Fundamentos de tecnología de los alimentos

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Fundamentos de tecnología de los alimentos Editor

Horst-Dieter Tscheuschner

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I

Este ejemplar fue donado por el Ministerio oe Ed»lección Superior y la O fic in a C':.'? 1 ■ 0 ' ' n r S nn c H.-»l 0 -.^+ ^, :: :> dor :rio corno epodo a ics Instituciones cu &Jucjetón Superior

Comeas, 200í

Editorial ACRIBIA, S.A. ZARAGOZA (España)

A

P.

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T ítulo orig in a l:

G rundzüge d er L ebensm itteltechnik, 2“ edición

E ditor:

H o rst-D ieter T scheuschner

E d ito ria l:

B. B e h r’s V erlag G m bH & Co. A v erh o ffstraß e 10 D -22085 H am burg, A lem ania

©

B .B eh r’s Verlag GmbH & Co., Averhoffstraße 10 D-22085 Hamburg, Germany

©

De la edición en lengua española Editorial Acribia, S.A., Apartado 466 50080 ZARAGOZA (España)

I.S.B.N.: 84-200-0952-0

IM PRESO EN ESPAÑA

Depósito legal: H U -251/2001

PRINTED IN SPAIN

Editorial ACRIBIA S.A.- Royo, 23 - 50006 Zaragoza (España)

Imprime: Grafic RM Color, S.L. C/ Ganadería, parcela 27B, nave 2. 22006 Huesca. 2001

Del prólogo a la primera edición

En la presente obra, «Tecnología de los alimentos», se presentan por prim era vez de form a com pleja los principales elem entos de esta disciplina científico-técnica. La tecnología de los alimentos surgió en los primeros países industrializados hacia finales de los años cincuenta del siglo XX y desde ese momento se desarrolló de manera vertiginosa. Es la expresión y el resultado del gran grado de desarrollo alcanzado por la producción de alimentos. T o d av ía a p rin cip io s del siglo XIX la producción de alim en to s se b asaba principalm ente en el conocim iento técnico em pírico, del que eran depositarias las industrias artesanales dedicadas a la producción de alimentos. El punto de vista científico de algunos aspectos de estos procesos de producción se fue imponiendo sólo de modo titubeante y esporádico conform e se desarrollaban la ciencia y la tecnología. Los primeros progresos importantes se consiguieron gracias a la investigación de situaciones concretas. Ello condujo a una mayor efectividad y estabilidad de los procesos empíricos o a una m ejor calidad del producto final. Con el paso progresivo de la producción artesanal a la producción industrial comenzó la segunda fase del desarrollo del punto de vista científico. A este desarrollo de la tecnología contribuyeron especialmente el análisis y la descripción general de las fases de cada proceso de producción. La abstracción conseguida de los procesos tecnológicos elementales de cada industria permitió el análisis teórico unitario de los procesos básicos más importantes. Simultáneamente, se crearon así los supuestos esenciales para una base teórica común para el desarrollo de procesos y para proyectar la producción de alimentos como un saber científico-técnico a partir de la tradición artesanal. Con el comienzo de la revolución técnico-científica se instauró también en el ámbito de la producción industrial de los alimentos una rama de desarrollo cualitativam ente nueva, que surgió a la vez que la tecnología de los alimentos. Es objeto de esta disciplina el proceso de producción industrial de alimentos. Reflejo de este conocimiento científico en forma teórica es el contenido de la disciplina científica de la tecnología de los alimentos. Los elem entos importantes de esta rama del saber con carácter integrador son las materias primas y sus propiedades tecnológicas, la tecnología de los procesos de transform ación, el proceso de producción total y los métodos para la estructuración y proyecto de los procesos. Así, este estado de la cuestión tecnológica en el sentido

Y

más amplio constituye el núcleo de la tecnología de los alimentos y la línea de partida para el desarrollo de nuevos procesos y equipos. Al elegir los componentes del contenido del libro no pudimos considerar las disciplinas básicas de las ciencias naturales y de la tecnología, que pertenecen a los saberes básicos del ingeniero de los alimentos. Igualmente, por motivos de espacio renunciam os a describir detalladamente los fundamentos de la tecnología de procesos y del procesado, así como del envasado. Estas disciplinas se tratan exhaustivamente en la literatura especializada, a la que remitiremos al lector. Desde este punto de vista, las características técnicas del procesado seleccionadas y los métodos de control de calidad constituyen el núcleo de esta obra, así como el complejo tecnológico de la transformación de las materias primas en alimentos. El libro proporciona importantes temas, estructuras tecnológicas y legislación general y métodos de la tecnología alim entaria, permitiendo así una visión de conjunto rápida de las complejas relaciones e interacciones de la producción industrial de alimentos. Vaya nuestro agradecimiento a todas las personas e instituciones que han colaborado con nosotros o nos han proporcionado material gráfico y han revisado el manuscrito. Serán bienvenidos todos los comentarios e indicaciones sobre el texto que puedan mejorar futuras ediciones. Dresden El Editor y la Editorial

VI

Prólogo a la segunda edición

La prim era edición de este libro de texto y manual especializado fue publicado por la Fachbuchverlag Leipzig con autorización de Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt tuvo tan buena acogida por parte no sólo de los técnicos de la industria alimentaria, sino también especialm ente entre los estudiantes; le siguió poco tiempo después una reimpresión sin modificación alguna. Después de muchos años, esta reimpresión también se agotó y la B ehr’s Verlag, Hamburg, tuvo el mérito especial de prom over la aparición de una segunda edición revisada. Esta nueva edición se realizó manteniendo la concepción básica original. Mientras que los Capítulos 1 a 4 y el 6 se actualizaron sólo con pequeñas m odificaciones y adiciones, los Capítulos 8 y 9 requirieron una revisión exhaustiva. Por último, los Capítulos 5 y 7 se escribieron de nuevo, para lo que fue necesario recurrir a nuevos autores especialistas en la materia. El editor agradece a todos los autores, personas y compañías que contribuyeron al manuscrito con su colaboración y proporcionando material gráfico. Dresden El Editor

VII

Autores

P rof. D r.-Ing. habil., In stitu t fü r V erarbeitungsm aschinen, L an d m asch in en und V erarb eitu n g stech n ik , T ech n isch e U n iv ersität D resden

H orst G o l d h a h n ,

Dr. rer. nat., ehem . Institut für L ebensm ittel und B ioverfahrenstechnik, T ech­ nisch e U n iv e rsitä t D resd en

H il t r u d L i e b e r s ,

Prof. D r.-Ing. habil., Institut für L ebensm itteltechnik und B ioverfahrenstechnik, T ech n isch e U n iv e rsitä t D resd en L o t h a r L in k e ,

U l r ic h L ö s e r ,

D r.-Ing., K raft Jacobs Suchard, RSD, Inc. M ünchen D r.-Ing., Dr. Q uendt B ackw aren G m bH , D resden

H artm ut Q u en d t,

H ans-J örg R aeu ber ,

Prof. D r.-Ing. habil., Franz Z entis K onfitüren- und S ü ß w aren fab rik , A a­

chen E. L. S p ie s s , Prof. D r.-Ing., Institut für V erfahrenstechnik, B undesforschungsanstalt für E rnährung, K arlsru h e

W alter

Prof. D r.-Ing. hab il., Dr. h. c., D eu tsch es In stitu t fü r L eb e n s­ m itteltechnik e. V., Q uakenbrück

H o r s t - D ie t e r T s c h e u s c h n e r ,

W il l i W i i t ,

D r.-Ing., W estfalia S eparator AG, O elde

K a r l - H e in z W o l f , J o r i s W o 'i t e ,

Prof. D r.-Ing. habil., Fachhochschule L ausitz

Prof. D r.-Ing. habil., Institut fü r V erfahrenstechnik, T echnische U niversität D resden

( t 1996)

Con la colaboración de: G unter A rn d t,

D r.-Ing., D resden

P ro f. D r.-In g . h ab il. ( | ) , eh em . In s titu t fü r V e ra rb e itu n g sm a sc h in e n , T ech n isch e U n iv e rsitä t D resd en

H elm ut B ro sa m ler,

S ie g f r ie d G e r h a r d t ,

D r.-Ing., K ipsdorf

D r.-Ing., B ergholz-R ehbrücke

E r ic h H a e v e c k e r ,

Prof. D r.-Ing, habil., In stitu t fü r K o n stru k tio n stech n ik und A n lag e n g e sta l­ tung (IK A D resden)

J o a c h im H e n n ig ,

D r.-Ing., Institut fü r L ebensm itteltechnik und B ioverfahrenstechnik, T echni­ sche U n iv e rsitä t D resd en

C h r is t o p h K l u g e ,

W o l fg a n g K o p s c h in a , B enno K unz,

D ipl.-Ing., ehem . U nilever, K leve

Prof. D r.-Ing. habil., Institut für L ebensm itteltechnologie, U n iversität B onn

S u s a n n e L a il a c h , H e in z N i k o l a u s ,

D r.-Ing., T scheuschner LTR, D resden

F ran k fu rt/O d er

IX

Capítulo

Autores

1.

1 .1 - 1 .4

2.

2 .1 - 2 .8

H .-D . T s c h e u s c h n e r H .-D . T s c h e u s c h n e r

2 .9 - 2 .1 1

L . L in k e

E . H aevecker

2 .1 2

B. K u n z H. N ik o l a u s

2 .1 4

H.-J. R a e u b e r H .-J. R a e u b e r H .-J. R a e u b e r

2 .1 5

L . L in k e

G.

2 .1 3

3.

3 .1 - 3 .5

4.

4 . 1 - 4 .1 0 5 .1 - 5 .3

U. L ö se r

6.

6 .1

K .-H . W o l f H .-J. R a e u b e r H .-J. R a e u b e r H .-D . T s c h e u s c h n e r H .-J. R a e u b e r

6 .2 .1 6 .2 .2 6 .2 .3 6 .2 .4 6 .2 .5 7 .1 - 7 .3

W. E.

8.

8.1

8.2

H .-D . T s c h e u s c h n e r H .-D . T s c h e u s c h n e r

8 .3

W . W itt L . L in k e

8.5

H .-D . T s c h e u s c h n e r

8 .6

L . L in k e

8 .7

H .-D . T s c h e u s c h n e r

8 .8

L. L in k e

8 .9

H .-D . T s c h e u s c h n e r H .-J. R a e u b e r H .-J. R a e u b e r H .-J. R a e u b e r H. L ie b e r s H. Q u e n d t H. G o l d h a h n

8 .1 2 8 .1 3 9 .1 9 .2

X

L . S p ie ss

8 .4

8 .1 1

A rndt

L . L in k e

7.

8 .1 0

S . G erhardt

H .-D . T s c h e u s c h n e r H .-D . T s c h e u s c h n e r

5.

9.

Con la colaboración de

S. L a il a c h

W. K o p s c h i n a S . L a il a c h

B.

K unz

H. N ik o l a u s S . G erhardt

K .-H. W

o lf

H .-J. H e n n ig H. B r o s a m l e r

9 .3

L. L in k e

9 .4

L.

L in k e

C h . K luge

9 .5

L . L in k e

C h . K luge

9 .6

J. W

otte

índice de contenido

1

La t e c n o l o g í a de los a l i m e n t o s c o m o d i s c i p l i n a c i e n t í fi c a i n d u s t r i a l ............................................

1.1

D efin icio n es fu n d a m e n ta le s

1 .2

O bjetivos y particularidades de la p ro d u cció n de a lim e n to s O b jetivos p rincipales de la producción de alim e n to s Particularidades de la producción de a lim e n to s ..........................................

1.2.1 1 .2 .2

1.3

E stru ctu ra ción jerá rq u ica d el p ro ceso de p ro d u c c ió n

1 .4

2

2 .4 .2 1 1

2 .1 .3 2 .1 .4 2 .1 .5

2

4

L o s p rin cip io s tecnológicos y su em pleo en la tecnología de los a lim e n to s...................................

5

M a t e r i a s p r i m a s ...............................

9

C e r e a l e s ................................................. ............ C aracterísticas g e n e ra le s E stru c tu ra , co m p o n en tes y partes a p ro v e c h a b le s...................... Propiedades físico -q u ím ica s E species y variedades ..................... C o n d icio n es de alm acenam iento ...

9 9 9 10 15 15 16 16

20 20

2 .3 .3

N ueces y fru to s s e c o s .......................... C aracterísticas g e n e ra le s .................... E stru c tu ra , co m p o n en tes y partes a p ro v e c h a b le s...................... C on d icio n es de alm acenam iento ...

2 .4 2 .4 .1

S em illa s de c a c a o ................................. C aracterísticas g e n e r a le s ....................

23 23

2 .2 .3 2 .2 .4 2 .2 .5 2 .3 2 .3 .1 2 .3 .2

2 .5 2.5.1 2 .5 .2

2

L e g u m b r e s ............................................... C aracterísticas g e n e ra le s .................... E stru c tu ra , co m p o n en tes y p artes a p ro v e c h a b le s...................... Propiedades físico -q u ím ica s Especies. Variedades ............................ C o n d icio n es de alm acenam iento ...

2 .2 2 .2 .1 2 .2 .2

23

25

2

\ 2.1 2 .1 .1 2 .1 .2

2 .4 .3

E stru ctu ra, com p o n en tes, partes aprovechables y propiedades físico-quím icas ......................................... Subespecies, variedades, grados de calidad, condiciones de a lm a c e n a m ie n to .................................

16 18 19 19

20 22

2 .5 .3 2 .6 2.6 .1 2 .6 .2

2 .6 .3 2 .7 2.7.1 2 .7 .2 2 .7 .3

2 .8 2.8 .1 2 .8 .2 2 .8 .3 2 .8 .4

2 .9 2.9.1 2 .9 .2 2 .9 .3 2 .9 .4

S em illa s o le a g in o sa s.............................. C aracterísticas g e n e r a le s ........................ E stru ctu ra, co m p o n en tes, partes aprovechables y propiedades físico -q u ím ica s P ropiedades de a lm a c e n a m ie n to ....

26 26

27 27

G ranos de c a fé ...................................... C aracterísticas g e n e r a le s .................... E stru ctu ra, co m p o n en tes, partes aprovechables y propiedades físico -q u ím ica s Especies, variedades y condiciones de alm acenam iento ....

27 27

T é ............................................................... C aracterísticas g e n e r a le s ................... E stru ctu ra, co m p o n en tes y partes a p ro v e c h a b le s E species, variedades y condiciones de alm acenam iento ....

30 30

T a b a c o ..................................................... C aracterísticas g e n e ra le s .................... E stru ctu ra, co m p o n en tes y partes a p ro v e c h a b le s...................... P ropiedades físico -q u ím ica s Especies, variedades y condiciones de alm acenam iento ....

33 33

F r u ta s ........................................................ C aracterísticas g e n e r a le s .................... E stru ctu ra, co m p o n en tes y partes a p ro v e c h a b le s...................... P ropiedades físico-quím icas y particularidades de elaboración ... A lm acenam iento de la f r u t a

36 36

27 30

31 32

33 34 35

37 38 39

XI

2 .1 0 2 .1 0 .1 2 .1 0 .2

H o n a l i z a s ............................................... C aracterísticas g e n e ra le s ................... E stru ctu ra, co m p o n en tes y partes a p ro v e c h a b le s...................... P ropiedades físico-quím icas y particularidades de elaboración ... A lm acen am iento de h o r ta liz a s

40 40

R em o la ch a a z u c a r e r a .................. C aracterísticas g e n e ra le s .................... E stru ctu ra, co m p o n en tes y partes a p ro v e c h a b le s...................... Propiedades físico-quím icas y procesos específicos de e la b o ra c ió n ...................................... A lm a c e n a m ie n to de la rem olacha a z u c a re ra ................

46 46

2 .1 2 L e c h e ' ...................................................... 2 .1 2 .1 C aracterísticas g e n e r a le s ..................... 2 .1 2 .2 C o p tp o s ic ió n ........................................... 2 .1 2 .2 .1 P ro te ín a s lá c te a s .................................... 2 .1 2 .2 .2 G rasa l á c t e a ............................................. 2 .1 2 .2 .3 L a c t o s a ..................................................... 2 .1 2 .2 .4 C o m p o n en tes lácteos e s p e c ia le s .... 2 .1 2 .3 P ropiedades físico -q u ím ica s

50 50 50 51 51 52 53 54

2 .1 3 2 .1 3 .1 2 .1 3 .2

55 55

2 .1 3 .3 2 .1 3 .4 2 .1 3 .5

C a r n e ......................................................... C aracterísticas g e n e r a le s ..................... E stru c tu ra , co m p o n en tes, p artes a p ro v e c h a b le s ......................... P ropiedades físico -q u ím ica s C lases y t i p o s ......................................... C a racterísticas de alm acenam iento

2 .1 4 2.1 4 .1 2 .1 4 .2 2 .1 4 .3 2 .1 4 .4

P e s c a d o ................................................... C aracterísticas g e n e ra le s .................... C on d icio n es de alm acenam iento ... E s p e c ie s ................................................... E s tr u c tu r a ................................................

60 60 62 63 63

A g u a .......................................................... Función del agua en la elaboración de a lim e n to s .......................................... 2 .1 5 .2 E specificaciones de calidad del agua 2 .1 5 .2 .1 E specificaciones del agua potable .. 2 .1 5 .2 .2 E specificaciones especiales para la elaboración de d eterm inados p ro d u c to s .............. 2 .1 5 .3 T ratam ien to del a g u a ........................... 2 .1 5 .4 U tilización económ ica del a g u a

74

2 .1 0 .3 2 .1 0 .4 2.11 2 .1 1 .1 2 .1 1 .2 2 .1 1 .3

2 .1 1 .4

2 .1 5 2 .1 5 .1

3

3 .1

XII

F u n d a m e n t o s f ís ic o s - q u ím ic o s a c e r c a d e s u s ta n c ia s a lim e n tic ia s e n s i s t e m a s d i s p e r s o s ................... L a s sustancias alim enticias com o sistem as d is p e r s o s ...................

43 44 45

47

48 49

56 57 59 59

74 76 76

76 79 82

3 .2 3.2 .1 3 .2 .2 3 .2 .2 .1 3 .2 .2 .2 3 .2 .2 .3 3 .2 .2 .4 3 .2 .2 .5 3 .2 .3

3 .2 .3 .1 3 .2 .3 .2 3 .2 .3 .3 3 .2 .3 .4

Interacciones entre p a rtículas en sistem as d isp e rso s.......................... 3.3 .1 In terac cio n es ele c tro stá tic a s entre partículas en líquidos p o la re s 3 .3 .2 In terac cio n es e le ctro státicas en tre partículas en líquidos a p o la re s 3 .3 .3 Interacciones de V an D er W aals entre partículas d is p e rs a s .................. 3 .3 .4 Interacciones en tre partículas con capas de ad so rció n ...................... 3 .3 .5 S uperposición de interacciones entre p a r tíc u la s .................................... 3 .3 .5 .1 A gregación y estabilidad de floculación ........... 3 .3 .5 .2 C oalescencia y estabilidad de la co alescen cia................................ 3 .3 .6 A d h e s ió n .................................................. 3 .3 .7 Form ación de estructuras en sistem as d isp e rs o s......................... 3 .4 3.4.1 3 .4 .2 3 .4 .3 3 .4 .4 3 .4 .5 3 .4 .6 3 .4 .7 3 .4 .8

3 .5 3.5.1

83

86 87 88 88 88 89 89 92

95 95 96 97 98

3 .3

3 .4 .9 83

Interacciones entre m oléculas en los sistem as disp erso s.................. E nergía in te r fa c ia l............................... F enóm enos in terfaciales en sistem as b ifá sic o s.......................... Presión capilar de c u rv a tu ra T rabajo de c o h e s ió n ........................... A dsorción a los lím ites de fases líq u id a s......................... .......... Sustancias te n s io a c tiv a s ..................... A dsorción en interfases s ó lid a s F enóm enos in terfaciales en partículas pequeñas y películas fin a s.................................... G otitas y cristales p e q u e ñ o s Películas líquidas f in a s ......................... Películas y envolturas de solvatos extrafinas ....................... F orm ación de núcleos cristalinos y de condensación ............................

P ropiedades de sistem as dispersos esp e c ia le s ............................................... S u sp en sio n es............................................ E m u ls io n e s .............................................. E s p u m a s ................................................... Sólidos d is p e rs o s ................................... A e r o s o le s ................................................. P o l v o s ....................................................... Coloides de a s o c ia c ió n ........................ D isoluciones m acrom oleculares y g e le s ..................................................... Sistem as dispersos c o m p le jo s F u n d a m en to s fís ic o -q u ím ic o s de la viscosidad de líq u id o s T eorías cin etico m o lecu lares de la viscosidad .....................................

100 101 102 103 105 107 107 1 10 110 1 11 113 113 115 118 120 121 121 121 124 128 129 129

3 .5 .2

5 .2 .2 .2

3 .5 .4

Influencia de la estructura m olecular sobre la v isc o sid a d L íquidos p oliatóm icos a p o la re s Líquidos p o la r e s ....................................... P o lím ero s h o m ó lo g o s ........................... H o m ó lo g o s c o m u n e s .............................. H o m o m o r fo s ......................................... Influencia de la presión y la te m p e r a tu ra ..................................... Viscosidad de disoluciones v e rd a d e ra s.................. V iscosidad en sistem as d ispersos

4

R e o lo g ia d e lo s a l i m e n t o s

4 .1

C lasificación y d e fin ic ió n ....................

4 .2

D efin icio n es g enerales de la m a c r o rr e o lo g ía ............................

135

4 .3

C uerpos e lá s tic o s .....................................

145

4 .4

C uerpos v isc o so s ......................................

147

4 .5 4 .5 .1

M o d elo s re o ló g ic o s ................................ 151 M odelos de las propiedades reológicas fundam entales ideales ... 151 M odelos de las propiedades Teológicas c o m p le ja s ............................. 151

3 .5 .2 .1 3 .5 .2 .2 3 .5 .2 .3 3 .5 .2 .4 3 .5 .2 .5 3 .5 .2 .6 3 .5 .3

4 .5 .2

4 .6 4 .6 .1 4 .6 .2 4 .6 .3 4 .6 .4

131 131 131 132 133 133 133 134 134 135

C o m p o rta m ien to de cuerpos co m p lejo s bajo d e fo r m a c ió n 151 F lu jo s new toniano y no n e w to n ia n o ..................................... 151 F luidos no new tonianos ind ep en d ien tes del tie m p o .................. 155 C o m p o rta m ie n to de flujo dependiente del tie m p o 163 C o m p o rta m ie n to d efo rm a tiv o v is c o e lá s tic o ............................................. 168 S o lid ez de cuerpos re o ló g ic o s

177

4 .8

O tras p ro p ie d a d es y ca racterísticas re o ló g ic a s

17 8

4 .9

L eyes fu n d a m e n ta le s de la re o lo g ia .......................................

185

D eterm in a ció n exp erim en ta l de las p ro p ied ades reológicas .......

186

5

A s e g u r a m ie n to d e la c a lid a d ...

195

5 .1

in tro d u c c ió n ..........................................

195

5 .2

A p lic a c ió n de las norm as D IN ISO 9 0 0 0 ........ U tilidad de la certificación ISO 9 0 0 0 ............ Sistem as de gestión de c a lid a d Particularidades de las em presas de a lim e n ta c ió n ....................................

5 .2 .1 5 .2 .2 5 .2 .2 .1

5 .2 .2 .4 5 .2 .2 .5

5 .3 6

6.1

135

4 .7

4 .1 0

5 .2 .2 .3

197 199 199 199

6 .1 .1 6 .1 .1 .1 6 .1 .1 .2 6 .1 .1 .3 6 .1 .1 .4 6 .1 .2 6 .1 .2 .1 6 .1 .2 .2

E structura organizativa de un sistem a de gestión de la c a lid a d E structura de los contenidos de los docum entos ISO 9 0 0 0 ........... E lem entos de un sistem a de gestión de c a lid a d ........................... M antenim iento de un sistem a certificado de gestión de c a lid a d D irección de procesos estadísticos

201 203 206 206 212

F u n d a m e n to s d e lo s p r o c e s o s t é c n i c o s ..............

217

P rocesos básicos generales, a paratos y m áquinas de las técnicas de procesam iento y p r o c e s o s P rocesos m ecánicos fundam entales S e p a r a c ió n ............................................ M e z c la d o .............................................. D iv is ió n ................................................. A g lo m e ra c ió n ...................................... P rocesos térm icos fu n d am en tales.. T ransferencia de c a l o r ..................... T ran sferen cia de m a te r ia .................

217 217 217 223 229 231 233 234 236

6 .2

P rocesos básicos especiales, aparatos y m áquinas de la tecnología de los a lim e n to s 239 6 .2 .1 E lim in ació n de com ponentes 240 de las m aterias p r im a s ....................... 6 .2 .1 .1 D e fin ic ió n .............................................. 240 6 .2 .1 .2 A grupación de los principios de a c tu a c ió n ........................................... 242 6 .2 .1 .3 R ealización té c n ic a ............................. 250 6 .2 .2 F ragm entación de m aterias no q u e b ra d iz a s...................................... 250 6 .2 .2 .1 D e fin ic ió n ............................................... 2 5 0 6 .2 .2 .2 Fuerzas eficaces y realización té c n ic a ......................... 251 6 .2 .3 F orm ación y tran sfo rm ac ió n de e stru c tu ra s........................................ 266 6 .2 .3 .1 D efiniciones y s in o p s is ...................... 2 6 6 6 .2 .3 .2 E m u ls io n a d o .......................................... 269 6 .2 .2 .3 P roducción de e s p u m a s ...................... 270 6 .2 .3 .4 E laboración de suspensiones y pastas por c o n d en sació n ............... 273 6 .2 .3 .5 Cam bios estructurales especiales .... 275 6 .2 .4 T ran sfo rm acio n es f ís ic a s ................... 2 7 5 6 .2 .4 .1 C occión térm ica ................................... 275 6 .2 .4 .2 F e rm en tació n y desarrollo de b io m a sa ..................... 288 6 .2 .4 .3 M aduración"............................................. 294 6 .2 .5 C o n serv ació n ......................................... 298 6.2 .5 .1 S in o p s is ..................................................... 2 9 8 6 .2 .5 .2 C o nservación té r m ic a ......................... 300

XIII

R efrigeración y congelación de a l i m e n t o s ......................................

7

8 .2 .4 .2 307 8 .2 .4 .3

7.1

G e n e r a lid a d e s ......................................

7.2

E fectos de las bajas tem peraturas en lo s a lim e n to s ................................... A lteraciones q u ím ic a s ....................... A lteracio n es m ic ro b io ló g ic a s......... A lteraciones f ís ic a s ............................. A lteración de las propiedades te r m o fís ic a s .......................................... C apacidad calorífica e s p e c ífic a ...... E n talp ia e s p e c íf ic a ............................. C o nductividad c a lo r ífic a .................. C o nductividad té r m ic a ......................

7 .2 .1 7 .2 .2 7 .2 .3 7 .2 .4 7 .2 .4 .1 7 .2 .4 .2 7 .2 .4 .3 7 .2 .4 .4 7.3

307

311 311 313 314 322 324 324 326 329

7 .3 .1 7 .3 .1 .1 7 .3 .1 .2 7 .3 .2 7 .3 .2 .1 7 .3 .2 .2 7 .3 .2 .3 7 .3 .2 .4

P ro c e d im ie n to de aplicación del f r í o ........................ R e frig e ra c ió n ........................................ E n fr ia m ie n to ........................................ A lm acen am ien to refrig erad o ......... P roducción por c o n g e la c ió n ............ C o n g e la c ió n ........................................... A lm acen am iento en con g elad o r .... D is trib u c ió n ........................................... D e s c o n g e la c ió n ....................................

329 329 330 334 336 337 341 344 345

8

P r o c e s o s de p r o d u c c i ó n ...............

347

8 .1

G e n e r a lid a d e s......................................

3 47

8 .2 8.2.1 8 .2 .2

P rocesado de c e r e a le s ...................... S in o p s is ................................................... O btención de productos de la m olienda (harina de tr ig o ) ..... O bjetivos y procesos im plicados ... P roceso general de la obtención de h a r in a ................................................ Fase de lim pieza y p rep aració n ...... Fase de m olienda y tam izado ......... Fase de proceso de m ezclado de las fracciones de la m olienda O btención de productos d escascarillados ( a r r o z ) ..................... O bjetivos y procesos necesarios .... P ro c eso co m p leto del descascarillado del a rro z ............. D e scasc arillad o ..................................... Separación de los granos descascarillados de los granos con cáscara ............................................ D esbastado del arroz d escasc arillad o .................... P u lid o ...................................................... E laboración de productos pan ificad o s frescos ( p a n ) ................. O bjetivos y procesos necesarios ....

348 348

8 .2 .2 .1 8 .2 .2 .2 8 .2 .2 .3 8 .2 .2 .4 8 .2 .2 .5 8 .2 .3 8 .2 .3 .1 8 .2 .3 .2 8 .2 .3 .3 8 .2 .3 .4

8 .2 .3 .5 8 .2 .3 .6 8 .2 .4 8 .2 .4 .1

XIV

348 348

8 .2 .4 .4 8 .2 .4 .5 8 .2 .4 .6 8 .2 .4 .7 8 .2 .5 8.2.5.1 8 .2 .5 .2 8 .2 .5 .3 8 .2 .5 .4 8 .2 .5 .5 8 .2 .6 8 .2.6.1 8 .2 .6 .2

8 .3 8.3.1 8 .3 .2 8 .3.2.1 8 .3 .2 .2 8 .3 .2 .3 8 .3 .3 8.3 .3 .1 8 .3 .3 .2 8 .3 .3 .3

349 351 353

8 .3 .4 8 .3 .4 .1 8 .3 .4 .2

3 63 8 .3 .4 .3 364 364 364 366

8 .4 8.4.1 8 .4 .2

366

8 .4 .3

367 368

8 .4 .3 .1 8 .4 .3 .2 8 .4 .3 .3 8 .4 .3 .4 8 .3 .4 .5

368 368

P ro c eso co m p leto de la elaboración de p a n .................... F ase de preparación de las m aterias p rim a s....................... Fase de preparación de la m a s a Fase de am asad o ................................... Fase de h o rn e a d o ................................ F ase de tratam iento p o s te rio r Producción de pastas alim enticias (e sp a g u e tis )............................................ O bjetivos y procesos necesarios .... P ro ceso co m p leto de la elaboración de esp ag u etis Fases de preparación y moldeado de la m a s a .............................................. Fase de se c a d o ...................................... F ase de tratam iento p o s te rio r Elaboración de productos cocidos y extruidos (te x tu riz a d o s )................ O bjetivo y procesos im plicados' P roceso com pleto de la cocción y e x tru s ió n -H T S T ..............................

368 368 370 379 381 384 384 384 385 386 387 389 389 389 389

O btención de a lm id ó n ...................... G eneralidades......................................... O btención de alm idón de patata .... C onsideraciones g e n e r a le s ............... Introducción a la producción de alm idón de p a ta t a .......................... Fase de obtención del alm idón de p a t a t a ................................................ O btención de alm idón de m a íz C onsideraciones g e n e r a le s ............... Introducción a la producción de almidón de m a íz ............................. Fase de obtención del alm idón de m a íz .................................................... O btención de alm idón de tr ig o C onsideraciones g e n e r a le s ............... Introducción a la producción de almidón de tr ig o ............................. Fase de obtención de alm idón de tr ig o ....................................................

390 390 393 393

P roducción de a z ú c a r ....................... O bjetivo y procesos im p lic a d o s P roceso com pleto de o btención de azúcar blanco a partir de la re m o la c h a.................................... E tapas de producción (procesos y e q u ip a m ie n to s) P reparación de la re m o la c h a O btención del e x tr a c to ..................... P urificación del e x tr a c to ................. C oncentración del j u g o ..................... O btención del azúcar cristalizado ..

404 404

393 394 397 397 398 398 401 401 401 402

404 404 404 408 414 416 417

P roducción de aceite fin o de m esa y de m a rg a rin a .................. S in o p s is................................................... 8.5.1 P roducción de aceite vegetal 8 .5 .2 (de girasol) r e f in a d o .......................... O bjetivos y procesos necesarios .... 8 .5 .2 .1 P roceso co m p leto de producción 8 .5 .2 .2 de aceite e hidrogenación de grasas ................................................. Producción de m a r g a rin a ................. 8 .5 .3 8.5 .3 .1 ' O bjetivo y p rocesos n e c e s a rio s...... 8 .5 .3 .2 P ro ceso co m p leto de producción de m a rg a rin a .........................................

8 .8 .2 .3

8 .5

8 .6 8.6.1 8 .6 .2 8.6 .2 .1 8 .6 .2 .2 8 .6 .2 .3 8 .6 .3 8 .6 .4

8 .7 8.7.1 8 .7 .2 8.7 .2 .1 8 .7 .2 .2 8 .7 .2 .3 8 .7 .2 .4 8 .7 .2 .5 8 .7 .2 .6 8 .7 .3 8 .7 .3 .1 8 .7 .3 .2 8 .7 .3 .3 8 .7 .3 .4

8 .8 8.8 .1 8 .8 .2 8 .8 .2 .1 8 .8 .2 .2

423 423

8.8 .3

424 424

8.8 .4 8.8 .5

424 431 431 432 436 436

P ro d u cció n de d u l c e s ....................... S in o p s is ................................................... Producción de productos a base de cacao (tabletas de chocolate) .... O bjetivo y p rocesos n e c e s a rio s...... P ro c e so co m p le to .............................. Fase de elaboración de pasta de cacao .................................................. F ase de producción de m anteca de cacao y cacao en p o lv o ............... Fase de producción de pasta de c h o c o la te ......................................... F ase de transform ación de la pasta de ch o co late en ta b le ta s ..............:.... Elaboración de productos a base de azúcar (c a ra m e lo s)........................ O bjetivo y procesos n e c e s a rio s ...... P ro c e d im ie n to c o m p le to ................. Fase de producción de masa de c a r a m e lo ........................................... Fase de elaboración de la masa de c a r a m e lo ...........................................

457 457

437 437 437 437 450 452

45 8 45 8 459 459 465 468

P roducción de estim ulantes portadores de a lc a lo id e s ................. S in o p s is ................................................... 8.9.1 8 .9 .2 E laboración de café tostado y molido a partir del café c r u d o ..... O bjetivo y procesos n e c e s a rio s...... 8 .9 .2 .1 8 .9 .2 .2 P ro c eso c o m p leto .............................. Fase de lim pieza prelim inar 8 .9 .2 .3 del café c r u d o ....................................... S .9 .2 .4 F ase de tostación, relrigeración y elim inación de p ie d r a s ................... Fase de lim pieza del café tostado... 8 .9 .2 .5 8 .9 .2 .6 Fase de m olienda del café tostado.. 8 .9 .2 .7 Fase de envasado del café to sta d o .. 8 .9 .3 E laboración de té n e g r o .................... 8.9.3.1 O bjetivo y procesos necesarios 8 .9 .3 .2 P ro ceso co m p leto .............................. Procesado de hojas tiernas de té 8 .9 .3 .3 para obtención del té b r u t o ............. Procesado del té negro para 8 .9 .3 .4 obtener té de calidad c o m e rc ia l...... Procesado de cigarrillos a partir 8 .9 .4 de tabaco c r u d o .................................... 8.9.4.1 O bjetivo y procesos n e c e s a rio s...... 8 .9 .4 .2 P ro c eso c o m p le t o .............................. Fase de preparación del tabaco 8 .9 .4 .3 c ru d o ........................................................ 8 .9 .4 .4 Fase de m ezclado y picado del ta b a c o ............................. 8 .9 .4 .5 Fase de secado, refrigeración, extracción de polvo y a r o m a tiz a d o ...................................... Fase de liado, corte 8 .9 .4 .6 y em paquetado de c ig a rrillo s ...........

485 49 5 499 502

8 .9

Procesado de fru ta s y hortalizas ... Sinopsis ................................................... Producción de conservas e s te riliz a d a s ........................................... O bjetivo y procesos n e c e s a rio s...... P ro ceso co m p leto de producción de conservas e s te riliz a d a s ................ E tapas del proceso (procesos y e q u ip a m ie n to s)............. P ro d u cció n de conservas co n g e la d a s.................... Producción de zum os de frutas y h o r ta liz a s ............................................

P ro d u cció n de b e b id a s ..................... S in o p s is ................................................... E laboración de c e r v e z a ..................... O bjetivo y procesos n e c e s a rio s ...... P roceso co m p leto de elaboración de cerveza ..............................................

F ases del procedim iento (procesos v e q u ip a m ie n to s)............. Producción de bebidas refrescantes sin a lc o h o l............................................. E laboración de vino ........................... Producción de bebidas alcohólicas .

47 3

8 .1 0

476 476 476

8.10.1 8 .1 0 .2

478

8 .1 0 .2 . 1 8 .1 0 .2 .2 8 .1 0 .2 .3 8 .1 0 .3 8 .1 0 .3 . 1 8 .1 0 .3 .2

480 483 483 484 484 485

8 .1 0 .3 .3 8 .1 0 .3 .4

Tratam iento y procesado de le c h e ......................... S in o p s is ................................................... O bjetivo y procesos necesarios en el tratam iento y procesado de la le c h e .............................................. P rocesos m ecánicos ........................... P rocesos térm icos .............................. Procesos b io q u ím ic o s ........................ P ro c eso c o m p leto .............................. M anejo y transporte de la leche .... Producción de leche para consum o y bebidas a base de le c h e ................... E laboración de productos lácteos a c id ific a d o s............................................ Producción de quesos frescos .........

504 504 506 506 506 506 506 511 511 512 512 512 512 512 516 517 517 517 517 520

520 521 522 52 2

523 523 529 531 532 532 533 533 535

XV

8 .1 0 .3 .5 8 .1 0 .3 .6 8 .1 0 .3 .7 8 .1 0 .3 .8 8 .1 0 .3 .9

Producción Producción Producción Producción P roducción

8.11 8 .1 1 .1 8 .1 1 .2 8 .1 1 .2 .1 8 .1 1 .2 .2 8 .1 1 .2 .3 8 .1 1 .2 .4 8 .1 1 .2 .5 8 .1 1 .2 .6 8 .1 1 .2 .7 8 .1 1 .2 .8

O btención y p ro cesa d o de ca rn e... 543 S in o p s is ................................................... 543 O bjetivo y procesos n e c e s a rio s 543 A tu r d im ie n to ........................................ 543 D e s a n g ra d o ............................................ 546 D esollado y arranque de cerdas ...... 5 4 6 A s e rra d o .................................................. 5 4 8 D eshuesado, extracción de carne ... 548 T ritu rad o , picado y m o lid o 549 551 L lenado, d o s ific a c ió n ........................ R efrig eración, congelación, d e s c o n g e la c ió n ..................................... 552 556 A hum ado, s e c a d o ................................ S alazón y productos cárnicos c u r a d o s .................................................... 560 P ro c eso c o m p le t o ............................ 561 Sacrificio de ganado p o r c in o 561 Sacrificio de ganado v a c u n o 561 D espiece de c a n a le s ............................ 561 Producción de em butidos crudos .... 5 6 4 P roducción de em butidos e s c a ld a d o s.............................................. 565 P roducción de em butidos cocidos .. 5 6 5

8 .1 1 .2 .9 8.11.2.10 8 .1 1 .3 8 .1 1 .3 .1 8 .1 1 .3 .2 8 .1 1 .3 .3 8 .1 1 .3 .4 8 .1 1 .3 .5 8 .1 1 .3 .6 8 .1 2 8 .1 2 .1 8 .1 2 .2 8 .1 2 .2 .1 8 .1 2 .2 .2 8 .1 2 .2 .3 8 .1 2 .2 .4 8 .1 2 .2 .5 8 .1 2 .2 .6 8 .1 2 .2 .7 8 .1 2 .2 .8 8 .1 2 .2 .9 8 .1 2 .3 8 .1 2 .3 .1 8 .1 2 .3 .2 8 .1 2 .3 .3

8 .1 3 8 .1 3 .1 8 .1 3 .2

de de de de de

quesos m a d u ro s queso fu n d id o m an teq u illa............... nata para co n su m o . leche en p o lv o

T ratam iento y p ro cesa d o d el p e s c a d o ........................................... S in o p s is ................................................... O bjetivo y procesos necesarios en el procesam iento del pescado ... R efrigeración previa del pescado ... C lasificación del p e s c a d o ................ D estripado del p esc a d o ..................... Lavado del p esc a d o ............................ Fileteado del p e s c a d o ........................ T roceado del p e s c a d o ....................... T ritu ración del p e s c a d o .................. C ongelación del p e s c a d o .................. D escongelación del p e s c a d o P ro c e d im ie n to c o m p leto del procesado del p e s c a d o ................ P reservación del p e s c a d o ................. C onservas de p e s c a d o ........................ Producción de subproductos de p escad o ..............................................

P ro d u cció n de b i o m a s a .................. S in o p s is .................................................. Producción de levadura alim enticia y para p ie n s o s ...................................... 8 .1 3 .2 .2 P ro c e d im ie n to co m p leto en la producción de levadura alim en ticia y para p ie n s o s ...............

XVI

536 539 540 541 542

8 .1 3 .2 .3 E tapas del procedim iento (procesos y e q u ip a m ie n to s) 8 .1 3 .3 Producción de levadura de p an ad ería........................................... 8 .1 3 .4 Cultivo m asivo de algas ................... 9

R a c io n a liz a c ió n d e p r o c e s o s e i n s t a l a c i o n e s ..................................

9.1

F undam entos de la racionalización de los p ro c e so s C o n c ep to s im p o rtan tes y m étodos de tr a b a jo .......................... A nálisis y racionalización del p r o c e s o ............................................ Función y estructura de los sistem as te c n o ló g ic o s D efecto s en los sistem as te cn o ló g ico s D esarrollo y com paración de variantes e s tru c tu ra le s.................. M odelos de sistem as tecnológicos y su d e s a rro llo .............................>........ E volución genérica del diseño de sistem as te c n o ló g ic o s................... D esarrollo conceptual de las variantes p ro y e c ta d a s T raslado a la producción de la variante objetivo concebida ..

9.1 .1 9 .1 .1 .1 9 .1 .1 .2 9 .1 .1 .3 9 .1 .1 .4 9 .1 .1 .5 9 .1 .2 9 .1 .2 .1 9 .1 .2 .2

9 .2 567 567 568 570 570 572 572 573 575 577 577 578

9 .2 .1 9 .2 .1 .1 9 .2 .1 .2 9 .2 .1 .3 9 .2 .2 9 .2 .2 .1 9 .2 .2 .2 9 .2 .2 .3

9 .2 .2 .4 578 579 584 587 587 587

9 .3

9 .3 .1 9 .3 .2 9 .3 .3

590 9 .3 .4 597

9 .3 .5

M á q u in a s e instalaciones de p r o c e s a d o M áquinas de pro cesad o ....................... C om etido, función y e s tru c tu r a M odo de tra b a jo .................................... C o m p o rtam ien to f u n c io n a l Instalaciones de p ro c e s a d o V ariantes estructurales de la c o n c a te n a c ió n ............................ A lm acenam iento en in stalac io n e s de p ro c e sa d o .......................................... C riterios de selección y variantes de estructuras tecnológicas de in sta la c io n e s.................................... E structuras básicas lógicas relativas a la seguridad fu n c io n a l..................... P lanificación tecn o ló g ica /p ro y ecto de instalaciones de producción de a lim e n to s .......................................... E stablecim iento de o b je tiv o s P rocedim ientos y equipam ientos p r in c ip a le s ............................................. E stru ctu ració n y d im en sio n am ien to técnico de in sta la c io n e s .................... E structuración espacial y d im e n sio n a d o .................................... R e presentación del proyecto ...........

597 602 605

607

607 607 607 610 612 616 619 623 623 625

626 626 626 631 635 637 639 639

644 645

645 645 646 650 653 659

9 .3 .6 9 .3 .7

9 .3 .8

9 .4 9.4 .1 9 .4 .2 9 .4 .3 9 .4 .4 9 .4 .5

9 .5 9.5 .1

A lm acen am ien to de alim entos a granel ................................................... M edios de racionalización en el p ro y ecto /p lan ificac ió n te c n o ló g ic o ............................................ Seguridad laboral y protección del m edio a m b ie n te ............................. T écnicas de seg u ridad en la s industrias a lim e n ta ria s F u n d a m e n to s .......................................... P revención de in c e n d io s .................... P rev en ció n de e x p lo s io n e s ................ M edidas de protección co n tra o tro s efecto s nocivos ......... D ispositivos de seguridad para instalacio n es e s p e c ífic a s Técnicas de lim pieza e higiene en las in sta la c io n e s............................ F ijación de objetivos y form ación de depósitos de p ro d u c to s................

660

9 .5 .2 9 .5 .3 9 .5 .4

660 665

665 665 668 669 673

9 .6

9.6.1 9 .6 .2 9 .6 .3 9 .6 .4 9 .6 .5

D etergentes y desin fectan tes .......... P rocedim ientos e instalaciones de lim pieza y d esin fecc ió n ............... Controles del estado de lim pieza y d e s in fe c c ió n ...................................... Técnicas de protección m edioam biental en las industrias a lim e n tic ia s ........................................... P rincipios de la protección m e d io a m b ie n ta l.................................... Aguas residuales..................................... C ontam inación del a i r e ....................... R e sid u o s................................................... R u id o .........................................................

685 687 696

696 698 699 706 709 711

675 B i b l i o g r a f í a ...........................................................

713

í n d i c e a l f a b é t i c o ..................................................

733

681 681

XVII

1 ---------La tecnología de los alimentos como disciplina científica industrial

1.1

Definiciones fundamentales

La te c n o lo g ía de los a lim e n to s («F ood P ro ce ss E n g in e e rin g » en in g lé s, «Lebensmitteltechnik» en alemán) es una rama científica del campo de la producción industrial de alimentos que tiene por objeto el análisis, síntesis y realización industrial de procesos, métodos e instalaciones dirigidos a la producción de alimentos, tomando como base los fundamentos técnicos de procedimientos y transformaciones, así como los principios tecnológicos y específicos de cada proceso en particular. Es una parte inte­ grante de la ingeniería técnica, que comprende las bases de la realización de las ciencias naturales y matemáticas, de procesos y procedimientos industriales en lo referente a su estructuración y puesta en práctica. En términos generales, se ocupa de la diferenciación progresiva de procesos específicos de la tecnología de alimentos y de los conocimientos en creciente desarrollo al respecto, aprovechando a tal fin los conceptos polivalentes relativos a métodos y procesos y aplicándolos a la obtención de técnicas, instalaciones y productos nuevos [1.1] [1.2] [1.4] [1.8] [1.9]. Como disciplina científica que es, la tecnología tiene como objetivo principal el aspec­ to técnico-práctico de los procesos de producción industrial. Su meta es establecer las bases y los métodos más eficaces para el desarrollo práctico de los procesos de produc­ ción, de acuerdo con los principios legales y criterios técnicos, biológicos, económicos y sociales; aplicar los últimos conocimientos científicos a los sistemas de producción, y mantener el desarrollo de estos últimos en el mayor nivel científico y de calidad y con la máxima economía, respetando a la vez los principios ergonómicos, ecológicos y de seguri­ dad industrial [1.4] [1.5]. La tecnología de procesos es una rama científica que se ocupa de los métodos tecno­ lógicos de análisis, síntesis y realización industrial de los procesos de elaboración de sustancias, sin conceder importancia primaria a la especificidad de las sustancias y pro­ ductos ni a la definición de modelos macrogeométricos. La manipulación de sustancias comprende las variaciones físicas, químicas y bioló­ gicas de los sistemas materiales [1.4] [1.5] [1.10]. La tecnología de la transformación es una rama científica que se ocupa del análisis, síntesis y realización industrial de los diversos procesos m odificadores, así como de todos los procesos de ubicación y depósito de sustancias macrogeométricamente confor­ 1

2

Fundamentos de tecnología de los alimentos

madas, sin conceder importancia prim aria a la especificidad de las sustancias y produc­ tos ni a los procesos transformadores. La tecnología de la transformación se ha desarrollado históricamente en paralelo con la tecnología de los procesos. Ambas disciplinas se aproximan de manera creciente en sus respectivas m etodologías, por lo que se enriquecen mutuamente. Todos los procesos de producción de alimentos comprenden elementos de las tecno­ logías de los procesos y de las transformaciones [1.4] [1.5] [1.7] [1.11]. El de alimento es un concepto más amplio que los de sustancia alimenticia y artículo comestible. Comprende todas las sustancias que, en estado crudo, preparadas o transfor­ madas, son comidas, bebidas o tomadas por el organismo humano de alguna otra manera para satisfacer las necesidades de nutrición o para su estimulación. Las sustancias alimenticias son alimentos necesarios para el crecimiento, m anteni­ miento y correcta actividad funcional del organismo humano. Son componentes esencia­ les de los productos tanto de origen animal como vegetal los principios inmediatos (pro­ teínas, grasas, hidratos de carbono), sales minerales, elementos vestigiales, vitaminas, sustancias de lastre, pigmentos y sustancias responsables de aroma y sabor. Los estimulantes son sustancias en su mayoría de origen vegetal (plantas com esti­ bles) o afines a los alimentos. Su valor alimenticio es de importancia m ínima o inexis­ tente. Actúan sobre la actividad nerviosa de forma inmediata o transcurrido cierto tiem ­ po, generando una sensación placentera. Entre estos artículos estimulantes se incluyen, v.gr., café, té, betel, cola, mate, tabaco y bebidas alcohólicas [1.6].

1.2 1.2.1

Objetivos y particularidades de la producción de alimentos O bjetivos principales de la producción de alim entos

El objetivo principal de la producción de alimentos consiste en cubrir cuantitativa, cualitativam ente y en todo momento, mediante una actividad productiva adecuada, las necesidades de la población en sustancias alimenticias y artículos de consumo. Las necesidades varían de acuerdo con los diversos grupos de consum idores, calcu­ lándose en térm inos cuantitativos y cualitativos. La expresión de las necesidades se ve influida por diversos factores, como deseo de una alimentación sana, desarrollo de trabajo, nutrición en tiempo libre, precio de los productos alimenticios, etc. En la transform ación de materias primas animales y vegetales en alimentos revisten importancia los objetivos generales mencionados en la Tabla 1.1, de acuerdo con el tipo y características de la materia prima y del producto final a obtener.

1.2.2

P articularidades de la producción de alim entos

Las materias primas destinadas a la producción de alimentos son, en su gran m ayo­ ría, de origen animal o vegetal. Como sustancias biológicamente activas, están sujetas a

La tecnología de los alim entos

3

T abla 1.1 Finalidades y ejemplos de transformación de materias primas animales y vegetales en alimentos [1.7]. Finalidad

Ejemplos de procesos básicos utilizados

Aumento de la capacidad de conservación

Desecación, enfriado, gaseado, esterilización, acidificación, ahumado

Eliminación de suciedad y de porciones o sustancias inadecuadas o nocivas para la nutrición

Lavado, cribado, pelado, eliminación de piedras o huesos, filtrado, tostado, precipitación, extracción

Fragmentación en trozos o partículas del tamaño deseado

Corte, rotura, molido, triturado

Concentración de sustancias especialmente valiosas para la alim entación humana

Extracción, cristalización, destilación, ultrafiltración, osmosis inversa, evaporación, desecación, com presión, filtración

Eliminación de sustancias para aumentar la digestibilidad

Cocción, asado, horneado, avahado, ahumado en caliente, esponjado, salazón, acidificación, fragmentado, plastificado, fermentación

Transform ación de la estructura para m odificar la consistencia

Amasado, emulsión, dispersión, gelificación (coagulación, densificación), compactación, cristalización, espum ado, disgregación, imbibición

Fraccionado de productos naturales complejos en componentes con diversos contenidos y propiedades

Centrifugar, cribar, tamizar, cortar, prensar, clasificar

Combinación de diversos componentes de materias primas naturales o semielaboradas para obtener productos nuevos

Mezclar, amasar, inyectar, estratificar, emulsionar, suspender, rellenar, espolvorear

Transformación de sustancias m ediante procesos químicos, bioquím icos y biológicos para obtener sustancias y propiedades nuevas

Reacciones bioquímicas: fermentación, acidificación, obtención de aromas, maduración Procesos biológicos: producción de biomasas, enmohecimiento Procesos químicos: reacciones hidrotérm icas de desdoblamiento, reacción de M aillard

Enriquecimiento en componentes deficitarios para aumentar el valor nutritivo del producto

Vitaminización, adición de sales minerales, adición de ácidos grasos y am inoácidos esenciales, adición de proteínas de alto valor biológico, adición de fermentos, adición de sustancias de lastre

Aum ento de las propiedades sensoriales de los productos (valor organoléptico)

Aromatización, envasado protector del aroma, tostado, ahumado, coloreado, adornado, m oldeado, tem plado, modificación de la consistencia, influencia sobre la textura

Obtener productos «instantáneos» para alcanzar cortos tiem pos de preparación

Tratamiento hidrotérmico, aglomeración, emulsión

C onform ar piezas concretas con fines decorativos o tecnológicos

Moldear, troquelar, enrollar, laminar, filam entar a presión

Preparar form as de presentación adecuadas para la venta

Dosificar, seccionar, tabletear, rellenar, envasar, etiquetar. cerrar

4

Fundamentos de tecnología de los alimentos

una intensa interacción con el medio ambiente. Por ello, es necesario tener en cuenta los siguientes extremos: -

-

-

-

-

-

Las características de calidad y preparación varían mucho. Estas sustancias suelen contar con escasa capacidad de conservación y pierden cali­ dad con rapidez. Son por lo general de composición extremadamente compleja, lo cual impone deter­ minados límites en su transformación en lo referente a temperatura, presión y mani­ pulaciones mecánicas. Las materias primas, productos intermedios y productos terminados se alteran con rapidez, por lo que exigen un efectivo y fiable control de calidad y el cálculo de la producción de acuerdo con las cantidades y calidades de las materias primas que intervienen, todo ello para evitar pérdidas y obtener artículos de alta calidad. Los complejos m icroprocesos físicos, químicos, bioquímicos, microbiológicos, bio­ lógicos y físico-quím icos que discurren durante el almacenado y el tratamiento tec­ nológico, pese a los esfuerzos realizados a nivel mundial, todavía se hallan insufi­ cientemente investigados y formulados matemáticamente. En la producción de alimentos, los productos terminados han de reunir elevados re­ quisitos higiénicos y organolépticos. Además de exhibir una alta calidad, los produc­ tos alimenticios deben estar exentos de sustancias nocivas para la salud. Esto obliga a dictar especificaciones especiales para los establecimientos y los procesos tecnoló­ gicos correspondientes. La estrecha relación existente entre la calidad de los productos terminados y la cali­ dad de las materias primas requiere conservar al máximo la actividad biológica de estas últimas. Por esto y por la especial estructura de las materias primas, es frecuen­ te tener que desarrollar complicados procesos tecnológicos. La disponibilidad, limitada en el tiempo, de materias primas y las necesidades de alimentos relativamente uniformes a lo largo de todo el año, exige cuando se trabaja con materias primas fácilmente alterables que los productos intermedios y los ya terminados dispongan de adecuados sistemas de conservación y almacenado.

1.3

Estructuración jerárquica del proceso de producción

Para el análisis y síntesis de un procedimiento tecnológico, deben distinguirse las si­ guientes consideraciones cualitativas: el procedimiento comprende todas las etapas y uni­ dades procesales que son necesarias, convenientemente organizadas, para obtener un pro­ ducto terminado. Aquí quedan comprendidas las etapas del procesado a que se somete la materia prima, la transformación de ésta y la preparación final de la misma. Las etapas del procedimiento, como parte integrante de éste, constituyen una agrega­ ción de unidades procesales, que sirven para la realización de ciertos pasos parciales rela­ tivamente independientes, con vistas a la óptima transformación de la materia prima. La unidad procesal es la base tecnológica fundamental de una etapa del procedi­ miento o de un proceso en el cual discurre el macroproceso tecnológico. Los límites de la unidad procesal corresponden a la cobertura operativa, es decir, al aparato o la máquina

La tecnología de los alimentos

5

en que tiene lugar el proceso. La unidad procesal caracteriza a la vez a la unidad de tecnología y construcción, ya que es en la unidad procesal donde tiene el macroproceso tecnológico su estructura material. El proceso parcial com prende los lím ites de la unidad procesal determ inados geométricamente con suficiente exactitud y los desarrollos de diversos mecanismos aquí actuantes, con lo cual la unidad de tecnología y construcción se convierte en punto de consideración. El elemento de volumen es el plano o nivel a considerar en el sistema material, que cojista de dimensiones muy pequeñas, pero limitadas. Aquí se suele considerar de forma combinada la acción de los aspectos físico-químico y biológico del proceso, v.gr. el transporte simultáneo de materia y energía, presentándose ya en el elemento de volumen fuertes gradientes de magnitudes procesales de distinta intensidad. El proceso elemental comprende los microprocesos de naturaleza física, química o biológica que discurren libremente por efecto de almacenamientos excesivam ente pro­ longados. El proceso elemental se describe exclusivamente de acuerdo con los princi­ pios de los conocim ientos naturales, por lo que constituye la base científica natural del análisis y síntesis del proceso [1.3] [1.10].

1.4

Los principios tecnológicos y su empleo en la tecnología de los alimentos

La puesta en práctica de los principios tecnológicos básicos sólo es posible tomando en consideración las leyes físicas, químicas y biológicas fundamentales, así como las importantes directrices económicas y cibernéticas. Mientras que en las llamadas ciencias exactas sólo una solución es la correcta por lo general, la solución de los problemas tecnológicos (que operan con un amplio sistema de principios de ciencias fundamentales limitados en el espacio y en el tiempo por imposición de las condiciones concretas imperantes) no siempre supone llegar a resultados únicos. Los requisitos a cumplir, basados en diversas directrices físicas, químicas o biológicas, pueden estaren contradicción con las necesidades más convenientes [1.1]. Al proyectar un proceso industrial, el objetivo final es crear un conjunto de circuns­ tancias técnicas y económicas óptimas de procesos tecnológicos. Esta m eta puede alcanzarse de diversas maneras, de acuerdo con las clases de máquinas y aparatos exis­ tentes en el establecimiento, la mano de obra disponible y su cualificación, las materias primas necesarias, los sistemas de abastecimiento de agua, la energía disponible, las condiciones climáticas y otros factores. Los índices generales que permiten valorar la idoneidad de una línea de trabajo son el gasto concreto por unidad de producto (dadas unas características mínimas de calidad de éste), la existencia de contam inaciones nocivas procedentes del medio ambiente y el cumplimiento de las normas de protección laboral. Como consecuencia de las prescrip­ ciones en parte contradictorias, resulta difícil la elección de un método tecnológico óp­ timo, por lo que es preciso tomar en consideración y comparar entre sí gran número de posibles variables.

6

Fundamentos de tecnología de los alimentos

Principio del mayor aprovechamiento posible de las materias primas

En la producción de alimentos, los costes de las materias primas constituyen una im ­ portante fracción (50-95%) de los costes totales. Por ello, el máximo aprovechamiento de dichas materias primas es medida muy principal para reducir el costo de producción. Principio del acortam iento de la duración del proceso

La intensificación del proceso industrial (incremento de la velocidad de procesado) se alcanza aumentando las diferencias de potencial (temperatura, presión, concentra­ ción, etc.), los coeficientes cinéticos (constantes) y la superficie de contacto de las fases en mutuo intercambio. La velocidad de cualquier proceso de transformación o segregación es directamente proporcional a la fuerza motriz e inversamente proporcional a la resistencia. La fuerza mo­ triz es en este caso el factor que desvía el sistema considerado desde el estado de equilibrio. Principio del aprovecham iento máximo de la energía

En la industria alim entaria hacen falta grandes cantidades de energía para la realiza­ ción de los procesos técnicos y también para las operaciones de transporte y activida­ des auxiliares. La eficiencia del aprovechamiento de la energía requerida para un proceso tecnológi­ co se valora mediante un balance energético basado en la ley de la conservación de la masa y la energía. Principio del aprovechamiento óptimo de las instalaciones

La esencia de este principio consiste en alcanzar cotas máximas de producción a partir de determ inado volumen o superficie de una máquina o aparato, que ocupan una cierta longitud o superficie de la nave de producción. Este principio aspira a dism inuir los costos específicos, ya que los gastos permanentes de edificaciones e instalaciones no se modifican, y a aumentar las cantidades producidas. Principio de la mejora de las materias primas y de la calidad de los productos

La m áxima mejora de una materia prima y de la calidad de los productos terminados permite partir de m aterias primas baratas y fácilmente asequibles para elaborar artícu­ los de alta calidad, que alcanzan altos precios en el mercado mundial. Este principio sirve para aprovechar al máximo el potencial de la materia prima, ahorrar la im porta­ ción de productos de elevado precio y permitir la producción de artículos de alto valor culinario y de consumo. Aquí se incluye también la producción de biom asa a partir de productos residuales baratos para la elaboración de artículos de alto valor proteico. Principio del ciclo cerrado de las materias primas

M ediante el principio del ciclo cerrado de las materias primas en la industria alim en­ taria, en particular en cooperación con la agricultura, se evita en buena medida la conta­ minación del medio ambiente, además de aprovecharse ampliamente todos los residuos.

La tecnología de los alimentos

7

Principio de la producción media uniforme, independientem ente de la disponibilidad estacional de materias primas y de las necesidades de alimentos

Como consecuencia de la disponibilidad de materia prima durante cortos períodos de tiempo (resultado a su vez de la brevedad de las épocas de cosecha), de la escasa capa­ cidad de conservación de las materias primas y de las necesidades medias relativamente constantes de productos alimenticios, tiene lugar un desajuste entre las disponibilidades de materias primas, la capacidad de transformación de las mismas y las necesidades alimenticias. El principio de la producción media uniforme asegura la total transform a­ ción de las materias primas con una capacidad de producción adecuada y un aprovecha­ miento uniform em ente elevado de las instalaciones. La puesta en práctica del principio requiere el depósito transitorio en «circuitos amortiguadores» antes y después de la p ro d u c c ió n , a sí com o la c o n s e rv a c ió n in te rm e d ia (v .g r., com o p ro d u c to s semielaborados) o la conservación de los artículos terminados, con objeto de asegurar un almacenamiento prolongado y con escasas mermas. Principio de la ubicación y dimensiones óptimas del establecimiento

De las dimensiones del establecimiento dependen los métodos de producción a utili­ zar, la capacidad de producción y el grado de mecanización y autom atización de ésta. Las unidades grandes de producción pueden rendir más eficientemente. Con una crecien­ te concentración de la producción se alargan, en cambio, los trayectos a recorrer por las materias primas hasta el establecimiento, así como los trayectos a seguir por los produc­ tos terminados hasta su entrega, lo que eleva los gastos y las pérdidas por transporte en concepto de daños, alteraciones o mermas de la calidad. Por esto, las dimensiones ópti­ mas de un establecimiento dependen tanto de los tipos de materias primas y productos obtenidos, del nivel tecnológico de la producción y de la densidad de población, como de la capacidad de abastecimiento y otras condiciones concretas de la localidad. Principio de la especialización y cooperación

El complejo abastecimiento de la población con alimentos, requiere una amplia va­ riedad de presentaciones dentro de cada grupo de productos. En las líneas de produc­ ción de flujo continuo tiene lugar, sin embargo, el cambio frecuente de las instalacio­ nes, lo que implica la existencia de períodos de tiempo improductivos. La especialización de determinados establecimientos en una pequeña línea de productos, permite una pro­ ducción masiva y en serie en buenos términos económicos. Principio de la producción masiva automatizada

La seguridad de una calidad uniforme en los productos, el eficaz aprovechamiento de las instalaciones y a ser posible una producción al máximo con tres turnos, se logran con máxima efectividad controlando y gobernando automáticamente los procesos indus­ triales. La utilización aquí de medios microelectrónicos proporciona una alta precisión y una segura autom atización de las instalaciones y procesos más complejos. El empleo de robots industriales, especialmente para las operaciones de transporte, almacenam ien­

8

Fundamentos de tecnología de los alimentos

to y transbordos, libera a los operarios encargados de estas actividades de todo trabajo corporal m onótono y pesado. Principio de las variaciones óptimas

Este principio pretende, al programar instalaciones y métodos de trabajo la integra­ ción óptim a de las diversas operaciones en lo referente a continuidad, procesos físicos, químicos y bioquímicos, régimen tecnológico, parámetros constructivos, calidad de los productos, reducción de pérdidas, así como de otras variables. Los requisitos, en parte contradictorios, de algunas especificaciones referentes a la producción sólo pueden compaginarse resolviendo de la mejor manera posible los pará­ metros más importantes, merced a considerar sus valores máximos y mínimos como circunstancias obviables. El proceso principal de producción se m odificará de acuerdo con las condiciones concretas imperantes, lo que normalmente redundará en una reduc­ ción de los gastos comerciales inherentes al resultado buscado. Sin embargo, en la in­ dustria alim entaria resulta socialmente más importante otro parámetro principal de la producción: asegurar absolutamente y en todo momento el abastecimiento de la pobla­ ción en cantidad y en variedad con productos alimenticios básicos.

Materias primas

Casi todas las materias primas destinadas a la producción de alimentos proceden de l i naturaleza viva. Suelen ser plantas y animales explotados por el hombre que, merced i orocesos de selección y cría, cuentan con características especiales y con una elevada rroporción de partes adecuadas para la nutrición humana. Como sustancias biológicas que son, están sometidas durante su crecimiento, recolección, almacenamiento y proce­ sado a las influencias ambientales. Esto hace que sus propiedades, componentes y ca­ racterísticas de calidad fluctúen en el transcurso del tiempo. Además de su género y variedad, ejercen notable influencia sobre la calidad de las materias primas agrícolas los factores geográficos, atmosféricos y climáticos. Por esto, sólo pueden expresarse valores raedios para determinados componentes y características. En muchos casos, para designar La calidad de las materias primas es conveniente expresar el país de origen o la región de cultivo, así como el año en que tuvo lugar éste. Lo mismo puede extenderse a las condicio­ nes de alimentación y manejo de los animales de abasto.

2.1 2.1.1

Cereales C ara c te rís tic a s g en e rales

Los cereales son las plantas superiores más im portantes para la alimentación del hombre. Botánicamente, los cereales pertenecen a las gramíneas. Las especies de cerea­ les más importantes para la producción de alimentos humanos y piensos para el ganado en Europa son el trigo, centeno, cebada y avena. En América, Asia y Africa, la mayor importancia corresponde, junto al trigo, al arroz y maíz. En algunas regiones cobran importancia el mijo y el sorgo. Los cereales poseen una alta concentración de nutrientes, son fácilmente transportables y, en virtud de su bajo contenido de humedad (12-15%), toleran almacenamientos prolongados. Los alimentos fabricados a base de cereales se consumen principalm ente en forma de pan, pasteles, tortas, pastas y purés.

2.1.2

E s tru ctu ra, c o m p o n e n te s y p artes a p ro v ec h ab le s

Los granos de cereales constan de la envoltura de fruto y semillas, el endospermo (tejido nutricio, com puesto por aleurona = capa proteica; aceite y féculas = proteína y

10

F undam entos de tecnología de los a lim entos

almidón) y el embrión. Los granos de algunas especies están rodeados de glumas. La Figura 2.1 m uestra la estructura de diversas especies de cereales. La proporción de los diversos componentes morfológicos, referida al peso total, varía en las distintas especies y variedades (Tabla 2.1). La fracción de cuerpos harinosos varía entre los diversos cereales hasta en un 8% (trigo), por lo que también oscilan los respectivos rendimientos en la molienda. El conteni­ do de los demás componentes químicos principales varía también dentro de amplios már­ genes (Tabla 2.2). Asimismo, el porcentaje de los componentes en las diversas partes morfológicas está sujeta a grandes oscilaciones (Tabla 2.3); a este respecto, los compo­ nentes de la harina dependen mucho del grado de molturación aplicado. Los componentes digestibles para el hombre se encuentran principalmente en el endospermo. Las envolturas contienen la fracción principal á t fib ra bruta indigestible, la cual, sin embargo, es de gran importancia en la fisiología de la nutrición como sus­ tancia de lastre. Envolturas y embrión contienen el 28% de la proteína total y el 50% de la grasa total. Esta últim a ve disminuida su proporción en las harinas sometidas a una m olienda muy intensa, al formarse productos de oxidación con el oxígeno atmosférico, reduciéndose considerablem ente la capacidad de almacenamiento de las harinas. Esto hace necesaria la separación de las envolturas y embriones en la producción de tritura­ dos, sémolas y harinas. La fracción harinosa del endospermo se distingue notablemente de los demás componentes del grano en lo referente a contenido de sales minerales, diferencia que se tom a como base para tipificar las harinas de acuerdo con su contenido de cenizas. En teoría, v.gr., a partir del trigo, podría obtenerse, correspondiendo a la fracción de endosperm o, un 82,5% de harina con una proporción de cenizas del 0,35-0,50%. En la práctica se obtiene como máximo un rendimiento total del 78%, con un contenido medio de cenizas del 0,75-0,90%.

2.1.3

Prop ied ad es físico -qu ím icas

Para dim ensionar los procesos tecnológicos y valorar los diversos cereales, resultan de importancia una serie de características. En la Tabla 2.4 se exponen las características geométricas de longitud, anchura, espesor, volumen, superficie, esfericidad y relación volumen/superficie de los granos de distintos cereales. El tamaño y la uniformidad de los granos de los cereales revisten im portancia para el tratamiento industrial. Cuanto mayor sea el grano, más grande será el correspondiente endospermo y más alto será el rendimiento en harina. La uniformidad desempeña un papel de im portancia a la hora de graduar las máquinas y aparatos encargados de la limpieza y molido.

► F ig u ra 2.1 Estructura anatómica de distintos géneros de cereales. a) Trigo; b) Centeno; c) Maíz; d) Arroz; e) Cebada; f) Avena. 1 Barbas; 2 Cutícula; 3 Células longitudinales; 4 Células transversales; 5 Células tubulares; 6 Cubierta seminal con capa pigmentada; 7 Tejido germinal; 8 Capa de aleurona; 9 Cuerpo harinoso; 10 Células llenas de almidón; 11 Embrión; 12 Cubierta sem inal (episperma); 13 M em brana intermedia; 14 Cuerpos córneos; 15 Gluma florífera; 16 Células intermedias; 17 Gluma.

M a teria s p rim a s

11

12

F undam entos de tecnología de los a lim entos

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E 60%

El peso de 1.000 granos es mayor en los cereales valiosos que en los de menor valor económico. Con el peso de los 1.000 granos aumentan el tamaño de éstos, la vidriosidad y el contenido de endospermo (Tabla 2.5). Las propiedades aerodinámicas de los granos de cereales son importantes para el transporte de éstos en corriente de aire. La resistencia F w que ofrecen los granos en la corriente de aire puede calcularse con la fórmula siguiente:

Fw = 0,124 Ka (vl- vg)2

(2.1)

En la Tabla 2.6 se presentan los coeficientes de resistencia de diversas clases de cereales. Las propiedades termofísicas dependen del contenido de humedad del cereal.

T abla 2.5 Peso de 1.000 granos de diversos cereales [2.1J. Clase de cereal

Peso de 1.000 granos g

T rigo Centeno Cebada Avena Maíz A rroz Mijo

12 10 20 15 50 15 3

75 45 55 45 - 1.100 43 8

T abla 2.6 Coeficientes de resistencia de diversas clase de cereales [2.1]. Clase de cereal

T rigo Cebada Maíz Avena Mijo

Ka kg/m 0,084 0,191 0,162 0,169 0,045

-

vL m/s 0,265 0,272 0,236 0,300 0,073

8,9 8,4 12,5 8.1 6,7

- 11.5 - 10,8 - 14,0 - 9.1 - 8,8

M aterias p rim a s

15

La capacidad calorífica específica C del trigo es: C = Cq+ mXG + k f

(2.2)

Aquí, para 20 < t < 60°C y 4 < XG < 24% humedad, k = 0,352 y n = 2 para -4 0 < t < 20°C y 4 < XG < 24% humedad, k = 1,17 + 0,57 Xc , n = 1 La conductividad calorífica a tiene el siguiente valor: lg a = b + gt + htXG

2.1.4

(2.3)

Especies y variedades

Las especies y variedades de cereales son extraordinariamente diversas. De la espe­ cie y variedad dependen también las características del tratamiento industrial de los granos, el método de elaboración a seguir con ellos y la idoneidad para elaborar deter­ minados productos. Del trigo se conocen unas 20 especies. Son especies importantes, v.gr., el trigo duro (Triticum durum) y el trigo áspero (Triticum turidum)\ son variedades, v.gr., el trigo de invierno, el trigo de verano. Son características distintivas, v.gr., el color de la cáscara (envoltura), las glumas, el número de granos y la morfología del eje de la espiga. To­ mando esto como referencia, se cultiva un gran número de variedades. Se conocen 14 especies de centeno, cultivándose sólo una de ellas (Secale cereale L.). También se conocen unas 30 especies de cebada, de las cuales sólo una (Hordenm vulgare L.) se cultiva, contando con tres subespecies. Se distinguen la de varias filas de granos, con dos filas de granos y las de una a tres filas de granos. En el caso de la avena se conocen 16 especies, de las cuales únicamente la Avena sativa L. tiene importancia. Todas las variedades de maíz (Zea L.) proceden de la especie Zea mays L. De ella se conocen ocho subespecies.

2.1.5

C o n d icio n es de alm acenam ien to

Los cereales pueden almacenarse durante varios años, siempre que su contenido de humedad esté por debajo del 13%, la temperatura ambiente no alcance los 14°C y la humedad relativa am biental sea inferior al 60%. Para proteger a los cereales de parási­ tos, es necesario lim piar y gasear los silos de depósito antes de llenarlos. Los cereales húmedos deben secarse antes de su almacenamiento. Hasta alcanzar el deseado grado de humedad, pueden conservarse en ambiente refrigerado. Cuando las condiciones de depósito son inadecuadas, se producen alteraciones y elevadas pérdidas por autocalentamiento, acción enzimàtica, infestación por parásitos e infecciones por m icroorganis­ mos. Los granos pierden su capacidad germinativa cuando los cereales se almacenan

16

F undam entos de tecnología de los alim entos

en recintos sin ventilación. La respiración anaerobia así generada m aia los embriones por la acción del alcohol etílico producido.

2.2

Legumbres

2.2.1

C aracterísticas generales

Las legumbres son las semillas de las plantas papilionáceas (orden Leguminosae), las fuentes vegetales más importantes para la alimentación humana en unión de los ce­ reales,. Las especies más destacadas son: las alubias (Phaseolus vulgañs). guisantes (Pisum sativum) y lentejas (Leus culinaris). En Asia y América, la legum bre más im ­ portante es la soja (Glycine max), que en Asia es la fuente más destacada de grasa y proteína. También el cacahuete (Arachis hypogaea L.), originario de Sudamérica, per­ tenece botánicamente a las leguminosas y constituye en las regiones subtropicales uno de los cultivos más significativos para la obtención de grasas y proteínas. Las legum ­ bres tienen un alto valor nutritivo, destacando su elevado contenido proteico. Sin em ­ bargo, la proteína de las leguminosas no es del todo biológicamente valiosa, al faltar en ella algunos aminoácidos esenciales. Sólo las semillas de soja cuentan con todos los aminoácidos esenciales, por lo que pueden sustituir por entero a la protema animal. Las legumbres se consumen principalm ente en forma de papilla, puré y menestra. Las semillas de soja se destinan sobre todo a la obtención de aceite y grasa: la fracción desengrasada se utiliza en la imitación de alimentos y concentrados proteicos y en la elaboración de harinas especiales.

2.2.2

E structura, com po nentes y partes aprovechables

Las semillas de las legumbres (Fig. 2.2) constan de dos grandes hojitas embrionarias (cotiledones), que constituyen la parte principal en peso, el embrión (cotiledones con tallito y radícula) y la envoltura celulosa y dura de la semilla. En la Tabla 2.7 se exponen las fracciones de los componentes de diversas semillas leguminosas. Las legumbres carecen de endospermo. Las sustancias de reserva se acumulan en los cotiledones. En virtud de su sólida envoltura, las semillas ovales, esferoidales, lenticulares o cilindricas cuentan con una superficie lisa. El contenido de las principales sustancias

F ig u ra 2.2 Estructura anatómica de la semilla de una legumbre (alubia) [2.1], a) Semilla con envoltura; b) Semilla sin envoltura; c) Cotiledón aislado. 1 Embrión; 2 Radícula; 3 C o­ tiledón; 4 Yema.

17

M aterias p rim a s

Tabla 2.7 Proporción de los componentes morfológicos de diversas legumbres [2.1]. Legumbres Guisante Alubia L enteja Soja

Envoltura seminal 6,4 6,7 7,0 6,0

Cotiledones

- 11,0 - 10,0 - 10,0 - 8,0

87,6 87,9 87,2 87,3

-

Embrión

92,5 92,0 91,4 92,1

1,1 1,3 1.6 1,8

- 1,4 - 2,1 - 2.8 - 2,2

T abla 2.8 Contenido de los principales componentes químicos en diversas especies de legumbres [2.1], Legumbres

Guisantes Alubias Lentejas Soja Arvejas verano Altramuces amarillos Judías forrajeras

Proteína VM

Límites

27,8 24,3 30,4 39,0 33,7 41,3 29,2

20,4 17,0 21,3 27,0 22,3 37,0 26,5

-

Almidón VM 35,7 32,1 36,0 50,0 37,8 46,0 31,2

48,7 47,6 48,4 4,0 41,0 17.8 42,4

Lím ites 44,3 4 5,4 46,1 2,1 38,4 13,8 39,4

-

54,2 52,6 52,2 9,0 49,5 21,4 44,0

T abla 2.8 (Continuación). Legumbres

Guisantes Alubias Lentejas Soja Arvejas verano Altramuces amarillos Judías forrajeras

Azúcar VM 4,8 5,9 2,9 5,9 3,8 4,3 3,1

Límites 3,2 5,3 2,6 3,4 1,8 2,9 2,4

-

6,2 6,3 3,1 15,7 5,4 6,5 4,8

Celulosa VM

Límites

5,7 4,9 3,9 5,0 5,6 14,1 9,4

4,2 3,8 3,2 2,9 4,3 12,4 7,4

- 6,7 - 5,7 - 5,2 - 6,3 - 7,8 - 17,5 - 12,3

Grasa VM 1,4 1,8 1,3 20,0 2,0 4,6 1,6

Límites 0,8 1,2 1,0 13,0 1,4 2,4 0,8"

- 2,1 - 2,3 - 1,8 - 26,0 - 4,3 - 7,5 - 2,3

T ab la 2.8 ( Continuación). Legumbres

Guisantes Alubias L entejas Soja Arvejas verano Altramuces amarillos Judías forrajeras VM = valor medio.

Minerales VM 3,2 4,2 3,1 6,0 3,2 3,8 3,4

Límites 2,3 3,6 2,6 4,5 2,3 2,7 2,8

-

3,3 4,9 3,6 6,8 5,6 6,4 4,2

Otras sustancias (valor medio) 9,7 13,0 11,2 22,5 11,6 15,6 12,3

18

F undam entos de tecnología de los alim entos

químicas depende del clima y de la región de cultivo, oscilando dentro de límites muy amplios (Tabla 2.8). Las semillas de soja se diferencian de las demás legumbres especialmente por su elevado contenido de grasa y su escasa proporción de almidón.

2.2.3

Prop ied ad es físico -qu ím icas

Para poder evaluar las legumbres y planificar los procesos tecnológicos, son esencia­ les las siguientes características: Las características geométricas de longitud, anchura, espesor y volumen (Tabla 2.9) determinan la proporción masa/volumen, los métodos de limpieza a utilizar, las normas de elaboración y el rendimiento. Una elevada uniformidad de las semillas en lo referente a tamaño, composición quí­ mica, color, etc., sim plifica los procesos de elaboración en lo referente a los parám e­ tros a utilizar. El peso de 1.000 granos (Tabla 2.9) depende en gran medida de la variedad, unifor­ midad, condiciones de cultivo, etc. A medida que aumenta el tamaño de las semillas, se increm enta el peso de 1.000 granos y con ello el rendimiento. La densidad es útil en los procesos de limpieza y clasificación. Depende del grado de maduración, de la com posición química, e indirectamente, del tamaño. El parámetro masa/volumen constituye una densidad aparente; se expresa en g/1. Depende principalm ente de la densidad de las semillas, de la densidad de envasado, tamaño, forma, estado de la superficie y consistencia de las legumbres.

T abla 2.9 Características geom étricas y peso de 1.000 granos de algunas clases de legumbres. Legumbres

Guisantes Alubias Lentejas Soja

Longitud

Anchura

Espesor

Volumen

Peso de 1.000 granos

mm

mm

mm

mm3

g

114 - 320

40 100 15 30

4,0 7,2 4,0 5,0

- 10,0 - 18,5 - 8,8 - 10,5

3,7 4,7 4,0 4,5

- 10,0 - 11,0 - 8,0 - 8,5

3,5 2,7 2,0 4,0

- 10,0 - 10,0 - 3,3 - 7,0

T abla 2.10 Grados de hum edad de diversas clases de legumbres [2.1], Legumbres

Guisantes Alubias Lentejas

Grado de humedad: Seco

Medio

Húmedo

Mojádo

hasta 14 hasta 16 hasta 14

> 14 - 15,5 > 1 6 -1 8 > 1 4 -1 7

> 1 6 -1 8 > 1 8 -2 0 > 1 7 -1 9

> 18 > 20 >19

- 450 - 150 80 - 250

M a teria s p rim a s

19

La humedad influye sobre la actividad fisiológica y también sobre la capacidad de almacenamiento. Se distinguen cuatro grados de humedad (Tabla 2.10), que designan los diferentes grados de actividad fisiológica.

2.2.4

E species. Variedades

Las m últiples especies y variedades de legumbres pueden clasificarse en tres srupos (Tabla 2.11). Los guisantes se dividen en tres subespecies, la más im portante de las cuales es la commune gov., pues a ella pertenecen todas las variedades más consumidas. En las alubias se distinguen dos grupos, uno de procedencia americana y otro de origen asiático. Al primer grupo pertenecen cuatro importantes especies: la alubia de huerta (Phaseolus vulgaris L.), alubia lunar (Ph. Innatas L.), alubia escarlata (Ph. coccineus L.) y alubia Gray (Ph. acutifolius A. Gray). Al género lenteja (Leus L.) pertenecen cinco especies, sólo una de las cuales, la Leus culinaris Medik., se cultiva en las subespecies Macrospenna Bar y Microsperma Bar. En el género soja (Glycine L.) se incluyen muchas especies. Las más extendidas son la Glycine hispida Maxim, y Glycine max (L.) M errill [2.1] [2.5].

T abla 2.11 Clasificación de las legumbres en especies principales [2.6], Especie principal

Ejemplos

Tipo arveja Tipo alubia Tipo retama

Guisantes, garbanzos, habas, lentejas Alubia leguminosa, id. lunar, id. mungo, soja Altramuz blanco, amarillo, azul

2.2.5

C o nd icio n es de a lm acenam ien to

Siempre que su contenido de humedad sea inferior al 14%, las legumbres pueden almacenarse alrededor de 12 meses sin pérdida de calidad, a condición de que la tem pe­ ratura del depósito esté entre 5 y 10°C y la humedad relativa ambiente sea del 70%. Los guisantes pelados sólo pueden conservarse dos o tres meses en la estación calurosa, plazo que se alarga a cinco o seis meses en la estación fría. Con un contenido de hum e­ dad del 10%, los granos de soja pueden conservarse hasta cuatro años; deben almacenarse en la oscuridad y alejados de sustancias con olores fuertes. La desecación de las legum ­ bres húmedas previa a su almacenamiento debe llevarse a cabo con más cuidado que en el caso de los cereales (se resquebraja la cáscara de las semillas). Cuando el contenido de humedad es muy elevado (16,5-17,5%), las semillas se en­ mohecen.

20

F undam entos de tecnología de los alim entos

2.3

Nueces y frutos secos

2.3.1

C ara c te rís tic a s generales

Las nueces verdaderas son frutos de envoltura dura y una sola semilla, incluidos botánicamente entre las frutas con cáscara. Las nueces «impropiamente dichas» tienen distinta filiación botánica (los cacahuetes son legumbres; la nuez de Brasil es realmente una semilla; nueces, cocos y almendras son frutos secos). Los frutos secos se destinan principalmente a la obtención de aceites (en especial aceite de coco, aceite de cacahuete, etc.); en la industria pastelera, se utilizan en la elaboración de mazapán, almendrados, crocantes, turrón, etc., así como ingredientes de recetas de chocolates y dulces. El coco es el más intensamente utilizado y el mejor aprovechado en la industria [2.5] [2.6],

2.3.2

Estru ctu ra, c om po n entes y partes aprovechables

La porción comestible (semilla) de los frutos secos está rodeada por una cáscara no comestible, por lo general dura (Fig. 2.3). La proporción de cáscara oscila entre el 25 y el 70%. La forma, el tamaño y el sabor de la parte comestible de las nueces son extrema­ damente variados (Tabla 2.12). En lo referente a la proporción de los principales compo­ nentes químicos, las diferencias entre las diversos tipos de frutos son pequeñas (Tabla 2.13). Las castañas y los cocos constituyen una excepción en virtud de su elevado contenido de humedad. El núcleo comestible de estos frutos es de alto valor nutritivo por su elevada proporción de aceites, de proteínas y de carbohidratos digestibles. Contienen una serie de sustancias sápidas muy agradables, que se refuerzan mediante el tostado.

lo - ti­ n

F ig u ra 2.3 Estructura anatóm ica de los fru to s en nuez. a) Coco [2.9J; b) Avellana [2.24]. 1 Embrión; 2 Cubierta externa; 3 Cubierta interm edia; 4 Envoltura seminal; 5 E ndosperm o; 6 A gua del fruto; 7 Haz conductor; 8 Prim ordio sem inal; 9 Radícula; 10 Pericarpio; 11 Cotiledón.

M aterias p rim a s

21

T abla 2.12 Forma, tamaño y sabor de diversas clases de frutos secos [2.1] [2.8]-[2.13]. Fruto

Características externas de la semilla

Tamaño cm

Sabor

Anacardo

Form a arriñonada; entre blanco y amarillento; consistencia sólida, relativamente dura

Longitud: 2

Neutro, ligeramente dulce

Cacahuete

Tiene dos cotiledones; ovalado o cilindrico alargado, con un extremo redondeado o truncado y otro en pico, incurvado hacia dentro; blanco o ligeram ente amarillo, entre rojizo y castaño rojo; sabor algo amargo; por lo común, envuelto en una cáscara fácilmente separable

Longitud: 0,8-2,2 Anchura: 0,7-1,3 Espesor: 0,7-1,3

crudo: ligeramente amargo, parecido a la alubia tostado: sabor peculiar agradable

Avellana

Form a entre esférica y cilindrica alargada, ligeram ente apuntada; la masa del fruto es blanquecina o amarillenta, con envoltura lisa y de tono castaño, fácil de separar

Diámetro: 1,0-2,0

M uy delicado, agradable y dulce

Coco

Fruto hueco; la pulpa tiene 1,5 ó 2 cm de espesor y es muy blanca, con fina envoltura de sem illa de color castaño oscuro; en el interior del fruto, líquido lechoso turbio

Longitud: 10-25

Delicado, dulzón

Almendra

Form a ovalada asimétrica, aplanada, afilada en un extrem o y redondeada en el otro; dos cotiledones planoconvexos, blanquecinos o amarillentos, que se separan entre sí fácilm ente, rodeados por envoltura de color castaño canela, algo áspera y con estrías bastante perceptibles

dulce: Longitud: 2,3 Anchura: 1,4 Espesor: 0,8-1,0 amarga: Longitud: 2-3 Anchura: 1,2-1,5 Espesor: 0,5-1,0

dulce: delicado, aromático, dulzón

Nuez de Brasil

Triangular, aplastada, con dos caras planas y una abultada; pulpa blanca y consistente; envoltura castaño-rojiza

Longitud: 3-5

Suave, graso, delicadamente arom ático

Pistacho

Redondeado, con tres aristas, algo comprimido; superficie dorsal convexa de tono rojo carmín oscuro y forma de quilla, surcada por un retículo de estrías claras; cara ventral verdosa, aiTugada, con una depresión umbilical; pulpa__ entre verdosa y rojiza, rodeada por una fina envoltura verde

Longitud: 0,7-1,8 Espesor: 0,3-0,7

Dulce, que recuerda las almendras

Nuez (de nogal)

Pulpa am arilla clara, separada en dos por un tabique, arrugada, con profundos surcos; con envoltura delgada, de color entre amarillo pajizo y castaño oscuro

Longitud: 2,5-4,5

Fino y delicado

amarga: amargo-aromático

22

F u ndam entos de tecnología de los alim entos

T ab la 2.13 Principales componentes químicos de los fru to s secos (en g, referidos a 100 g de sustancia com estible) [2.14], Fruto seco

Agua VM

Anacardo Cacahuete (pelado, tostado) Avellana Castaña Coco Almendra, dulce Nuez de Brasil Pistacho Nuez (de nogal)

4,0 2,8 6,17 50,1 44,8 5,65 5,62 5,9 4,8

2,7 2,6 5,4 4 7,0 38,0 4,7 5,3 4 ,0 3,3

IO

Grasa VM

17,5

15,2 - 20,0

4 2,2

34,2 - 47,4

26,5 13,9 2,92 3,92 18,3 14,0 20,8 14,6

12,7 2,3 3,4 17,7 13,5 19,2 14,2

46,6 61,8 1,9 36,5 54,1 66,8 51,6 62,7

44,2 60,0 1,5 34,0 53,2 65,9 43,4 58,5

Proteína VM

IO 5,2

- 3,0 - 7,11 - 53,2 - 46,9 - 6,27 - 5,94 - 8,0 - 7,18

-

-

14,0 3,4 4,2 19,0 14,4 22,6 15,0

IO

-

49,0 62,7 2,7 40,0 55,0 67,7 58,9 68,1

T abla 2.13 (Continuación). Fruto seco

Hidratos de carbono VM IO

Anacardo Cacahuete (pelado, tostado) Avellana Castaña Coco Almendra, dulce Nuez de Brasil Pistacho Nuez (nogal)

32,0 19,0 12,6 42,8 10,3 16,0 7,27 16,4 13,5

Minerales VM IO

Fibra bruta VM IO

_ -

36,0 - 45,6 -

13,2 - 16,9 -

13,8 - 17,1 13,0 - 15,0

1,4 2,4 3,1 1,42 3,3 3,28 2,66 2,6 2,70

2,9 -

3,0 1,1 3,2 2,7 2,1 1,9 2,1

-

3,17 1,8 3,39 3,65 3,21 3,0 3,0

2,7 2,49 1,18 1,18 2,65 3,65 2,7 1,68

2,6

- 3,1

-

1,0 1,0 2,30 3,4 2,4 1,65

-

1,43 1,5 3,00 3,9 3,1 1,70

VM = valor medio; 10 = intervalo de oscilación.

2.3.3

C o nd icio nes de a lm acenam ien to

Las nueces sin pelar se conservan mejor que las peladas. Para almacenar nueces sin pelar durante seis o doce meses conviene hacerlo a temperaturas comprendidas entre +2 y +4°C y humedad relativa del 65-70%. Las nueces peladas deben almacenarse en recintos oscuros, al resguardo de la luz solar y de olores extraños; además, los locales estarán bien ventilados. La tem peratura de depósito no superará los 10°C y la humedad relativa el 70%. Cuando se producen deficiencias o existen parásitos (polillas), se regis­ tran pérdidas. El exceso de humedad ambiental provoca enm ohecimiento, y la acción directa de los rayos solares y las tem peraturas dem asiado elevadas aceleran el enranciam iento de las grasas [2.2] [2.7] [2.10] [2.13].

M a teria s p rim a s

2.4 2.4.1

23

Semillas de cacao C ara c te rís tic a s generales

Los granos de cacao crudos son las semillas, liberadas de la pulpa, del fruto del árbol del cacao (Theobroma cacao L.), fermentadas, desecadas y limpias. Se destinan prin­ cipalmente a la elaboración de productos del cacao (como chocolate, cacao en polvo, m anteca de cacao). Los granos de cacao son muy ricos en sustancias nutritivas como consecuencia de su elevado contenido de grasa (manteca de cacao); también son ricos en sustancias sápidas específicas y valiosas (aroma de cacao). El contenido de teobromina confiere a los productos del cacao carácter estimulante. El árbol del cacao produce fru­ tos apepinados que crecen directamente del tallo y cuyas semillas son los granos del cacao. Procede de América Central y del Sur, cultivándose en la actualidad en zonas con clima tropical, entre los 20 grados de latitud norte y 20 grados de latitud sur de América Central y del Sur, África, SE asiático e islas de las Indias occidentales [2.9] [2.10].

2.4.2 Estru ctura, com po nentes, partes aprovech ab les y p ro p ied ad es físico-quím icas

El grano de cacao crudo (Fig. 2.4) está compuesto por la cáscara dura de la semilla (12-15%), el delicado endospermo (cutículas plateadas), el embrión con dos cotiledones

F ig u ra 2.4 Estructura anatómica del fru to del cacao [2.23]. 1 Fruto (desprovisto de media cáscara); 2 Cor­ te transversal del fruto; 3 Vista lateral de la se­ milla; 4 Vista frontal de la semilla; 5 Embrión; 6 Lóbulos seminales.

24

F undam entos d e tecnología d e los alim entos T abla 2.14 Partes principales de los granos crudos de cacao. Parte integrante

Proporción %

Cáscara Radícula Núcleo

12-15 1 84-87

T abla 2.15 Componentes químicos más importantes del grano crudo de cacao [2.15]. Componente

Agua Grasa E xtracto seco desengr. Cenizas N itrógeno total Protem a bruta Proteína digestible Teobrom ina Cafeína Azúcares Almidón Fibra bruta Taninos Acidos orgánicos Sustancias extraíbles libres de N

Núcleo VM

IO

Cáscara VM

5,0 53,3

3,6 39,0

- 6,9 - 60,4

11,0 3,0

2,0 1,2

41,7 3,0 2,1 14,3 10,0 1,45 0,17 1,0 7,4 2,6

37,3 2,1 2,1 13,3 9,4 0,88 0,05

- 4 8 ,7 - 4,4 - 2,8 -1 6 ,0 - 11,0 - 2,34 - 0,36

86,0 6,5 2,6 16,2 13,5 0,75 0,16

78,5 2,3 1,3 8,4 11,8 0,23

5,3 2,5

1,0

7,5

-

6,0 2,2

Radícula VM

IO - 13,8 - 7,7 - 92,1 - 8,9 - 4,2 - 26,0 - 17,1 - 2,61

-

-

16,5

10,0

9,0

5,1

45,0

-

3.0

- 29,1 -

6,7 - 12,0 2,3 - 5,3 87,7 6,3 4,6 2 9,0

- 9 1 ,0 - 6,8 - 5,2 - 32,5 -

2,1 - 3,0 _

-

-

-

89,5 6,5 4,9 30,7

_

-

- 12,7 - 4,0 (4,2) - 7,2

7,0 3.5

IO

_

_

0.0 2,9

_

2,4 - 3,0

9,0

-

-

_

-

-

-

VM = valor m edio; 10 = intervalo de oscilación.

(núcleo de cacao 82-86%) y la radícula (=1%). El grano es ovalado, por lo general un tanto aplastado en sentido longitudinal; mide 20-30 mm de largo, 10-15 mm de ancho, y tiene un grosor de =10 mm. Según la variedad, pesa =0,5-1,8 g (con una densidad de =1 g/cm 3). En las Tablas 2.14 y 2.15 se indican las partes y sustancias componentes principales. El núcleo es el com ponente aprovechable del grano de cacao. Las demás partes inte­ grantes deben separarse en la elaboración. En la Tabla 2.16 se indican sus componentes químicos más importantes. Se obtiene de granos de cacao de fuerte color oscuro, reco­ lectados maduros y correctamente tratados; tiene claro sabor amargo y el aroma típico del cacao. El com ponente más valioso y nutritivo es la manteca de cacao, que está cons­ tituida principalmente por una mezcla de triglicéridos y ácidos grasos libres (Tabla 2.17).

M aterias p rim a s

25

Tabla 2.16 Composición química del núcleo del cacao (valores medios). Componente

Agua Grasa Purinas Tanino soluble en metano Proteína bruta Azúcares (dextrosa, fructosa, sacarosa) Almidón Pentosanas (sustancias estructurales) Celulosa Ácidos Cenizas

Proporción % 5,0 55,0 1,5 6,0 11,0 1,0 6,0 1,5 9,0 1,5 2,5

}

E.S.

E.S. = todas las cifras se refieren a extracto seco.

T abla 2.17 Componentes principales de la grasa de cacao. Componente

Proporción %

Triglicéridos Ácidos grasos libres (esteárico, palm ítico, oleico, linoleico, etc.) Sustancias insaponificables (estearinas, etc.) por el método del éter de petróleo por el método del éter Agua Cenizas Purinas (principalm ente cafeína)

97 0,5 0,2 0,2 0,3 0,01 0,006 0,005

- 99 -

2,0 0,3 0,3 0,5 0,03 0,02 0,03

La proteína del cacao tiene escaso valor. Las purinas, en forma de teobrom ina y cafeína, se hallan en la proporción 10:1. Los granos de consumo ordinario contienen más ácido que los de variedades selectas. El pH oscila entre 5,18 y 6,39. Los granos de cacao cosechados sin madurar y/o mal tratados exhiben color violeta, gris pizarra o blanco amarillento, tienen acre sabor astringente y aroma poco marcado.

2.4.3 S u b esp ecies, varied ad es, grados de calidad, c o n d icio n es de a lm acenam iento

Las subespecies más importantes del árbol del cacao para aprovechamiento com er­ cial son Criollo, Forastero y el cruce entre ambas: Trinitario. Las variedades se suelen designar con el nombre de país de origen (Tabla 2.18).

26

F undam entos de tecnología de los a lim entos

T abla 2.18 Subespecies, variedades y grupos de calidad de los granos de cacao [2.10] [2.13] [2.16]. Subespecie

Variedad (según región de cultivo o puerto de exportación)

Criollo Trinitario

Maracaibo Guayaquil Puerto Cabello Carenero Granada Caracas (Venezuela) Trinidad Java Ceilán (Sri Lanka) Samoa Arriba (Ecuador) Ghana Nigeria Bahía (Brasil) Costa de Marfil Congo Camerún Santo Tomé

Forastero

Categoría de calidad

Granos selectos n

■

Granos selectos

Granos selectos '

>

Granos corrientes

A la tem peratura de 15-20°C y con una humedad relativa ambiental inferior al 70%, los granos de cacao pueden conservarse como mínimo durante un año. Los límites máximos para un almacenamiento a corto plazo son 40 y 80% de humedad relativa. El depósito de los sacos tiene lugar sobre enrejillados de madera, en locales bien ventila­ dos y con una altura máxima de las pilas de 5 m. Resulta más económico y ahorra espacio el almacenado, cada vez más usual, en silos con aire acondicionado.

2.5

Semillas oleaginosas

2.5.1

C ara c te rís tic a s generales

La de semillas oleaginosas es una denominación general que abarca los frutos en aquenio y las semillas de algunas plantas que sirven para la obtención de aceite vegetal: Compuestas: semillas de girasol, cártamo y negrillo. Cruciferas: colza, nabiza, m osta­ za, cam elina y rábano. Leguminosas: soja y cacahuete. Liliáceas: semillas de lino. Malváceas: semillas de algodón. Papaveráceas: semillas de adormidera. Pedaliáceas: sésamo. También se destinan a la obtención de aceite las semillas de otras plantas que se aprovechan como subproductos: pepitas de uva, huesos de aceituna, semillas de té, se­ millas de tomate. Igualmente, se obtiene aceite de germen de cereales: trigo, arroz y maíz. Las semillas oleaginosas de mayor interés industrial son las de girasol, colza, nabiza, soja, cacahuete y algodón.

M aterias p rim a s

27

2.5.2 E structura, com ponentes, partes aprovechables y p ropiedades físico -qu ím icas

Las semillas y granos oleaginosos son de diferente forma y tamaño; en ocasiones tienen cáscara. En la Tabla 2.19 se expone el resumen de algunos índices correspondien­ tes a las semillas oleaginosas más importantes. 2.5.3

Propied ad es de alm acenam iento

Limpias y secas, las semillas oleaginosas se conservan bien. La tasa de humedad debe estar 1-2% por debajo del valor crítico. En las semillas de girasol no conviene que sea superior al 6-7%, en las de soja al 11-12% y en las de algodón al 9%. El almacenado debe hacerse a temperaturas frescas y lo más protegido posible del aire y la luz solar. Los silos son el medio principalmente utilizado para los depósitos a largo plazo.

2.6 2.6.1

Granos de café C aracterísticas g enerales

El café cruclo está constituido por las semillas limpias por completo de la cáscara del fruto y en parte de su propia envoltura (cutícula plateada) y convenientemente clasifica­ das, del cafeto, arbusto tropical siemprevivo del género Coffea. Después de tratar los frutos (drupas del cafeto) en el lugar de origen, se distingue el café lavado (preparación húmeda) y el café sin lavar (preparación en seco). En la preparación húmeda, que es típica de las variedades de buena calidad, se elimina la mayor parte de la pulpa de los frutos en la operación de despulpado de éstos y los granos se someten acto seguido a fermentación para elim inar con más facilidad la pulpa residual; la papilla adherida se limpia mediante lavado. En la preparación en seco, los frutos lavados se desecan, para retirar a continuación la pulpa desecada mediante pelado [2.8] [2.17] [2.18]. El café crudo es de color claro, generalmente entre verde amarillento y verde grisáceo o verde azulado. M ediante el tostado adquiere su aroma característico. El café es un estim ulan­ te, que contiene alcaloides, y está difundido a escala mundial, que se ingiere preparado como bebida y que ejerce su acción estimulante especialmente sobre el corazón, nervios y riñones, por efecto del alcaloide llamado cafeína. Africa tropical, y en particular Etiopía, es el territorio de origen del arbusto del café. En la actualidad se cultiva casi en la totalidad de la franja tropical comprendida entre los 23 grados de latitud norte y los 25 grados de latitud sur (zona tropical) [2.5] [2.17] [2.18].

2.6.2 Estructura, com po n entes, partes aprovech ab les y p ro p ied ad es físico -qu ím icas

Cada fruto de café suele contener dos semillas (granos), adosadas entre sí por su cara aplanada (Fig. 2.5).

28

25-30 12-19 4,2-4,5 1,4-1,8

F undam entos de tecnología de los alim entos

'C o ^

I

7,5. Hielo comestible: Los microorganismos conservan su vitalidad largo tiempo en el hie­ lo comestible, lo cual obliga a someter a estrictas especificaciones higiénicas al agua utilizada en su fabricación. El hierro y el manganeso originan tonalidades castañas; también provocan cambios de color los iones de magnesio en combinación con iones de cloro y azufre. La dureza será < 4°dH. Azúcar blanco: La fabricación de azúcar blanco exige gran cantidad de agua (hasta 20 m3/tonelada de remolacha). Si se practica un sistema económico (recuperación) en el empleo del agua, pueden conseguirse ahorros hasta de 1,4 m3/t [2.27], El agua utilizada en la extracción ( 1 ,0- 1,2 m3/t de remolacha) está sujeta a estrictas especificaciones de calidad: pH = 5,5-6,0 (las aguas alcalinas reblandecen los tejidos vegetales por desinte­ gración de la pectina); iones de cloro < 250 mg/1; cloruro sódico < 0,04%; las cantida­ des de hierro y m anganeso no deben ser detectables. El estado m icrobiològico del agua se controla añadiendo cloro y formalina.

T abla 2.50 Diversas aguas utilizadas en la fabricación de cerveza [2.63]. Componentes del agua para cerveza

Unidad

Cerveza tipo Munich

Cerveza tipo Pilsen

Dureza total Dureza carbonato Dureza no carbonatada Dureza calcio Dureza m agnesio Alcalinidad residual

°dH °dH °dH °dH °dH °dH mg/1 mg/1 mg/1 mg/1

14,8 14,2 0,6 10,6 4,2 10,6 9,0 1,6 Trazas 284

1,6 1,3 0,3 1,0 0,6 0,9 5,2 5,0 Trazas 51

so42ci3Residuo de evaporación no

Cerveza tipo Dortmund 41,3 16,8 24,5 36,7 4,6 5,7 290 107 T razas 1.110

Cerveza tipo Viena 38,6 30,9 7,7 22,8 15,8 22,1 216 39 Trazas 948

78

F undam entos de tecnología de los a lim entos

Productos lácteos: El agua utilizada en el procesado de la leche está sometida a es­ trictas especificaciones higiénico-microbiológicas, para evitar alteraciones en las pro­ piedades de aquélla. El agua destinada a lavar la manteca contendrá escasa cantidad de calcio (para que la manteca no pierda aroma), nada de magnesio (evitación de sabor amargo jabonoso) y poco oxígeno disuelto (oxidación de la grasa). Productos cárnicos: Las principales especificaciones radican en el terreno microbiológico, ya que la carne es un artículo que, por su elevado contenido proteico, constituye un medio nutricio ideal para gérmenes aerobios y anaerobios que dan lugar a putrefacción. Almidón: El agua empleada en la obtención de almidón no contendrá levaduras (evitación de procesos fermentativos). Las aguas duras incrementan el porcentaje de cenizas del almidón; los vestigios de hierro y manganeso originan coloraciones amarillas y marrones. Productos de panadería: En la elaboración de la masa, el agua dura impide la im bibi­ ción de la proteína del gluten, a la vez que reduce la solubilidad de la gliadina; también atenúa la actividad de la levadura. Para la fabricación de determinadas clases de pan y galletas se preferirá agua blanda. El hierfo y el manganeso provocan la aparición de colores extraños en los productos [2.60].

F ig u ra 2.33 Filtro de arena a presión con dispositivo regulador. 1 Válvula de entrada de agua sin tratar; 2 Válvula de salida de agua limpia; 3 Válvula de agua fangosa; 4 V ál­ vula de agua de enjuagado; 5 Válvula de aire a presión; 6 Válvula de escape de la cámara de aire; 7 Válvula de ventilación del depósito; 8 M anóm etro diferencial; 9 Tubo de conexión; 10 Toberas de abertura ancha.

M aterias p rim a s

2.15.3

79

T ratam iento del agua

F il t r a c ió n p o r c a p a d e a r e n a y g r a v a

Para elim inar sustancias en suspensión se utilizan filtros rápidos (velocidad de filtra­ ción > 5 m/h). El material filtrante es una capa de arena (granos de 0,8-1,2 mm) de 1,5-2 m de altura. La regeneración de la capa filtrante se consigue haciendo pasar agua limpia a contracorriente (Fig. 2.33). D i s m in u c ió n d e l a d u r e z a d e l a g u a c o n l e c h a d a d e c a l

La calificación de la dureza del agua se realiza de acuerdo con la Tabla 2.51. T abla 2.51 Clasificación de las agua según su dureza [2.58]. Dureza total °dH

Calificación

0 - 4 4,1 - 8 8,1 - 12 12,1 - 18 18,1 - 30 M ás de 30

Muy blanda Blanda Semidura Bastante dura Dura Muy dura

Agregando dosis adecuadas de hidróxido calcico, primero se neutraliza el ácido carbónico contenido y luego precipitan calcio y magnesio: C 0 2 + Ca(OH )2 -4 C aC 0 3 + H20 Ca2+ + 2 H C 03- + Ca(OH )2 -4 2 C aC 0 3 + 2 H20 Mg2+ + 2 H C 0 3" + 2 Ca(OH )2 -4 M g(OH )2 + 2 C aC 0 3 + 2 H20 Los cristales pequeños de carbonato cálcico y el hidróxido de magnesio gelatinoso se separan m ecánicamente (Fig. 2.34). I n t e r c a m b io ió n i c o : P r o c e d im ie n t o a s e g u ir e n e l t r a t a m ie n t o d e l a g u a

Un intercam biador de iones es un recipiente lleno de material intercambiador. De acuerdo con la carga de los iones a intercambiar, se distingue entre intercam biadores de aniones e intercam biadores de cationes. Como material intercam biador se utilizan masas de resina artificial. Cambian, v.gr., iones de calcio y magnesio, responsables de la dureza carbonatada del agua, por iones de hidrógeno que previamente se introdujeron en el material intercambiador, m antenien­ do la equivalencia de cargas.

80

F undam entos de tecnología de los alim entos

F ig u ra 2.34 Esquema técnico de una instalación de descarbonatación rápida. 1 Agua sin tratar; 2 Reactor rápido; 3 Masa de contacto; 4 Preparación de lechada de cal; 5 Filtro rápido; 6 Agua limpia; 7 Bomba de lechada de cal; 8 Agua de enjuagado; 9 Agua con fango.

El curso seguido por la reacción en un intercam biador de ácido débil (A) es el siguiente: /

H

A

+ C a ( H C 0 3)2 -* A = Ca + 2 C 0 2 + 2 H 20 \ tt

/

H

A

+ M g (H C 0 3)2 -* A = M g + 2 C 0 2 + 2 H 20 XH

En el intercambio de cationes de bicarbonato se origina ácido carbónico libre, que es eliminado por aspersión y ventilación y mediante tratamiento con lechada de cal saturada. El bicarbonato cálcico que se forma como consecuencia provoca un escaso aumento de la dureza. La regeneración del intercam biador de cationes, una vez agotada su capacidad cambiadora, se lleva a cabo con ácido clorhídrico al 2-5% [2.63]. La Figura 2.35 muestra un intercambiador de cationes de ácido fuerte, adecuado para la separación de sales contenidas en aguas duras por carbonatos y no carbonatos [2.63]. N e u t r a l iz a c ió n d e l a a c id e z d e l a g u a

El dióxido de carbono libre provoca fuerte corrosión en la red de cañerías, lo que hace necesario eliminarlo. A tal fin se utilizan: -

Intercam bio de gases mediante ventilación (boquillas inyectoras de aire, ventilación en cascada). Extracción de gases por vacío.

Materias primas

81

F ig u ra 2.35 Esquema técnico de una instalación de tratamiento de agua destinada a la elaboración de cerveza, con intercambiador de cationes de ácido fuerte. 1 Intercumbiador canónico; 2 Pulverizador; 3 Saturador calizo; 4 Dispositivo regenerador; 5 Neutralización; 6 Elevador de presión; 7 Célula m edidora de la conductividad diferencial; 8 Cuadro de mandos.

-

Adición de cal en solución (aparición de dureza carbonatada). Adición de lejía y sosa (sin endurecimiento). Filtración por polvo de mármol o piedra dolomita semicalcinada.

E l im in a c ió n d e h ie r r o y m a n g a n e s o

Pueden separarse de aguas carbonatadas cantidades grandes de hierro en presencia de 0 2, filtrando por una capa de grava. Si la cantidad presente de hierro es muy alta, el agua se tratará con cal, ventilando a continuación. El hidróxido de hierro (III) flocula y luego se separa mediante filtración. El manganeso se presenta acompañando al hierro y se elimina en parte al separar este últim o del agua. La eliminación específica del manganeso se consigue con el filtro de Vollmar, constituido por arena de pirolusita. Se añaden bacterias que hacen precipitar el manganeso. E s t e r il iz a c ió n d e l a g u a

Rayos UV: Con longitudes de onda de 250-280 nm, y especialmente de 254 nm, se produce la alteración irreversible de la proteína celular de los microorganismos. Dosis de radia­ ción: 3.000-20.000 W s/cm 2; espesor de la capa de agua: 5-10 cm. Para la esterilización del agua han dado buenos resultados destiladores de baja presión de mercurio [2.63], Clorado: El efecto esterilizador se origina al reaccionar los vapores de cloro o el dióxido de cloro con el agua:

82

F undam entos de tecnología de los alim entos

Cl2 + H20 -> HC1 + HOC1 2 C10 2 + H20 - a HC10 2 + HCIO 3 Los ácidos hipocloroso (HOC1), cloroso (HC102) y d ó rico (HC103) actúan por des­ trucción oxidativa de los gérmenes. Ozonización: La inyección de ozono, agente intensamente oxidativo, en el agua (0,2-0,5 g/m 3) desarrolla un efecto fuertemente germicida. También resultan atacadas otras sustancias orgánicas presentes en el agua. Esterilización por filtración: Se utilizan estratos filtrantes de poros muy finos o bien bujías cerámicas especiales.

2.15.4

U tilizació n eco n ó m ica del agua

El consumo de agua con fines domésticos e industriales aumenta constantemente, m ientras que las disponibilidades de este precioso líquido permanecen casi invariables. Se hace necesario un descenso del consumo específico de agua en la industria de los alimentos, lo cual puede conseguirse mediante: -

Utilización de métodos con bajo consumo de agua. Aprovechamiento repetido del agua en circuitos cerrados o usándola por segunda vez. Reducción de las pérdidas de agua. Purificación adecuada de las aguas residuales como requisito previo para un aprove­ chamiento repetido.

Fundamentos físico-químicos acerca de sustancias alimenticias en sistemas dispersos

3.1

Las sustancias alimenticias como sistemas dispersos1)

Las sustancias alim enticias se encuentran en su m ayor parte disueltas en form a co ­ loidal o bien se presentan en form a de sistem as m icroheterogéneos (estructurados) o dispersos en form a grosera. Son, por tanto, bifásicos o polifásicos, y están sujetos a las leyes de los sistem as dispersos. Las sustancias alim enticias presentes en form a de verda­ deras d isoluciones (v.gr.: soluciones de sal o de azúcar; distintas bebidas y licores) son m onofásicas y sólo están sujetas a las leyes de los sistem as dispersos en caso de trans­ form aciones parciales o de form ación de fases nuevas (v.gr.: evaporación; condensación; cristalización; derretim iento). En general es válido decir que los sistem as dispersos están constituidos por dos o m ás fases, de las cuales al m enos una se p resenta en form a dispersa y se halla rodeada por una fase continua. E ntre las fases, que se diferencian por su estado de agregación, de energía, o por su com posición quím ica, existen superficies interfaciales o de separación de fases, en las que se dan fenóm enos interfaciales. Las propiedades de los sistem as dispersos se deter­ m inan en función de la cantidad y tipo de fases y de sus interacciones. L a Tabla 3.1 describe los factores de im portancia que determ inan las propiedades de los sistem as dispersos. A m enor tam año de las partículas, aum enta la superficie interfacial volum étrica e s­ pecífica: ó'espec.

V v

1

k/a

(3.1)

S 12 superficie interfacial entre la fase dispersa y el m edio dispersante; v, volum en de la fase dispersa; k factor en función de la form a; a tam año de la partícula.

Las demostraciones teóricas generales se tratan especialmente en [3.7],

84

Fundam entos de tecnología de los alim entos

Tabla 3.1 Factores que determinan las propiedades de los sistemas dispersos. Factor de influencia

Variantes principales

Tamaño de las partículas

Dispersión molecular, dispersión coloidal, microhetcrogéneo, dispersión grosera Esfera, elipsoide, poliedro, laminar, baciliforme, fibrilar Rígida, elasto-viscosa, flexible Fuerzas de atracción y repulsión Movimiento libre, agregadas Liófilas, liófobas hidrófilas, hidrófobas lipófilas, lipófobas Bi-, tri-, ..., «-fásicas Sistema disperso: diluidos, concentrados, altamente concentrados Fase dispersa: sólida, líquida, gaseosa Fase continua: sólida, líquida, gaseosa

Forma de las partículas Flexibilidad de las partículas Propiedades superficiales Interacciones partícula-partícula Interacciones partícula-medio dispersante

Número de fases Proporción de las fases entre sí Estado de agregación de las fases

La F ig u ra 3.1 m uestra la dependencia entre las superficies específicas de separa­ ción y el tam año de las partículas. Los sistem as dispersos sencillos están constituidos por dos fases: la fase dispersa y el m edio dispersante. Entre los sistem as dispersos sencillos se distinguen ocho sistem as especiales (Tabla 3.2). Los sistem as dispersos com plejos están form ados por num erosas fases dispersas y en algunos casos por varias fases continuas (Tabla 3.3). Las com plejas interacciones entre las fases determ inan propiedades físicas im por­ tantes de los sistem as dispersos. El estudio de los procesos de form ación, estabilización y transform ación de los siste­ m as dispersos y de las relaciones con sus propiedades m ecánicas fue desarrollado por R ebinder y su escuela ([3.7] [3.8]) com o una parte de la quím ica de coloides bajo la denom inación de m ecánica físico -q u ím ica .

Figura 3.1 Dependencia de la su­ perficie específica de separación del sistema respecto del diámetro de las partículas.

Fundam entos físico-qu ím icos acerca de sustancias alim enticias en sistem as dispersos

85

Tabla 3.2 Tipos de sistemas dispersos sencillos. Fase dispersa

Medio de dispersión

Sistema disperso

Líquido

Gas

Aerosoles Aerosol líquido

Sólido

Gas

Aerosol sólido

Gas Líquido Sólido

Líquido Líquido Líquido

Liosoles Dispersión gaseosa, espuma Emulsión Sol, suspensión

Gas

Sólido

Líquido

Sólido

Sólido

Sólido

Xerosoles Espuma sólida Sólidos porosos Emulsión sólida Sólidos porosos rellenos de líquido Suspensión sólida

Ejemplos

Niebla, Pulverización de líquidos Polvo, Pulverización de polvo

Clara de huevo montada Leche Néctar de fruta

Merengue Bizcocho Margarina Fruta, semillas oleaginosas Pastas, masas

Tabla 3.3 Ejemplos de sistemas dispersos complejos form adas en sustancias alimenticias. Ejemplos

Fases dispersas

Fases continuas

Chocolate

Cristales de azúcar Partículas sólidas de cacao Burbujas de aire Pequeñas burbujas de aire Gotitas de grasa Macromoléculas de proteína Pequeñas burbujas de aire Macromoléculas de almidón Partículas de salvado Gotitas de líquido Gotitas de grasa Granulos de almidón Pequeñas burbujas de aire Gotitas de líquido Gotitas de grasa

Fase cristalina de manteca de cacao

Helados

Miga de pan

Materias primas vegetales fruta, verdura, semillas oleaginosas, patatas, cereales Tejidos animales

Fase acuosa cristalina

Fase proteica coagulada (gel) Membranas celulósicas, envolturas proteicas

Macromoléculas proteicas (tejidos conectivos)

En la tecnología de los alimentos ese estudio reviste especial im portancia para entender: -

los procesos de form ación y m odificación de estructuras; la creación y d estrucción de sistem as dispersos; las p ropiedades reológicas de los sistem as dispersos.

86

Fundam entos d e tecnología de los alim entos

3.2

Interacciones entre moléculas en los sistemas dispersos

Los sistem as dispersos presentan una gran superficie de separación específica, de tal form a que la energía interfacial y las interacciones de ella resultantes, determ inan consi­ derablem ente las propiedades de las dispersiones.

Tabla 3.4 Interacciones entre iones y moléculas. Denominación

Descripción física

Interacción entre iones

Ecuación de C o u l o m b

P(r) = JÍAÍ7b_ 4ne0r para fuerzas entre dos cargas eléctricas qA y qtí a distancia r en el vacío y

P(r) =J M . 2_ 4ne0er para iones en un medio con constante dieléctrica £

V ( r ) =± AÍJL 4near Energía potencial en caso de aproximación de dos cargas hasta la distancia r en el vacío Interacciones entre dipolos permanentes (Energía de K e e s o m )

d aA'f

* .- - 2

3 r bK T (4neo) 2

energía media de interacción según K eeso m por efecto del movimiento browniano en la rotación de un dipolo contra el otro KT energía térmica; ¡j. momento de dipolo Dipolo inducido (Energía de D e b y e )

i/

Deb

_ °-aMa , .

. -> 6

(47T£0)-/-

Energía de inducción media de dos moléculas polares desiguales

v. _

«Ai^B

Deh

(4JT£0) V

Interacción de una molécula polarizable A y una molécula del dipolo permanente /uB Interacción entre moléculas neutras (Energía de dispersión o de L o n d o n ) Fuerza de repulsión entre átomos

^ d= p

p j r

Constante de

V'D= b e -r/p r, p Constantes

L ondon

F undam entos físico-qu ím icos acerca de sustancias alim enticias en sistem as d ispersos

87

En los sistem as dispersos coloidales entre las m oléculas, los átom os y los iones dom inan siem pre las fuerzas de atracción y repulsión, cuyo radio de alcance es relativ a­ m ente corto. En los sistem as dispersos groseros entre las partículas actúan tam bién las fuerzas de atracción y repulsión, que resultan de la sum a de fuerzas m oleculares de átom os y m oléculas, de los que se com ponen las partículas. Estas fuerzas entre p artícu­ las poseen un radio de acción significativam ente m ás grande. Las fuerzas entre m olécu­ las e iones resultan de las cargas eléctricas (Tabla 3.4) y pueden originar fuerzas de repulsión (in teracción entre iones; fuerzas de repulsión entre átom os) o de atracción (energía de K e e so m ; energía de D e b y e ; energía de L o n d o n ) .

3.2.1

Energía interfacial

L as in te ra c c io n e s de las m o lé c u la s y p a rtíc u la s p re se n te s en las su p e rfic ie s in terfaciales pu ed en d istin g u irse fu n d am en talm ente de las que se dan en la fase, ya que éstas sólo se p ueden d ar en la cap a su p erficial y en la fase entre m oléculas de igual clase en in teracció n . Las fuerzas no com pensadas ejercidas por las m oléculas o partículas en la superficie interfacial son denom inadas energía libre interfacial (Fig. 3.2). Ésta corresponde en el caso de líquidos, al trabajo que hay que realizar para transportar una m olécula desde el interior de la fase hasta la superficie, debiéndose superar parte de las fuerzas de atracción interm oleculares. La clase e intensidad de las interacciones interm oleculares determ inan el valor num érico de la energía interfacial libre específica (tensión interfacial).

Figura 3.2 Esquema de las fuerzas de interacción entre moléculas. a) En el interior de la fase; b) En el límite de la fase.

E n el caso de fluidos apolares (v.gr.: aceite com estible; m anteca de cacao) la en er­ gía interfacial esp ecífica sólo está constituida por la energía de dispersión Vj> En los fluidos polares (v.gr.: agua; soluciones de azúcar) es la sum a de la energías parciales de L o n d o n , de D e b y e y de K e e s o m , por lo que siem pre resulta de m ayor intensidad. La energía de interacción en la interfase entre dos líquidos no m iscibles entre sí (v.gr.: aceite y agua) es:

V = V a a + V W - 2 V ab

(3-2)

C uando aum enta la tem peratura, en el caso de interfases líquido-gas (v.gr.: so lucio­ nes acuosas azucaradas cercanas al punto de ebullición) las fuerzas de interacción con

88

Fundam entos de tecnología de los alim entos

la fase g aseosa deben ser tom adas en cuenta. La tensión interfacial dism inuye en cam ­ bio con el aum ento de la tem peratura y en las proxim idades de la tem peratura crítica se vuelve cero, ya que la separación entre fases desaparece. U na ecuación em pírica de R amsay y S hield ex presa esta relación:

o

~k(TK- T - 6 )

(3 .3 )

M m asa m olecular relativa del líquido; % grado de asociación del líquido; p densidad del líquido; TK tem peratura crítica; a tensión interfacial.

3.2.2

Fenómenos interfaciales en sistemas bifásicos

3.2.2.1

Presión capilar de curvatura

La energía interfacial específica libre depende de la form a de la superficie de separa­ ción entre fases. En las superficies arqueadas convexas de separación entre fases (v.gr.: gotas; burbujas gaseosas; partículas sólidas) aum enta la proporción de energía interfacial libre de una m olécula en el lím ite de fases, m ientras que en las cóncavas (v.gr.: burbujas gaseosas; capilares) dism inuye (Fig. 3.3). Este efecto es perceptible en caso de atom iza­ ción, secado por pulverización, em ulsionado, form ación de poros, form ación de espum a,

Figura 3.3 Esquema de la compensación de las fuer­ zas de interacción entre moléculas. a) Entre superficies planas; b) Entre superficies arqueadas. 1 Superficie de separación (plana); 2 Superficie de separación (arqueada); 3 Radio de acción; 4 Molécu­ la; 5 Fuerzas de interacción compensadas.

m olturación en húm edo, cristalización y disolución de cristales, así com o en alim entos porosos capilares durante el secado o la condensación capilar. De este m odo, se o rig i­ na una diferencia de presión Ap entre las fases, que es proporcional a la tensión interfacial