UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA Facultad de ingeniería en Industrias Alimentarias

Área de Ingeniería de los Alimentos

Profesor: Hans Tafur Pereda

UNIDAD IV

1. MATERIA PRIMA

La materia prima obtenida de los sectores de producción, antes

de ser transformados en productos para el consumo humano,

son severamente seleccionados. Para ello, la materia prima

debe cumplir con unas propiedades de suma importancia,

como las propiedades geométricas, propiedades físicas,

propiedades funcionales y características relacionadas con el

grado de desarrollo.

A. ADECUACIÓN DE LA MATERIA PRIMA PARA UN PROCESO

1. Disponibilidad

2. Geometría

3. Propiedades físicas

4. Propiedades funcionales

5. Características mecánicas, eléctricas o térmicas

PRODUCTO FINAL

IMPORTANCIA DE ESTOS FACTORES

MATERIA PRIMA PROCESO

1. DISPONIBILIDAD

2. PROPIEDADES GEOMÉTRICAS

Piezas irregulares = mayor coste

Patata de forma suave

y con ojos para el

pelado mecánico.

Tomate liso mejor que

rugoso para lavado

(grietas y bichos)

Geometría regular adecuados para procesos mecánicos de alta

velocidad.

3. PROPIEDADES FÍSICAS

Textura: Debe ser suficiente para soportar tratamientos

mecánicos de las operaciones de preparación y tratamiento

El color, la textura, la resistencia al esfuerzo mecánico, las propiedades

Aero e Hidrodinámicas, las características friccionales y las propiedades

de superficie

COLOR

4. PROPIEDADES FUNCIONALES

En lo referido a las propiedades funcionales de las variedades

alimentarias, permite obtener productos de primera calidad y

una gran eficacia en el procesado.

Por ejemplo, existen variedades desarrolladas para fines

especiales, como razas de ovejas para la producción de

carne o leche; variedades de trigo que producen harinas

blandas, pobres en proteínas, adecuadas para la elaboración

de galletas, tortas y otros.

OBJETIVOS PRINCIPALES

B. PREPARACIÓN DE LA MATERIA PRIMA

• Adecuación para que las siguientes etapas del procesado

sean mas eficaces

• Reducir costes operativos

• Aumentar la productividad del proceso

• Contribuir a tener productos finales de mayor calidad

OPERACIONES PREVIAS AL PROCESADO

CLASIFICACIÓN LIMPIEZA SELECCIÓN

Separa en categorías

de diferente calidad

Separación de los

contaminantes

Separa en categorías

en función de sus

características físicas

(tamaño, forma, color)

FUNCIONES DE LA LIMPIEZA

1. LIMPIEZA DE MATERIA PRIMA

Se liberan contaminantes superficiales

Peligro para la salud

Estéticamente indeseables

Control de la carga microbiana y de las

reacciones bioquímicas perjudican el

producto final y el proceso

a) Evitar la proliferación de microorganismos durante el almacenamiento de la MP

antes de su procesado

b) Evitar la incorporación de residuos tóxicos

c) Evitar averías en las instalaciones e interferencias en otras partes del proceso

d) Eliminar costes de producción debidos al procesado de componentes

desechables

e) Aumentar la productividad al procesar solo la materia valiosa

a) Eficiencia de separación (desperdicio pequeño frente a material

valioso)

b) Eliminación del contaminante para evitar recontaminación

posterior

c) Proceso y maquinaria que eviten contaminación del producto

con la parte contaminante (aguas de lavado, polvo….)

d) Superficie limpia en condiciones aceptables (no rascadas, ni

agujeros)

e) Evitar lesionar el producto

f) Eliminación eficaz de los volúmenes de residuos generados

2. REQUISITOS DE LAS OPERACIONES DE LA LIMPIEZA

a) Minerales: tierras, arena, piedras, grasa partículas

metálicas de equipos de recolección

b) Plantas: ramas, hojas, tallos, semillas, cortezas

c) Animales: excreciones, pelo, huevos de insecto, partes del

cuerpo

d) Productos químicos: fertilizantes, residuos fitosanitarios

e) Microorganismos

3. CONTAMINANTES DE MATERIAS PRIMAS

• Baratos

• Superficie del alimento queda seca

Problema: evitar la recontaminación debido al polvo que se

genera

Los métodos de limpieza en seco son:

Tamizado, Limpieza por abrasión, Limpieza por aspiración, Limpieza

magnética Limpieza electrostática, Separación por radioisótopos,

Separación por rayos X

4. MÉTODOS DE LIMPIEZA

4.1 Métodos de limpieza en seco

4.2 Métodos de limpieza húmedos

4.1. MÉTODOS DE LIMPIEZA EN SECO

Hay dos tipos de tamices a nivel industrial:

(1) TAMIZADO

• Máquinas de clasificación: remueven contaminantes de tamaños muy diferentes a la

materia prima.

• Una placa perforada con unos poros de diferentes tamaños.

Tambor rotatorio o centrífugo:

unidades continuas con gran cantidad de aplicaciones en la IA

• Baratos, fáciles de instalar y manejar

• Difíciles de limpiar y velocidad crítica (Velocidad se puede degradar

el producto)

Descarga

• Impurezas de gran

tamaño (cuerdas, hilos

de saco de harinas,

sal, azúcar)

• Impurezas pequeñas

• están formados por una capa de tamices dentro de una armadura para evitar la entrada de

polvo

• se someten movimiento para mejorar la separación

• se incluyen bolas de caucho para evitar la obturación de los poros del tamiz

• se utiliza para limpiar harinas y especias molidas

TAMICES DE LECHO PLANO

Limpieza fácil

• Se debe evitar deterioro de

algunos alimentos por

abrasión e impacto

• Se debe evitar contaminación

por pulverización de

compuestos contaminantes

TAMICES DE LECHO PLANO

(2) LIMPIEZA POR ABRASIÓN

• abrasión entre las propias partículas

• abrasión entre partículas y partes móviles de los aparatos

tambores rotatorios vibratorios o discos rotatorios.

Ablanda y elimina contaminantes adheridos

(3) LIMPIEZA POR ASPIRACIÓN

se utiliza aire para separar sustancias de diferente flotabilidad

el alimento a limpiar se incorpora a una corriente de aire de velocidad

controlada (importante) que separa los contaminantes

los contaminantes se van recogiendo en función de su peso por

diferentes partes (piedras, maderas, tallos, cáscaras…)

cereales, nueces, frutas, legumbres, guisantes, cebollas, huevos

alta selectividad

genera mucho polvo

(3) LIMPIEZA MAGNÉTICA

• Se deja caer el producto entre dos imanes montados dentro de una cinta

transportadora o en tambor rotatorio.

• Electroimanes: eliminación fácil de las partículas metálicas extraídas de los alimentos

(corte de corriente)

• Peligro de contaminación fácil si se llena el recipiente de residuos en exceso

• Van seguidos de un detector de metales para controlar que no pasen los

contaminantes al alimento.

(5) LIMPIEZA ELECTROSTÁTICA

Se basa en la diferencia de carga electrostática de los materiales bajo condiciones

de humedad controlada

Las partículas cargadas se separan de las de carga opuesta mediante rodillos

conectados a tierra, rejillas…

Rodillo cargado con 5-20 kV que gira

sobre el que se echa el te y las impurezas

quedan retenidas sobre el rodillo

EXTRACCIÓN DE POLVO EN TÉ

(6) SEPARACIÓN POR RADIOISÓTOPOS

• Se eliminan piedras cristales y fragmentos metálicos transportando al alimento por un barrido

de rayos X.

• La imagen se observa en una pantalla que detiene el transportador cuando observa una

impureza

• Se basa en la diferencia de opacidad entre materiales frente a los rayos gamma de baja E

(radiación electromagnética emitida por elemento radiactivo)

• La diferencia de señal actúa sobre un dispositivo que elimina el contaminante

Tierra y piedras de patatas

(7) SEPARACIÓN POR RAYOS X

4.2. MÉTODOS DE LIMPIEZA HÚMEDOS

VENTAJAS:

permite eliminar contaminantes adheridos

permite utilizar detergentes y sustancias esterilizantes

deteriora poco las MP (control estricto del proceso)

DESVENTAJAS:

• gasta una gran cantidad de agua

• genera muchos residuos líquidos contaminados (15000l/tm de producto enlatado)

• necesidad de depurar residuos (coste)

• las superficies de los alimentos quedan húmedas y se deterioran con mayor

facilidad: necesario el secado para mantener su calidad

• Se elimina la tierra adherida que se ablanda en el baño

Se eliminan piedras y otras sustancias que puedan dañar la maquinaria

Son depósitos de metal o de cemento liso o materiales de fácil limpieza que poseen

rejillas en la parte inferior y laterales

Se mejora con agitación del agua o de lo materiales a limpiar o girando dentro del

deposito de lavado o con agua caliente o con detergentes (cuidado con textura y

aspecto)

Se puede reutilizar el agua de lavado de otras etapas previamente depurada

fresas

espárragos

espinacas

apio

tubérculos

(1) LAVADO POR INMERSIÓN

• método más utilizado

• se basa en la exposición de la superficie del alimento a duchas de agua

• depende de varios factores:

presión de agua (evitar deterioro de frutas blandas, fresas o mucha

presión para quitar el moho de cítricos)

volumen de agua

distancia del producto alimenticio al origen de la aspersión

tiempo de exposición a la ducha

número de duchas utilizado

LAVADORES DE TAMBOR Y ASPERSIÓN LAVADORES DE CINTA Y ASPERSIÓN

(2) LAVADO POR ASPERSIÓN

• Tambor constituido por barras o rodillos separados de forma que retienen los alimentos y dejan

pasar las impurezas

• Tambor gira lentamente y esta inclinado, siendo la velocidad de giro y el ángulo de inclinación los

que controlan el movimiento de los alimentos y el tiempo de lavado

• El tambor posee un eje central donde se encuentra las duchas o los aspersores

LAVADORES DE TAMBOR Y ASPERSIÓN

LAVADORES DE CINTA Y ASPERSIÓN

• Consisten en un sistema transportador (cinta) que desplaza los alimentos bajo un sistema de aspersores de

agua

• Si los productos son esféricos el contacto es mayor

(3) LAVADO POR FLOTACIÓN

Se fundamenta en la diferencia de densidad entre las partes valiosas e indeseables de los alimentos

• Productos pesados indeseables se extraen pasando varias veces por compartimentos separados por

láminas ajustables que los atrapan

• Contaminantes mas finos se eliminan en una limpieza posterior

magulladas o podridas se hunden en el agua

legumbres podridas flotan en el agua, partes de plantas, piedras de guisantes,

frutos secos, alubias

La flotación espumante: variedad de lavado que se basa en la humectación diferencial de los alimentos y

contaminantes. Se sumergen los guisantes contaminados en una emulsión diluida de detergente a base de

aceite mineral. Las sustancias contaminadas flotan con la espuma y se eliminan y los alimentos se someten a

un lavado posterior para eliminar detergentes.

(4) LAVADO POR ULTRASONIDOS

• ondas de ultrasonidos: ondas de frecuencia mayor de la que puede detectar el oído

humano

• la aplicación de ultrasonidos a un fluido produce la formación y el colapso de

burbujas liberando una energía que causa una agitación violenta de las partículas

que están en el fluido

• esta agitación se utiliza para ablandar las impurezas que están en los alimentos

arena en legumbres

grasa en fruta

Excremento en huevos

(5) ESCURRIDO Y SECADO

• alimentos lavados con limpieza húmeda quedan “limpios” pero con un exceso de agua

• escurrido: tamices vibratorios o rotatorios de escurrido (centrifugación)

• si son alimentos sensibles al agua hay siempre que realizar etapas de secado

cereales o frutas para almacenar o vender

4.3. MÉTODOS DE LIMPIEZA COMBINADOS

Los métodos de limpieza se suelen utilizar combinados por que los procesos están compuestos por varias

secciones.

Lavadoras de guisantes o alubias: inmersión + aspersión + escurrido

Trigo para harina: limpieza magnética + tamizado + aspiración + abrasión + lavado húmedo + escurrido por

centrifugación + secado

4.4 PELADO

• Imprescindible para frutas y verduras

• mejora el aspecto final y valor nutritivo

• elimina parte no comestible

• eliminar la menor parte posible (ahorro costes)

• superficie debe de quedar limpia de contaminantes

• no puede sufrir daños

• se evitara el acabado manual

Requisitos

Métodos de pelado

Pelado al vapor

Pelado a cuchillo

Pelado a la llama

Pelado cáustico

Pelado por abrasión

(1) PELADO AL VAPOR

• Se introduce el alimento en un sistema que gira (mejor contacto) conectado con flujo de vapor

a alta presión

• La Tª del vapor calienta la superficie del producto (15-30 seg)

• El calor no penetra al interior debido a la baja conductividad térmica

no se cuece ------- no pérdidas de color o textura

• Cesa el vapor y hay una caída de presión.

• El vapor debajo de la piel se libera y se desprende la piel

• Si queda algo adherido se ducha con agua

• Mas extendido

• Alta productividad

• Bajo consumo de agua

• Poca pérdida de peso

• Buen acabado

(2) PELADO A CUCHILLO

Se elimina la piel de frutas y verduras al presionar contra una cuchilla fija o rotatoria

Poca pérdida de peso

(3) PELADO A LA LLAMA

• Se transporta el producto por una cinta sin fin a través de un horno a 1000ºC.

• Sobre todo para cebolla.

• Al paso por el horno la última capa se quema y la piel chamuscada se elimina con una ducha de agua a

alta presión.

Pérdidas del 10%

(4) PELADO CÁUSTICO

Procedimiento antiguo:

• Solución diluida de NaOH (1-2%) a 100-120ºC ------ se reblandece la piel

• Ducha de agua a alta presión ---- se elimina la piel

Cambios de color (caro)

Procedimiento nuevo:

• Solución de NaOH (10%) ------ se reblandece la piel

• Discos o rodillos de goma ---- se elimina la piel

Menos consumo de agua

Menos pérdida de producto

Residuos pastosos mas fáciles de eliminar

(5) PELADO POR ABRASIÓN

• Alimento en contacto con rodillos de carborundo (material abrasivo de C y Si)

• Material abrasivo arranca la piel

• Piel arrastrada por corriente de agua

Bajo coste energético (Tª ambiente)

Bajo coste de inversión

Buen aspecto del alimento

Pérdidas altas (25%)

Fluidos contaminantes elevados

Capacidad pequeña (contacto directo)

DESVENTAJAS

SELECCIÓN DE MATERIA PRIMA

NECESIDAD DE SELECCIÓN

o Mejora la eficacia del proceso y aumenta la productividad

o Mejora la adecuación a procesos mecanizados (blanqueo, deshuesado,…)

o Necesaria para procesos térmicos (mejor transferencia de calor)

o Mejora el control en envasado de productos

o Importantes para el consumidor

Selección

Peso

Tamaño

Forma

Fotométrica

(1) SELECCIÓN POR PESO

Alimentos valiosos, frágiles y muy variables de tamaños

• Peso de unidades y etiquetado de cada una

• Peso de piezas y agrupación para peso total requerido para empaquetado (automatizado)

Balanzas: frutas, huevos o productos empaquetados

Sistemas de flotación: (guisantes, judías )

Sistemas de aspiración: (nueces, avellanas,…)

Sistemas de catapulta: (trayectoria según peso)

Medida de las dimensiones

(3) SELECCIÓN POR TAMAÑO

• Sobre todo para tratamientos térmicos (transferencia de calor)

• Preferencia del consumidor: alimentos uniformes

• Se utilizan tamices de diferentes diseños

TAMICES DE APERTURA FIJA

• Tamiz unido a un lecho de forma y apertura fija

• Suelen ser metálicos

Tamices de fondo plano

Tamices de tambor o rotatorios

concéntrico

en serie

paralelo

Tamices de tambor o rotatorios

concéntrico

en serie

paralelo

Soportan el proceso de “machaqueo”

Saturación en entrada

No se sobrecargan

+ productivos

TAMICES DE APERTURA VARIABLE

A) Apertura variable continuamente: de rodillos, de cable, de cinta

a) Dos rodillos inclinados con apertura variable que rotan.

Los alimentos permanecen en este sistema hasta que encuentra una apertura entre

rodillos por la que puedan bajar cayendo en canales de recolección acolchados

Seleccionadora de rodillos

b) dos cables inclinados con apertura cada vez mayor

(orienta al producto en su posición mas estable)

Separa por diferencias mínimas

c) de cinta: los alimentos se desplazan por una ranura continuamente divergente

producida por cintas inclinadas en movimiento

Tamices de apertura variable

B) apertura variable escalonada: de rodillos y de cinta, de tornillo, de longitud

a) de rodillos y de cinta

consiste en una cinta transportadora inclinada en dirección o unos rodillos accionados

mecánicamente. La separación entre cada rodillo y la cinta se ajusta en función del

tamaño deseados. Es muy rápido y eficaz pero lesiona algo las frutas delicadas.

b) de tornillo: arrastra la fruta por medio de dos espirales parcialmente superpuestas,

una continua y otra dividida en secciones. Al girar desplazan los alimentos

c) de longitud o anchura: los alimentos circulan por ranuras de longitud o anchura

determinada. Los extremos de los canales aumentan y si el alimento no pasa, cae.

(4) SELECCIÓN POR FORMA

se utiliza para terminar de eliminar algunos contaminantes que todavía persisten en el

alimento

materiales “atípicos” que se rechazarían una vez procesados ( eficacia del proceso)

SELECCIONADORA DE DISCOS Y DE CILINDROS

Funcionan atrapando productos de tamaño deseado en unas muescas situadas en los lados de

los discos verticales rotatorios.

Los discos están metidos en un depósito

de alimentación (trigo, avena, arroz)

(4) SELECCIÓN FOTOMÉTRICA

Se realizan en función de la reflectancia y la transmitancia de los materiales.

Reflectancia:

- Indica madurez de las MP (colores de fruta, legumbres y carne)

- Presencia de defectos en superficie (agujeros)

- Grado de procesado (galletas, pan, patatas)

Piel de patata

Comparación entre la señal de un barrido fotométrico de la superficie del alimento y el control

TRANSMITANCIA

• Determina sus propiedades internas (madurez, defectos en corazón)

• Inclusiones de materias extrañas

• Manchas de sangre en huevos o embriones en el interior

Se emplean equipos que transmiten radiaciones electromagnéticas

Toda la selección de alimentos se puede hacer a través del “Procesado Digital de Imágenes”

CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA PRIMA

Es una separación en base a una evaluación global equilibrada de múltiples propiedades que

afectan a su aceptación como alimento por parte del consumidor o como producto para ser

utilizado por el fabricante

1. FACTORES DE CLASIFICACIÓN

Las propiedades de los alimentos que determinan su calidad se pueden agrupar en 4:

- Aquellas que lo hacen adecuado para el proceso

- Inocuo para el consumidor

- Que sea conforme con las disposiciones legales

- Que sea aceptado por el consumidor

Limpieza

Propiedades sensoriales

Tamaño Forma Madurez

Textura Aroma Color

defectos

contaminantes

Estándar de calidad

2.1. Control de calidad

Se determina la calidad por medio de pruebas de laboratorio

2.2. Categoría de calidad

Procedimientos que separan la cantidad total del alimento en categorías de calidad

Clasificación manual:

• Operarios entrenados que captan simultáneamente cierto numero de factores de clasificación

formando un juicio equilibrado de la calidad global y separando físicamente el alimento en

categorías

• Estándares de color

• Elevado coste de mano de obra

• Agotamiento y fatiga ---- disminución de la eficacia de la clasificación

Clasificación automática

• se obtiene como resultado de una combinación de operaciones de selección

• rápida, reproducible, bajo coste de mano de obra

2. MÉTODOS DE CLASIFICACIÓN