phenomena. The AVI Pub. Co. Inc. Westport, Conn. 6. Cruz Patiño José Luis. “Desarrollo de un proceso de secado para champiñón en lecho fluidificado” Tesis UPIBI IPN, México D.F. 1995. pp.145. 7. Kunii & Levenspiel. 1977. Fluidization Engineering. Ed. Robert E. Krieger Publishing Company. USA. pags. 1-15. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I ANEXO 1 INSTRUCTIVO DE OPERACIÓN DEL SECADOR DE LECHO FLUIDIZADO MANUAL DE OPERACIÓN DEL SECADOR DE LECHO FLUIDIZADO 1. Identificar cada parte del equipo de acuerdo al esquema general mostrado (figura 1). 2. Colocar el distribuidor seleccionado para trabajar en el soporte removible, después unir el recinto de secado en el orden de abajo hacia arriba y sujetarlo con las pinzas correspondientes. En este momento se puede colocar la muestra y pesarla con todo y columna en una báscula. Después colocar el conjunto en la columna del secador. 3. Colocar las mangueras de los manómetros diferenciales procurando que las puntas del manómetro que contiene el líquido mas pesado queden conectadas a los extremos o puntos donde se tenga mayor caída de presión. 4. Para la operación del soplador se debe proceder en el orden siguiente: a).- Verificar que existe corriente eléctrica, sin cerrar el interruptor de paso previo al control de velocidad, lo cual mostrará una lectura en el “display” del control (phf) que indica esa condición. b).- Estando en cero el potenciómetro, bajar el interruptor y entonces en el “display” aparecerá la orden (rdy) de listo. c).- Girar poco a poco el potenciómetro, a los intervalos previamente seleccionados, de tal forma que el soplador empezará a girar y se deberá medir la velocidad de aire a la salida de la columna para delimitar la correspondencia de la velocidad de aire con la velocidad de giro del soplador y la lectura del potenciómetro. Tomar en cuenta que una lectura de 1 (la unidad) en el potenciómetro corresponde a una lectura de 5.0 en el “display” del control. d).- Para alcanzar las condiciones de trabajo, se puede variar la velocidad de aire simplemente girando el potenciómetro. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 5. Para el calentamiento del aire proceder como sigue: a).-En el panel de control se identifican los juegos de interruptores y termostatos, del 1 al 5, los cuales deberán estar en posición de apagado y en cero respectivamente. b).-Colocar los interruptores en posición de encendido. c).- Girar los termostatos para iniciar el calentamiento, lo cual se puede hacer poco a poco o llevándolos al máximo para subir la temperatura rápidamente. Tomar en cuenta que si se usa una sola resistencia la temperatura subirá mas lentamente y alcanzará un valor mas bajo, que si se usan las 5 resistencias, con las cuales se podrá alcanzar temperaturas arriba de 90 °C y dependerá tanto de la cantidad de muestra usada como de la velocidad de aire. d).- Girar los termostatos a la posición deseada de control, considerando que estos operan a +/- 2 °C. Se pueden operar independientemente pero se recomienda que los que estén funcionando lo hagan en posiciones equivalentes para un mejor control de la temperatura. También se puede calentar el aire previamente, antes de colocar la columna, para alcanzar la temperatura de operación mas rápidamente, pero se debe considerar que el cambio de la velocidad del aire también provoca un cambio en la caída de presión y la temperatura se puede disparar, por lo que se recomienda precalentar entre 10 y 20 °C antes de la temperatura de operación a lo mas y que entre mas alta sea la temperatura mayor debe ser el margen que hay que dejar para evitar un exceso de calentamiento. 6. Para medir la caída de presión en diferentes partes de la columna de secado, hacer las siguientes observaciones: a).- Verificar que ambos brazos del manómetro diferencial estén conectados en las tomas de la columna correspondientes al tramo en que se desea medir la caída de presión. Tomar en cuenta que la máxima lectura se tendrá en los extremos, donde también estén incluidos el distribuidor y la cama formada por la muestra. b).- Para registrar la caída de presión, simplemente leer la diferencia de altura en ambos brazos del manómetro, lo cual se hace directamente ya que el soporte tienen una escala milimétrica. c).- Convertir los valores de altura de columna de líquido utilizando el factor adecuado según el líquido de que se trate (agua, CCl4 o Hg). MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I d).- Considerar que cuando ya se opera en condiciones de fluidización, las columnas de líquido están variando, por lo que cuando se tienen caídas de presión altas se puede cambiar al manómetro con líquido mas pesado, con la ventaja de que se tendrá menos variaciones pero con la desventaja de que será menos exacto. 7. Para medir la velocidad del aire, colocar el sensor del manómetro a la salida de la columna, o bien en un orificio practicado con este fin en el último tramo de la columna de secado. Para el ajuste y el registro de las lecturas consultar las indicaciones en el manual del manómetro. 8. Las temperaturas de entrada y salida de la columna se pueden medir leyendo directamente en los termómetros bimetálicos colocados sobre el primero y último tramos de la columna respectivamente, pero como estos presentan diferencias, se recomienda realizar primero mediciones comparativas con termómetros de mercurio, para hacer los ajustes de las lecturas. 9. En la realización de experimentos se recomienda siempre hacer otras mediciones, tales como la altura de la cama de muestra empacada, altura del lecho fluidizando, humedad relativa del aire, tiempo, etc., dependiendo del tipo de experimento, lo cual puede hacerse de manera independiente de la operación del secado. 10. Al finalizar el experimento se recomienda que primero se apaguen las resistencias y se descarguen las columnas. Dejar funcionando el ventilador hasta que se enfríe todo el equipo lo suficiente para que no haya problemas, aproximadamente a 40 °C, y luego girar el potenciómetro a la posición de cero. Finalmente cortar la corriente bajando el interruptor de alimentación al control de velocidad. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I PRÁCTICA 7 APLICACIÓN DE ADITIVOS ALIMENTICIOS Elaboración de una crema para batir 1. OBJETIVOS Reconocer los principales aditivos dentro de un sistema alimenticio. Identificar la función básica de cada aditivo dentro de un sistema alimenticio. Conocer el mecanismo de funcionamiento de cada aditivo dentro de un sistema alimenticio. 2. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR a) Diga cómo se clasifican y cuáles son los aditivos utilizados en la industria de los alimentos. b) Mencione cuáles son las propiedades funcionales cada grupo de aditivos alimenticios. c) Diga cuál es la importancia del uso de aditivos en la industria de alimentos. d) Cómo definiría usted un aditivo alimenticio. e) Identifique y diga cuáles son los aditivos alimenticios que se utilizaran en la elaboración de la crema para batir. f) Explique las propiedades funcionales de los aditivos alimenticios que se utilizarán en la elaboración de la crema para batir. g) Investigar normas o información para evaluar la calidad de la crema para batir. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I 3. MATERIALES Y REACTIVOS Carragenina Kappa Carboximetilcelulosa (CMC) Pectina Guar Emulsivo (Monoesterato de Glicerilo al 40%) Fosfato de sodio Caseinato de sodio Manteca vegetal Glucosa Agua Potable Sabor Crema para batir comercial Parrilla con agitación magnética Agitador magnético Homogenizador (Braun) Duyas para pastelería Potenciómetro Termómetro Probeta Balanza analítica Regla Charola de Aluminio 4. DESARROLLO EXPERIMENTAL Formula Base INGREDIENTES (%) Grasa Vegetal Caseinato de Sodio Glucosa Emulsivo (MEG 40) Goma Fosfato de sodio Agua 25.0 0.7 8.0 1.0 0.3 0.03 65.0 Procedimiento de elaboración 1. Calentar la Grasa Vegetal hasta 60ºC, adicionar el emulsivo hasta fundirse y posteriormente la goma, mezclar. 2. Simultáneamente calentar el agua hasta 70ºC, adicionar la glucosa, fosfato de sodio y caseinato de sodio, mezclar. 3. Añadir lenta y constantemente la Fase Acuosa a la Fase Grasa con agitación vigorosa para evitar la formación de grumos. 4. Homogeneizar (con ayuda del Braun) 5. Enfriar a Temperatura Ambiente por 1h. 6. Medir pH de la crema para batir. 7. Mantener en Refrigeración (4ºC) por 2h mínimo. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I EVALUACIÓN DE LA CREMA PARA BATIR (comercial y de laboratorio) 1. Montar la crema con batidora hasta punto de turrón o aumentar su volumen de 2 a 3 veces su volumen inicial. Tomar el tiempo de batido y medir el volumen final. 2. Ya montada la crema vaciar a una duya pastelera hacer una figura y observar: Facilidad en la aplicación Definición de la figura Desecación de la crema o agrietado Formación de burbujas 3. Evaluar las características mencionadas en el punto anterior, inmediatamente después de aplicado, a las 2h y 12h después. 5. INFORME DE RESULTADOS e) Presentar en tabla la evaluación de la crema para batir con cada goma y la crema para batir comercial. f) Discutir los resultados obtenidos con cada tipo de goma. g) Comparar los resultados obtenidos con una crema para batir comercial. h) Explique para que sirve y como afectan los aditivos utilizados en la formulación de la crema para batir. i) Concluir por costos, rendimientos y resultados que goma es la más adecuada para este alimento y si se pueden hacer mezclas de las gomas para obtener mejores resultados. MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I Evaluación de la aplicación y funcionalidad. CARRAGENINA CMC PECTINA pH Volumen inicial (antes del batido) Volumen final (después del batido) Tiempo de batido hasta punto de turrón (min) Facilidad aplicación (MB, B, R, M) Definición de la figura (MB, B, R, M) Deshidratación o agrietado (sí o no) Formación de burbujas (sí o no) Evaluación de la vida de anaquel. INMEDIATAMENTE CARRAGENINA CMC PECTINA GUAR 2h 12 h GUAR