Pelado Practica

PRACTICA DE PELADO CURSO: INGENIRIA DE PROCESOS III JEFE DE PRACTICAS: ING. Rubén Gustavo Castro Morales Objetivo:  Descripción de los métodos de pelado.  Realizar un ensayo de la operación de pelado.  Determinar los rendimientos del pelado.  Diseño de la operación de pelado, determinar el tiempo de la operación en función de la transferencia de calor y la temperatura. Generalidades.1. PELADO Esta operación se puede realizar por diversos métodos, aunque dependiendo de la naturaleza de la materia prima procesada pro cesada puede realizarse mediante sistema: - Térmico - Mecánico - Termo-físico - Químico La utilización de cada unos de estos sistemas de pelado producirá pr oducirá unos efectos determinados. - Eliminación de materia prima (fundamentalmente en el pelado mecánico) - Consumo de energía (pelado mecánico, térmico y termo-físico, principalmente) - Consumo de agua (todos los sistemas excepto el mecánico) - Utilización de productos peligrosos (pelado químico) A continuación se presenta una tabla en la que se muestran distintos tipos de materias primas y sus sistemas más habituales de pelado: Sistemas de pelado Mecánico Térmico A la llama Químico Termo-físico

Materia prima Manzana, espárrago Tomate Pimiento, cebolla Pera, tomate, pimiento, melocotón, albaricoque Patata, tomate

1.1. PELADO TÉRMICO Dentro de este conjunto de técnicas se agrupan aquellas que utilizan un ataque térmico para producir la separación de la piel de los frutos. Excepto en el caso de pelado a la llama, los sistemas se basan en provocar la cocción o destrucción de la pulpa pegada a la piel mediante un tratamiento de choque térmico por escaldado. En el caso de pelado a la llama, la piel es desecada y carbonizada por la exposición del fruto a una llama a temperaturas cercanas a los 500 ºC.

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Figura 1.- Pelado térmico Las alternativas de pelado térmico y los productos a los cuales se pueden aplicar se Presentan en la siguiente tabla: Tabla 1. Alternativas de pelado térmico y productos a los que se puede aplicar

Alternativa Escaldado con agua caliente Escaldado con vapor Presión de vapor Aceite caliente Llama Congelación

Productos Tomate, patatas jóvenes, melocotones maduros, remolacha Tomate, patatas jóvenes, melocotones maduros, remolacha Tubérculos Pimiento Pimiento, patatas pequeñas, cebollas Melocotones, otros

Los frutos se tratan con vapor de agua durante un tiempo corto pero suficiente para que los tejidos que hay bajo la piel reduzcan su adherencia para poder separarla. Existen en el mercado diferentes aplicaciones de dicho sistema: Empleo de vapor a presión Mecanismo de pelado que presenta mayores rendimientos que el pelado con sosa cáustica, y en el que se inyecta vapor a presión (3-10 Kg/cm2) durante 5-10 segundos hasta que la temperatura que alcanza debajo de la piel sea superior a 100 OC. Posteriormente se elimina la piel mediante rodillos o chorros de agua a presión. Empleo de vapor a presión -vacío El producto recibe un calentamiento superficial rápido e intenso, seguido de la aplicación de vacío, cosa que provoca la ruptura brusca "de la piel y su desprendimiento. Posteriormente se aplica la acción de rodillos o chorros de agua a presión. 2

Los alimentos (por ejemplo: diversas raíces como, remolacha, zanahoria, etc.) se introducen en lotes en un recipiente a presión que rueda a 4-6 revoluciones por minuto, al que se halla conectado un flujo de vapor a alta presión (1.500 kPa). La rotación del recipiente asegura que el alimento en cuestión contacte con el vapor por todas sus caras durante un tiempo preestablecido que depende del tipo de alimento. La elevada temperatura del vapor calienta rápidamente la superficie del producto (15-30 segundos) pero su baja conductividad térmica impide que este penetre hacia el interior por lo que éste no se cuece y por tanto, su color y textura no sufren ninguna modificación. Al producirse una súbita caída de la presión se libera vapor bajo la piel y la superficie del alimento se despega. La mayor parte del material salta al liberarse el vapor y la ducha de agua sólo se precisa para liberar los restos de piel que permanecen adheridos. Este tipo de peladoras están alcanzando una gran difusión no sólo por su capacidad de producción (hasta 4.500 kg/hora), sino por su bajo consumo en agua, porque las pérdidas de peso que provocan en el producto son muy escasas y por el buen aspecto de los alimentos pelados por este método. Además el ciclo de pelado puede controlarse automáticamente y los efluentes que se genera son de mayor concentración, lo que hace más fácil su eliminación (Anón., 1984b). Empleo de cuchillos En el caso de los tomates, estos son escaldados y enfriados, para pasar posteriormente por una serie de cuchillos giratorios y dispositivos de material rugoso que eliminan la piel. Pelado con Llama Consistente en someter los frutos a la acción de llamas. Se realiza en hornos rotatorios. Se utiliza principalmente para las cebollas. Cosiste en una cinta sinfin que transporta el producto en rotación a través de un horno a una temperatura superior a 1000ºC. A su paso por el horno, la última capa de la cebolla y las raíces más finas se queman y la piel chamuscada es eliminada mediante una ducha de agua a alta presión. Las pérdidas medias por este sistema son del 9% Pelado con aceite Consiste en sumergir el producto en un baño de aceite mineral neutro, calentado a 430 - 440 °C durante 30 - 40 segundos. Después del tratamiento térmico, los pimientos se transportan por una cinta de malla metálica, donde se escurre el aceite y a continuación se someten a la acción de potentes duchas de agua a presión, para separar y eliminar la piel.

1.2. PELADO MECÁNICO Fue el primer sistema empleado por la industria conservera de vegetales. Se basan en el uso de cuchillos tradicionales u otros especialmente diseñados para los diferentes productos. Otros mecanismos menos manuales se están empleando en la industria con resultados satisfactorios. En los pelados mecánicos se utilizan métodos físicos de eliminación de la piel (abrasión, cuchillas). Generalmente se aplican en frutas o verduras compactas excepto en el caso de pelado por ultrasonidos, que se aplica sobre frutos maduros o blandos. Sistema Abrasión en continuo Con cuchillas Ultrasonidos

Productos Patata, remolacha Manzanas, peras Tomate, melocotón muy maduro, frutos maduros 3

Las aguas residuales de lavado están menos cargadas de materia orgánica al haber retirado independientemente los residuos sólidos procedentes del pelado.

Figura 2.- Pelado mecánico Alguna de las limitaciones de esta tecnología es que no se puede aplicar a todas las materias primas y que en ocasiones generan mayor pérdida de producto que otros sistemas de pelado, con el consiguiente aumento de los residuos sólidos generados.

Abrasión En dicho sistema los frutos se someten a un movimiento de giro, de forma que toda la superficie de los mismos está en contacto con la superficie abrasiva, que por fricción desprende la piel. Posteriormente se elimina mediante chorros de agua a presión. En el caso de frutos con piel fina, se utilizan cepillos o la acción combinada de ambos. Los productos a los que se aplica dicho sistema son tubérculos o raíces. En este sistema el alimento entra en contacto con unos rodillos de carborundo o se coloca en unos recipientes recubiertos con este material (material abrasivo a base de silicio y carbono). Esta superficie abrasiva arranca la piel que es seguidamente arrastrada por una corriente abundante de agua. Las ventajas de este método son su bajo coste energético (dado que esta operación se realiza a temperatura ambiente), los escasos gastos de inversión que requiere y el buen aspecto de los alimentos pelados por este método. Algunos productos de forma irregular (por ejemplo, patatas con cavidades) requieren un acabado a mano. Las limitaciones de este sistema son: 1. Las pérdidas que provocan son mayores que las del pelado a vapor (25% contra un 818% para las verduras). 2. La producción de grandes cantidades de el1uentes diluidos cuya eliminación resulta cara y difícil. 3. La escasa capacidad de este sistema ya que los alimentos deben contactar individualmente con la superficie abrasiva. 4

Una excepción a estas objeciones la constituyen las cebollas cuya piel se elimina con facilidad en rodillos abrasivos con una producción de hasta 2.500 kg/h. Cuchillos mecánicos En este sistema de pelado la piel de la fruta y verdura se retira al presionar estas en rotación contra unas cuchillas fijas. En otros casos son unas cuchillas rotatorias las que retiran la piel del alimento, que permanece estacionario. Este sistema resulta particularmente adecuado para los frutos cítricos cuya piel se retira con facilidad sin apenas deterioro o pérdida de peso. Existen muchos modelos de dicho sistema, debido al diseño específico por tipo de producto a pelar. Se basan en la mecanización del corte realizado por cuchillos. En un primer momento dicho sistema se aplicó a frutas las cuales presentaban menos dificultades de pelado, pero posteriormente se ha extendido su uso a las hortalizas.

1.3. PELADO QUÍMICO El pelado químico se basa en la desintegración del tejido en contacto con la piel de los vegetales y su desprendimiento de éste debido a un ataque químico combinado con un choque térmico. La piel se separa posteriormente con chorros de agua a presión. El agente químico más comúnmente utilizado es una disolución de sosa caliente a concentraciones muy elevadas (en función del tipo de materia prima pueden llegar hasta el 15%), aunque también se utilizan ácidos. A veces a esta disolución se le aplican agentes tensoactivos para mejorar el

ataque de la sosa y reducir el tiempo del baño. Figura 3.- Pelado químico

El pelado químico se aplica a productos tan variados como melocotón, pera, gajos de satsuma, patatas, tomate, albaricoque y otros. Desde el punto de vista de la calidad de pelado, la ventaja de este sistema frente a los sistemas mecánicos es que su eficiencia no se ve afectada por la forma o uniformidad de la superficie del vegetal y por su elevada capacidad de procesamiento. 5

Sin embargo, estos sistemas de pelado tienen un impacto ambiental importante debido fundamentalmente a la producción de vertidos con pH extremos y de elevada conductividad. Características: Este sistema utiliza sosa cáustica , la cual presenta una elevada efectividad y es económica, para el pelado. Es el sistema más utilizado. El producto limpio entra en un tanque que contiene la solución de sosa cáustica (del 2 al 20%), calentada con vapor. El producto atraviesa el baño mediante transportadores de paletas bien en sistema tambor que gira sumergiendo el producto en la solución y conduciéndolo a través de ésta, o bien a partir de transportador de paletas situado en la parte superior del tanque. En el caso de tomates, manzanas, peras, en los que las ceras contenidas en la piel dificultan la acción de la sosa se adiciona al tanque agentes tensoactivos de tipo bipolar. Después del tratamiento los frutos se lavan con abundante agua a presión separándose la piel de los frutos y eliminando los restos de sosa. Esta operación se suele realizar en tambores giratorios de varillas y superficie rugosa, con duchas a presión. El producto permanece un tiempo dentro del tambor acumulándose, cosa que facilita el desprendimiento de la piel por fricción o roce. Posteriormente el producto pasa a un baño que contiene una solución ácida para neutralizar los restos de sosa y regular el pH del producto. Finalmente para eliminar los restos de piel que queden, se realiza un repaso manual. Este sistema utiliza grandes volúmenes de agua, así como genera grandes cantidades de agua residual con pH modificados debido al contenido de sosa y ácidos. Este sistema utiliza una solución diluida de hidróxido sódico a 100 - 120ºC. Por el procedimiento antiguo de pelado cáustico los alimentos pasan por un baño de sosa al 1-2% para reblandecer la piel y ésta es posteriormente eliminada por una ducha de agua a alta presión. Si bien este sistema era, en otro tiempo, de uso corriente para el pelado de productos como remolachas, zanahorias, etc. provocaba en algunos de ellos cambios de color y además resultaba caro, por lo que en la actualidad ha sido sustituido por el pelado a vapor. Una variante de este sistema de pelado cáustico es el sistema de pelado cáustico en seco, en el que el alimento se sumerge en una solución del 10% de hidróxido sódico que reblandece la piel siendo ésta posteriormente eliminada en unos discos o rodillos de goma. Esta variante reduce tanto el consumo de agua, como las pérdidas de producto y genera un efluente de consistencia pastosa que se elimina con mayor facilidad. Pelado alcalino en seco Sistema que consiste en recubrir el producto en una película de sosa cáustica concentrada (20%) mediante inmersión o pulverizado. Seguidamente, el producto pasa a la unidad de infrarrojos que consta de un alimentador de frutos y un transportador de rodillos giratorios. Durante el transporte los frutos están expuestos a la acción de los rayos infrarrojos. La acción combinada de calor y sosa da lugar a la disgregación de la piel de una capa fina de pulpa, al tiempo que provoca el secado de la superficie. La piel disgregada se elimina como residuo semiseco por efecto de la fricción de unos frutos con otros al pasar a través de un tambor rotatorio de varillas o de superficie rugosa. Los restos de sosa y de piel que quedan se eliminan finalmente con duchas de agua a presión. Este sistema se aplica al pelado de patatas sobretodo. Es un sistema que supone un ahorro de agua, y una menor aportación de sosa a las aguas residuales. Pelado con sales de amonio Para mejorar el pelado con sosa cáustica se ha diseñado un sistema de pelado cuya solución acuosa contiene ortofosfato de diamonio con agentes tensoactivos. Dicho procedimiento se puede aplicar a zanahorias y patatas. Se obtienen unos efluentes con menos residuos, y pH más bajo facilitando el tratamiento de los residuos. 6

Pelado ácido Sistema que se aplica al pelado de cítricos para eliminar el albedo de los segmentos o gajos. El proceso consta de dos partes: una primera en un tratamiento ácido para hidrolizar las sustancias pécticas contenidas en el albedo, y una segunda parte en la que se aplica un tratamiento alcalino para disgregar y eliminar el resto de la piel. 1.4. PELADO TERMO-FÍSICO Consiste en la separación de la cutícula por efecto de una descompresión instantánea tras la aplicación de vapor de agua a presión. La eliminación de las pieles se puede realizar por métodos mecánicos o mediante duchas de agua a presión. Este sistema no consigue los mismos niveles de calidad que el pelado químico en cuanto a grado de separación de pieles en tomate, pero, sin embargo, presenta ventajas desde el punto de vista medioambiental: - No produce los vertidos de pH extremo del pelado químico - Residuos sólidos son más fácilmente aprovechables - Menor consumo de agua y menor producción de vertidos 1.5. PELADO POR CONGELACIÓN Basado en someter los frutos a una congelación rápida seguida de una descongelación. La piel se desprende debido a los cristales de hielo que se forman en la capa subcutánea que rompen los tejidos. La piel se elimina posteriormente mediante sistemas mecánicos. 1.6. PELADO CON AIRE A PRESIÓN Dicho sistema utiliza la acción combinada del pelado mecánico: fricción o cuchillos, y aire a presión, para separar y eliminar los restos de pieles.

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2. DISEÑO DE LA OPERACIÒN DE PELADO: 2.1. TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA OPERACION DE PELADO Se va a estudiar como el conocido “sólido semiinfinito” que ocurre en cuerpos muy grandes,

cuyo interior nunca llega a calentarse(o enfriarse) o en los primeros momentos del intercambio de calor cuando el centro aun no llega a afectarse. El caso semiinfinito tiene validez mientras el centro no comienza a calentarse. Esto puede ser porque el sólido es muy grande o el tiempo que ha pasado es muy pequeño. Varios autores coinciden con esta hipótesis es perfectamente aceptable cuando:  

F0 < 0,07 (caso sólido semiinfinito) Resistencia externa nula (Bi  > 40)

Las condiciones de este caso son:  

Distribución inicial de temperaturas constante: cuando, t 0=0; T(x)=T0 . Resistencia externa nula, se acepta que la temperatura de la superficie del sólido coincide siempre con la del baño.

Entonces para ello considerar la siguiente relación de temperaturas:

Donde:   

T: Temperatura para el tiempo considerado. T: Es la temperatura del medio, a la que pondrá el cuerpo cuando lleve un tiempo muy largo. T0: Es la temperatura inicial del cuerpo.

Ahora, tenemos el módulo P: (P)

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Donde:   

X: Es la distancia desde la superficie. : Es la difusividad térmica. t: Es el tiempo considerado.

Por tanto la relación general para la transferencia de calor en las condiciones establecidas será:

Y = f(P) Donde f(P) resulta ser una distribución de probabilidad cuya expresión es la siguiente:

O en forma desarrollada que es lo mismo:

   =  √ 

√      

∫

Los valores de er (P) se encuentran tabulados o incorporados en software matemáticos, aquí presentamos un extracto:

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2.2.

DISEÑO DE LA OPERACIÓN DE PELADO A VAPOR

El diseño básico de la operación de pelado conlleva la decisión o cálculo de los siguientes parámetros: 1. Elección de la presión y/o temperatura del vapor. 2. Cálculo del tiempo de exposición para una penetración del calor dada. En el caso del pelado al vapor sólo hay que calcular el tiempo de penetración del calor, a diferencia del escaldado, ya que no es necesario mantener la temperatura al no ser necesario desactivar ninguna enzima. Este cálculo básico se realiza de la que en el calentamiento superficial, usando la gráfica recogida o con la función errf(P)=Y. Además considera la siguiente relación:

Ejemplo: Calcule la temperatura (T) luego de calentar una patata de 80 mm de diámetro a una temperatura de vapor (T V) de 150°C, a 1,0 mm debajo de la superficie, después de un periodo de calentamiento de 25 s. Temperatura inicial de la patata 20ºC.

T (T0 ; T ; x ; t) = T(20; 150 ; 0,001 ; 25) Tenemos.     

T0 = 20ºC T = incógnita? T = TV = 150ºC X = 0,0015 m t = 25 s

De la ecuación general:

T = TV – ( TV - T0 )[ er(P) ] De la ecuación, obtenemos por reemplazo de los valores, la solución del problema. T = 150 - ( 150 – 20 )

 √ 

√      

∫

El diseño avanzado implica imponer dos condiciones a la penetración del calor. El caso más interesante es el imponer dos temperaturas a dos distancias de la superficie. En este caso se obtienen a la vez la temperatura del vapor y el tiempo de exposición. 10

Ejemplo: Se desea diseñar un ciclo de pelado al vapor para una patata de 80 mm de diámetro a vapor de forma que se alcancen 115°C a 1,0 mm debajo de la superficie y que no se superen los 100ºC a 2,5 mm. Calcule T V y t para obtener el fin deseado. Cálculo: Sean (TI, x1) y (T2, x2) las dos temperaturas en las dos posiciones fijadas. Sea Tv la temperatura del vapor y T 0 la temperatura inicial.

En el problema concreto, las únicas incógnitas son Tv y t, temperatura del vapor y tiempo de exposición, que se obtienen resolviendo el anterior sistema de ecuaciones, mediante el empleo de software matemáticos (mathcad, matlab, etc.).

PARTE EXPERIMENTAL. 1. 2. 3. 4. 5.

Realizar un pelado manual del durazno. Realizar un pelado químico del durazno. Realizar un pelado térmico de un tomate por inmersión en agua a 100 0C. Realizar un pelado a vapor de papas. Para cada operación determinar los rendimientos y los tiempos de duración.

Seguir las indicaciones del profesor para realizar cada operación. COMPOSICION TIPICA QUIMICA PROXIMAL DE LAS MUESTRAS: ALIMENTO PAPA BLANCA DURAZNOS TOMATE ITALIA.

AGUA

PROTEINA

GRASA

CARBOHIDR.

CENIZAS

74,5 84,7 94,8

2,1 0,3 0,8

0,1 0,1 0,2

22,3 14,4 3,6

1,0 0.6 0,6

CALCULO DEL CALOR ESPEIFICO DEL ALIMENTO (Cp):

CP = 0,34(XCH) + 0,37(XN) + 0,4(XG)+ 0,2(XCz)+ XH2O Donde:  

CP : Calor especifico del alimento en Kcal/kg ºC XCH : Contenido en carbohidratos por unidad. 11

   

XN : Contenido en proteínas por unidad. XG : Contenido en grasa por unidad. XCz : Contenido en cenizas por unidad XH2O : Contenido en agua por unidad.

CALCULO DEL COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD DEL ALIMENTO (k):

k=

   + 0,22 (  )  

Donde:  

K : Coeficiente de conductividad en kcal/mhºC. W : Composición porcentual de agua en el alimento.

CALCULO DEL COEFICIENTE DE DIFUSIVIDAD TERMICA DEL ALIMENTO:

=

 

Donde:   

: Coeficiente de difusividad térmica en m 2 / h. K : Coeficiente de conductividad en kcal/mhºC.

: Densidad en kg /m3 .

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