Procesamiento termico de frutas y hortal

PROCESAMIENTO TÉRMICO DE

FRUTAS Y HORTALIZAS

PROCESAMIENTO TÉRMICO DE

FRUTAS Y HORTALIZAS Elsa Bosquez Molina María Luisa Colina Irezabal

Catalogación en la fuente Bosquez Molina, Elsa

Procesamiento térmico de frutas y hortalizas. -México : Trillas, 2010.

232 p. : il. ; 23 cm.

Bibliografía: p. 223-226 Incluye índices ISBN 978-607-17-0607-2 1. Frutas - Preservación. 2. Legumbres Preservación. I. Colina Irezabal, María Luisa. II. t.

D- 664.82’C237p

LC- TX612.F7’C6.6

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Reg. núm. 158 Primera edición, agosto 2010 ISBN 978-607-17-0607-2

Derechos reservados Impreso en México © 2010, Editorial Trillas, S. A. de C. V. Printed in Mexico División Administrativa, Av. Río Churubusco 385, Col. Pedro María Anaya, C.P. 03340, México, D. F. Tel. 56 88 42 33, FAX 56 04 13 64

Esta obra se terminó de imprimir el 23 de agosto del 2010, en los talleres de Diseños & Impresión AF, S. A. de C. V. Se encuadernó en Encuadernaciones y Acabados Gráficos.

División Comercial, Calzada de la Viga 1132, B 90 TW CTP

Introducción

7

Cap. 1. Panorama de la industria hortofrutícola 1.1. Importancia de las frutas y hortalizas, 11. 1.2. Pérdi­ das poscosecha de frutas y hortalizas, 13. 1.3. Industria alimentaria, 15. 1.4. Industria hortofrutícola de productos procesados, 16. 1.5. Tipos y características de las empresas procesadoras de frutas y hortalizas, 17. 1.6. Situación y pro­ blemática de la industria hortofrutícola en México, 22.

11

Cap. 2. Origen de la tecnología para la conservación prolongada

de alimentos mediante la aplicación de calor dentro y fue-

ra del envase 2.1. Definiciones, 27. 2.2. Invención y comienzo del envasa­ do por calor, 28. 2.3. Evolución del proceso de envasado de alimentos, 30.

Cap. 3. Materia prima y otros ingredientes 3.1. Introducción, 32. 3.2. Materia prima, 33. 3.3. Factores que afectan la calidad de las frutas y hortalizas como ma­ teria prima, 34. 3.4. Requerimientos de la materia prima destinada al procesamiento, 34. 3.5. Agua. Calidad para pro­ cesamiento, 40. 3.6. Aditivos, 41.

27

32

índice de contenido

Cap. 4. Operaciones preliminares 4.1. Definición, 48. 4.2. Recepción de la materia prima, 49.

4.3. Limpieza, 49. 4.4. Selección y clasificación, 57. 4.5. Pela­ do, 62. 4.6. Reducción de tamaño, 69. 4.7. Escaldado, 80.

48

Cap. 5. Jarabes y salmueras 5.1. Definición, 84. 5.2. Función, 84. 5.3. Tipos de jarabes.

Influencia en la calidad, 85. 5.4. Salmueras, 88. 5.5. Cálculos para la preparación de jarabes y salmueras, 89.

84

Cap. 6. Operaciones de envasado 6.1. Llenado, 98. 6.2. Agotado, 99. 6.3. Envases más comu­ nes utilizados en frutas y hortalizas procesadas, 106. 6.4.

Cierre de envases, 125.

98

Cap. 7. Procesamiento térmico 7.1. Conceptos y principios del proceso térmico, 143. 7.2.

Cálculo del procesamiento térmico, 167. 7.3. Equipo para el procesamiento térmico, 198.

141

Conclusiones Bibliografía Índice analítico

221 223 227

La alimentación es una de las necesidades primordiales del hombre y por ello resulta de suma importancia la conservación de alimentos.

En su concepto más amplio, esta conservación consiste en la aplicación de tecnologías para prolongar la vida útil de los alimentos. En el caso de los productos hortofrutícolas, la conservación tiene particular interés dado que muchas frutas y hortalizas sólo crecen en regiones específicas del mundo y únicamente se producen durante un corto tiempo al año, lo cual limita su disponibilidad. Además, las frutas, en especial, cuen­ tan con un periodo de vida muy reducido después de cosechadas, aun con un manejo y almacenamiento adecuados, ya que son sumamente perecederas. Ante ello, el procesamiento de productos hortofrutícolas permite:

• Disponer de frutas y hortalizas fuera de su temporada de cosecha y en regiones distantes de las regiones de cultivo.

Prolongar la vida de anaquel y detener el deterioro durante el al­ • macenamiento, reduciendo de esta manera las pérdidas generadas por su manejo en fresco.

• Mejorar la calidad nutricional y digestibilidad en algunos casos.

• Aumentar la seguridad microbiológica y química del alimento.

• Aumentar la conveniencia y reducir el tiempo de preparación pre­ vio al consumo.

La conservación de alimentos particularmente de frutas y hortali­ zas requiere, por parte de la industria procesadora, un desarrollo ade­ cuado y una alta responsabilidad en la aplicación de tecnologías con

introducción

miras al mejoramiento de operaciones, a la reducción del costo de pro­ ducción y al incremento de su volumen, así como a la optimización de la calidad de los productos que se ofrecen al consumidor. Además es preciso garantizar una vida de almacenamiento prolongada, la cual se define como el tiempo que tarda un producto después de su envasado o elaboración, en condiciones determinadas de almacenamiento, para volverse inaceptable (inseguro o inapropiado) para su consumo o uti­ lización. Para ello es imprescindible el conocimiento profundo de las bases de cada una de las variables implícitas en un proceso de conserva­ ción determinado.

Es importante destacar que, si bien los principios básicos del proce­ samiento pueden aplicarse a la gran mayoría de los alimentos, existen amplias y claras diferencias entre los distintos grupos de éstos, por lo que la adaptación de procesos creados para un alimento en particular no siempre resulta conveniente para otros. De aquí la necesidad de di­ señar los procesos de transformación enfocándolos a alimentos especí­ ficos. El presente texto se concentra en el grupo de frutas y hortalizas, cuyas características estructurales y fisicoquímicas, incluido su valor nu­ tricional, lo convierten en un grupo sumamente especial, cuyos procesos de conservación siguen sus propios modelos.

Por otro lado, aunque existen múltiples técnicas de conservación de alimentos, la conservación mediante la aplicación de calor, es decir, el procesamiento térmico, es sin lugar a dudas una de las técnicas más im­ portantes para este tipo de productos. El desarrollo de esta tecnología data de principios del siglo y su influencia en la conservación de alimen­ tos ha constituido un factor decisivo en la producción, disponibilidad y reducción de pérdidas de diversos productos.

Así pues, en esta obra se expone la temática básica de la aplicación del procesamiento térmico en frutas y hortalizas, considerando des­ de las características que debe reunir la materia prima utilizada en la elabora­ción de productos hasta las operaciones preliminares, de pre­ paración o de acondicionamiento para el proceso; además se toman en cuenta la formulación del producto, así como su envasado y tratamien­ to térmico (ya sea que el producto se esterilice después o de manera previa a su introducción en el envase) y se repara en aspectos como el envase, la determinación del proceso térmico y el equipo necesario para llevarlo a cabo.

Por último, cabe hacer notar que, si bien existen publicaciones so­ bre tratamiento térmico y envasado de alimentos, éstas normalmente no abordan el tema de manera integral (desde la materia prima hasta el producto terminado) y mucho menos aplicado a productos específicos,

introducción

por lo que este libro proporciona con amplitud la información concer­ niente al procesamiento térmico de frutas y hortalizas, con el propósito de que se comprendan cabalmente las bases y principios que lo rigen y se propicie la utilización de materiales, procesos y equipos convenientes de la manera más eficiente posible, con miras a la obtención de productos de óptima calidad.

Las autoras

1.1. Importancia de las frutas

y hortalizas Las frutas y hortalizas ofrecen una amplia variedad de alimentos y des­ empeñan una función primordial en la dieta humana ya que son una fuente importante de vitaminas, minerales y fibra. En México, el consumo de pláta­ no, manzana, naranja, limón y aguacate ocupa dos tercios del consumo total de alimentos, con un promedio de 2.4 % para la población de escasos recursos económicos. Estos datos revelan la necesidad de promover un consumo más variado e incrementarlo entre la población con mayores carencias.

Para ello, no basta con mejorar la eficiencia de los sistemas de produc­ ción de frutas, sino también su manejo, industrialización y distribución, ya que el mejoramiento de las operaciones y técnicas en el manejo posco­ secha de frutas reduce automáticamente las pérdidas de productos que ya vienen gravados con los costos de cultivo, cosecha, empaque y transporte.

Desde el punto de vista económico, es importante señalar que de los 21.5 millones de hectáreas dedicadas actualmente a la agricultura en Méxi­ co, 3.3 % se encuentran ocupadas con hortalizas, 5.7 % con frutas y alrede­ dor de 0.25 % con plantas ornamentales (fig. 1.1). Las hortalizas compren­ den 100 cultivos de importancia comercial; las frutas, más de 120 especies, de las cuales sólo 51 son relevantes por su demanda en los mercados.

Los volúmenes que se obtienen de la explotación de la superficie an­ tes mencionada ascienden a 9.3 millones de toneladas de hortalizas y

11

12

cap. 1. panorama de la industria hortofrutícola

13.4 millones de toneladas de frutas, con un valor de precios medios ru­ rales de 3.7 y 6.2 billones de pesos respectivamente (Sagarpa, 2006). Los productos hortofrutícolas se destinan en 82.8 % a los mercados naciona­ les y en 17.2 % a los de exportación, generando divisas por 1.3 billones de dólares (fig. 1.2) (Sagarpa, 2006). Los volúmenes dirigidos al consumo doméstico se destinan en 92.5 % al consumo en fresco y en 7.5 % al pro­ cesamiento (fig. 1.3) (Secretaría de Economía, 2005).

90

90 80 60 50 40 30 20 10 0

Otros productos

5.7

3.3

0.25

Frutales

Hortalizas

Ornamental

Figura 1.1. Superficie agrícola nacional. (Fuente: Sagarpa, 2006.)

90 80

82.8

70 Porcentaje

Porcentaje

70

60 50 40 30 17.2

20 10 0

Mercado nacional

Exportación

Figura 1.2. Destino de la producción hortofrutícola nacional.

(Fuente: Sagarpa, 2006.)

13 100

92.5

90 80 Porcentaje

70 60 50 40 30 20 7.5

10 0

Productos frescos

Productos procesados

Figura 1.3. Destino de la producción hortofrutícola nacional que no se exporta. (Fuente: Secretaría de Economía, 2005.)

En general, las principales causas de la baja actividad exportadora de frutas son: variedades inadecuadas para el mercado externo; escaso grado de tecnificación para la producción, recolección y manejo posco­ secha; dificultad para alcanzar estándares sanitarios y de calidad; insu­ ficiencia de transporte; difícil acceso a zonas productoras; así como el deficiente control de las condiciones de temperatura y humedad rela­ tiva, la falta de información de mercados y los altos costos de interme­ diación.

1.2. Pérdidas poscosecha de frutas

y hortalizas Las pérdidas poscosecha que se pueden presentar a partir del momen­ to mismo de la cosecha y durante cada uno de los pasos o etapas por los que atraviesa el producto en su camino hacia el consumidor equivalen, en esencia, a una reducción o una pérdida de calidad, que se traduce en la pérdida completa de la mercancía o en una disminución de su precio.

La reducción de la calidad obedece a diversos factores, los cuales no necesariamente están ubicados en el sistema poscosecha, sino que se les puede localizar también en el campo; tal es el caso del control fitosani­ tario deficiente o la presencia de factores climáticos adversos. Asimismo,

14

cap. 1. panorama de la industria hortofrutícola

las causas que originan pérdidas no pueden adjudicarse solamente a alte­ raciones fisiológicas, fitopatológicas o mecánicas, pues la causa principal del problema puede ser de carácter tecnológico o socioeconómico, por ejemplo, la carencia de infraestructura para el acondicionamiento o el mal uso de ella, o bien los cambios en la oferta y la demanda, la mala administración, o la deficiente organización de los canales de comercia­ lización. Las pérdidas poscosecha tienen implicaciones económicas im­ portantes en el caso de los productos frescos; en cambio, la situación de la industria es diferente.

Pérdidas de productos hortofrutícolas en la industria Los estudios sobre pérdidas poscosecha se centran en aquellas pérdi­ das, ya sea de alimentos no procesados o de productos alimentarios, que han experimentado un procesamiento primario (National Academy of Sciences, 1978). El procesamiento primario consiste en una serie de pasos a través de los cuales la materia prima es convertida en un alimento co­ mestible básico mediante su separación de los constituyentes no comes­ tibles. Por ejemplo, el arroz se cosecha, se seca y se almacena, se elimina su cascarilla y se pule. El procesamiento secundario incluye más pasos, como en el horneado, cervecería y enlatado. Es decir, el producto básico comestible es transformado para su consumo.

El hecho de que los estudios se concentren en las pérdidas ocurridas desde la cosecha hasta el procesamiento primario y no incluyan el pro­ cesamiento secundario obedece a lo siguiente: 1. El procesamiento secundario adopta una gran variedad de formas y el seguimiento del producto a través de varios estados en la ca­ dena alimentaria hace que la cuantificación de pérdidas sea una perspectiva desalentadora.

2. En el procesamiento secundario, el producto está normalmente en las manos de los procesadores (industriales) comerciales o do­ mésticos. Las pérdidas pueden ser relativamente pequeñas (com­ paradas con las ocurridas durante el almacenamiento), al grado de que la empresa comercial es responsable de minimizarlas tanto como lo permitan los recursos disponibles y los incentivos econó­ micos.

15 1.3. Industria alimentaria En el ámbito macroeconómico, la industria alimentaria en México es la tercera más importante con un Producto Interno Bruto mayor que 5.5 %, sólo después de la industria petrolera y la industria química básica.

Por consiguiente, la industria alimentaria y de bebidas es una actividad clave en la economía nacional; sus relaciones intersectoriales más cerca­ nas se dan con la agricultura, la ganadería y la pesca, por constituir su fuente principal de materias primas, así como con la industria de envases y empaques y con el sector comercial. Conviene señalar también que, debido a que se trata de una industria que produce bienes de consumo generalizado, es altamente sensible a los cambios de ingreso real de la población.

La rama de alimentos procesados y bebidas es una de las más impor­ tantes de la industria manufacturera del país y está conformada por 12 divisiones:

a) b) c) d ) e) f ) g) h) i ) j ) k) l )

Productos cárnicos y lácteos.

Envasado de frutas y hortalizas.

Molienda de trigo.

Molienda de nixtamal.

Beneficio y molienda de café.

Azúcar.

Aceites y grasas comestibles.

Alimentos para animales.

Otros productos alimentarios.

Bebidas alcohólicas.

Cerveza y malta.

Refrescos embotellados y aguas (INEGI, 2005).

A su vez, la Cámara Nacional de la Industria de Conservas Alimenti­ cias (Canainca) clasifica las conservas alimenticias en 13 sectores: mie­ les y jarabes; legumbres; mermeladas; gelatinas y postres; mayonesas y aderezos; chiles; frutas en almíbar; especialidades; pasta y puré de to­ mate; bebidas; salsas y condimentos; productos del mar; y sopas, cremas y consomés. Todas estas conservas muestran un crecimiento favorable en el periodo comprendido entre 1999 y 2002, como se observa en la figura 1.4.

16 35

Porcentaje

30 25 20 15 10 5

Sopas, cremas y consomés

Pruductos del mar

Salsas y condimentos

Bebidas

Pastas y puré de tomate

Especialidades

Frutas en almíbar

Chiles

Mayonesas y aderezos

Gelatinas y postres

Mermeladas

Legumbres

Mieles y jarabes

0

Producto Figura 1.4. Crecimiento de los diferentes sectores que conforman la industria de conservas alimenticias en el periodo 1999-2002. (Fuente: Canainca, Memoria estadística 2002-2003.)

1.4. Industria hortofrutícola de

productos procesados La industria procesadora de frutas y hortalizas tiene una función im­ portante en el sector alimentario, dado que permite la conservación de estas materias primas mediante diversos procesos de transformación (industrialización). Esta actividad estimula al agricultor a producir ma­ yores volúmenes, moderando la caída de los precios en época de cosecha; además, ofrece durante todo el año la disponibilidad de diversas frutas y hortalizas procesadas, lo que evita la limitante de la oferta por cambios de estación o temporada.

La industria mexicana procesadora de frutas y hortalizas tiene una producción que rebasa los 650 millones de dólares y se compone de aproximadamente 1734 empresas localizadas en 12 estados de la Repúbli­ ca (INEGI, 1994).

17 1.5. Tipos y características de

las empresas procesadoras

de frutas y hortalizas De acuerdo con el catálogo de actividades económicas, las empre­ sas procesadoras de frutas y hortalizas se agrupan en cuatro clases (cuadro 1.1).

Cuadro 1.1. Clasificación de las empresas procesadoras de frutas y hortalizas.

Clase

Ramo

Porcentaje total de empresas

2011

Productos deshidratados.

5.5

2012

Congelados, conservas, encurtidos, jugos y mermeladas.

49.0

2013

Ates, jaleas, frutas cubiertas o cristalizadas y otros dulces regionales.

37.7

2014

Salsas, sopas y otros alimentos colados envasados.

7.8

Fuente: G. P. A. Cruz, 1990.

De acuerdo con su tamaño, grado de desarrollo y participación en el mercado nacional y de exportación, es posible identificar tres tipos de empresas (Booz Allen y Hamilton/Infotec, 1987; G. P. A. Cruz, 1990): 1. Las empresas pequeñas y de tipo familiar son las más abun­ dantes (73 %), constituyen una fuente importante de mano de obra no remunerada (integrada fundamentalmente por los miembros de la fa­ milia), aportan 25 % de los volúmenes producidos y los mercados que atacan son locales y regionales. Su tamaño da lugar a economías de es­ cala no óptimas, con la consecuente elevación en los costos de produc­ ción y, por ende, en los precios; o bien sus productos tienen un escaso control de calidad. Su tecnología tiende a ser obsoleta y sus plantas y equipo son viejos y poco automatizados. Sus recursos humanos y fi­ nancieros son escasos. Además, no cuentan con canales adecuados de

18

cap. 1. panorama de la industria hortofrutícola

comercialización y la calidad de sus insumos es baja debido a su pobre capacidad de negociación.

2. Las empresas grandes (21 %) están constituidas por un grupo de empresas que representan a los procesadores más grandes de México (por ejemplo: Herdez, Clemente Jacques). Controlan 60 % de la producción.

En cuanto a comercialización, tienen un alcance nacional y además ex­ portan, aunque no es su propósito fundamental (exportadoras pasivas).

Sus plantas y equipos no son completamente nuevos, pero sí adecuados para fabricar productos de calidad. De igual manera, su tecnología no es la más moderna, pero también es suficiente.

3. Las empresas multinacionales (6 %) están representadas por fir­ mas como Del Monte, Campbell’s, Bird’s eye y General Foods, que atien­ den mercados domésticos y de exportación, desarrollando actividades y estrategias específicas para cada caso. Generalmente se centran en un producto que por lo común carece de un mercado doméstico importante, como las fresas, las hortalizas y el jugo de naranja congelados. También se localizan en este grupo empresas que lograron cambiar de exporta­ doras pasivas a francamente exportadoras, como Del Fuerte en puré de tomate y Empacadora del Bajío en chiles. Estas empresas controlan 15 % de la producción y 50 % de la exportación. Su éxito en esta última activi­ dad obedece a lo siguiente:

• Tienen garantizado el abastecimiento de materia prima debido a la adquisición de terrenos de cultivo, firma de contratos o financia­ miento directo al productor.

• Las plantas se localizan cerca de las zonas productoras.

• Cuentan con un buen control de calidad debido a que se han equi­ pado, contratan personal especializado y han implantado progra­ mas de entrenamiento.

• Poseen eficientes canales de mercadeo y distribución, pues entien­ den el proceso de exportación y mantienen relaciones con distri­ buidores principalmente estadounidenses.

Cuentan, en general, con excelente tecnología.

•

En las tablas 1.1 y 1.2 se presentan datos de producción y venta de productos procesados de frutas y legumbres, según información del INEGI (2005).

19 Tabla 1.1. Producción y venta de frutas y legumbres preparadas y envasadas.

Productos elaborados

Producción

Venta

Cantidad (ton)

Valor (miles de pesos)

Cantidad (ton)

Valor (miles de pesos)

Total

–

4 141 570

–

3 972 358

Aceitunas

9622

48 452

–

45 195

Aceitunas preparadas

2455

29 622

2049

26 275

Frutas en conserva

–

292 311

Durazno

10 290

43 583

6958

32 330

Fresa

22 275

97 154

24 250

101 720

600

2400

644

2655

7206

28 272

6089

23 664

398

1182

346

1121

18 793

76 665

18 989

72 374

–

105 666

–

106 580

Fresa

29 876

101 910

30 033

103 055

Otras

–

14 066

–

13 784

Hortalizas en conserva

–

1 365 690

–

1 321 220

Champiñones

7335

64 891

6884

61 022

196 334

779 081

190 237

760 113

431

8020

271

9554

1559

6303

1502

6530

Tomate en puré o en otras formas

138 066

359 235

129 125

325 645

Legumbres y otros vegetales en conserva

–

657 225

–

660 532

Brócoli

180 415

345 871

180 114

345 512

Cebolla

3011

14 984

2988

14 356

Chícharos

23 744

80 530

22 126

78 951

Elotes

11 957

63 250

11 880

62 230

Denominación

Guayaba Mango Manzana Piña Frutas congeladas

Chiles en escabeche Otras Pimientos

–

291 502

20 Tabla 1.1. (Continuación.)

Productos elaborados Denominación

Producción Cantidad (ton)

Valor (miles de pesos)

Cantidad (ton)

5670

Otras

–

111 827

–

111 687

Otros productos a base de frutas, hortalizas y legumbres

–

401 556

–

400 660

Mermeladas

27 340

120 125

25 023

129 793

Salsa de diversos tipos

31 234

203 946

29 997

202 457

–

104 382

–

105 473

1 102 430

–

1 045 635

Denominación Jugos y néctares de frutas

5111

Valor (miles de pesos)

Frijoles

Otros

25 347

Venta

24 633

Cantidad (miles de l ) –

Mango

30 336

95 185

27 830

89 602

Manzana

79 490

203 560

77 849

201 056

Naranja

140 896

246 077

139 088

244 345

Piña

23 997

66 098

22 456

60 890

Toronja

10 876

27 667

9 957

27 321

Uva

40 098

99 054

38 975

90 035

Jugos de hortalizas y legumbres

–

41 340

–

38 690

Tomate rojo

6657

20 932

5951

18 735

Otros

–

21 691

–

20 065

Fuente: INEGI, 2005.

21 Tabla 1.2. Producción y venta de frutas y legumbres deshidratadas.

Productos elaborados

Producción

Denominación

Unidad de medida Cantidad

Venta Valor (miles de pesos)

Cantidad

Valor (miles de pesos)

Total

–

301 514

–

31 421

Pasas y orejones de frutas

–

60 302

–

6328

Ciruela

kg

27 563

401

22 476

372

Chabacano

kg

248 693

3144

251 335

3723

Dátil

kg

458 961

7202

450 721

6978

Durazno

kg

60 303

1145

59 963

1045

Manzana

kg

41 936

892

41 233

849

Pera

kg

13 788

613

11 215

597

Perón

kg

30 715

225

21 946

211

Uva

ton

9553

40 056

8855

41 257

Otros

–

30 021

–

29 753

Frutas deshidratadas

–

27 895

–

26 763

Coco

ton

5275

17 565

5186

18 089

Higos

kg

112

11

110

105

Otras

–

15 762

–

10 355

Legumbres y otros vegetales deshidratados

–

181 754

–

173 436

Ajo

ton

3011

15 553

2966

15 115

Cebolla

ton

4012

28 654

3992

26 742

Chile

ton

5132

38 112

5369

37 032

Espinacas

ton

221

2011

189

1873

Flor de cempasúchil

ton

16 782

42 288

16 735

43 514

Pimiento

ton

105

1695

96

1459

Otros Fuente: INEGI, 2005.

–

42 215

–

42 025

22 1.6. Situación y problemática

de la industria hortofrutícola

en México El problema fundamental de la fruticultura es, en buena medida, el carácter altamente perecedero de los productos y las normas de cali­ dad impuestas, que provocan la desaparición de especies criollas adap­ tadas a las condiciones del medio, así como los sistemas deficientes de conservación y distribución que han impedido atender los mercados de bajos ingresos. Las hortalizas, el otro grupo de perecederos agrícolas en cuestión, han experimentado un crecimiento significativo, pero poco consistente, pues una parte importante de su producción está condicio­ nada por el mercado externo. Debido a estos problemas de conservación y distribución, las frutas y hortalizas no siempre están al alcance de la población de menores ingresos a pesar de que suministran complemen­ tos nutricionales.

Los procesos de industrialización importados de los países desarro­ llados exigen homogeneidad en las características de la materia prima, lo cual trajo como consecuencia la sustitución de especies criollas por variedades híbridas o mejoradas. Estas variedades ofrecen mejores rendi­ mientos, pero exigen también mayores cuidados: aplicación de riego, fer­ tilizantes, insecticidas y fungicidas, así como instalaciones, maquinaria y equipo especializado.

La industria de frutas y hortalizas se caracteriza por su elevada he­ terogeneidad en lo referente a su propiedad, tamaño, productividad, empleo generado, tipo y nivel de producción. Las diferencias también se manifiestan en los siguientes aspectos: Capacidad utilizada. La capacidad utilizada de la industria procesadora fluctúa entre 40 y 50 %. Esta subutilización obedece al carácter estacio­ nal de la materia prima y a la falta de integración entre los productores y procesadores.

Canales de comercialización. Los canales de comercialización y los méto­ dos de distribución están relacionados con el tamaño de las empresas. Las grandes compañías realizan la comercialización de manera autónoma y las pequeñas y medianas a través de intermediarios. Asimismo, las pri­ meras cuentan con almacenes en los principales centros de consumo, lo que propicia una distribución eficiente y rápida.

Materias primas. Las más utilizadas por esta industria son: piña, gua­ yaba, manzana, durazno, mango, pera, fresa, chícharo, ejote, zanahoria,

1.6. situación de la industria hortofrutícola

23

tomate, diferentes clases de chile, brócoli y coliflor. Los problemas que hay que enfrentar para su adquisición se refieren a la imposición de lí­ mites a la superficie cultivable (fresa, tomate), a las irregularidades en la calidad y volumen por falta de integración con el productor, a los costos elevados y las dificultades de organización, y a la distribución de las cose­ chas debido a la fragmentación de áreas productoras.

Envases. Tienden a ser caros, de mala calidad y, por ello, en ocasiones no son aptos para la exportación, particularmente las latas. Esto sucede, entre otras causas, porque la hojalata nacional es de pobre calidad y la extranjera está limitada por altos aranceles de importación sobre un pre­ cio oficial establecido por el gobierno mexicano. Además, la versatilidad de materiales y diseños es limitada debido a los patrones nacionales de producción y a las políticas que limitan la importación.

Normalización. En relación con la normalización, se encuentran dis­ ponibles 65 estándares para frutas y hortalizas procesadas; sin embargo, todavía hay productos sin normalizar, como los congelados, los deshi­ dratados y algunas sopas preparadas que se encuentran en estudio.

Exportaciones. Aunque la exportación de frutas y legumbres es uno de los rubros que genera mayores ingresos a nuestro país, no se ha conse­ guido una penetración importante en la mayoría de los productos, ni se ha aprovechado el mercado de Estados Unidos, que representa 90 % de nuestro mercado externo. Incluso se han registrado, en algunos ca­ sos, disminuciones de ventas (fresa congelada, piña enlatada, espárragos congelados y jugo de piña). En la tabla 1.3 se presentan los principales productos hortofrutícolas procesados de origen nacional que se exportan actualmente.

Perspectivas de ampliación de mercados externos. Las exportaciones de la rama de alimentos y bebidas ocupan un lugar importante dentro del total del sector agroindustrial. Sobresalen por su participación en el to­ tal exportado la cerveza, legumbres y frutas preparadas, tequila y otros aguardientes, camarón congelado y café procesado.

Ante el Tratado Trilateral de Libre Comercio entre México, Estados Uni­ dos y Canadá, las perspectivas que posee México de exportación del sec­ tor agroindustrial son:

• Existe un número potencial de mercados para las frutas y hortali­

zas procesadas. Estados Unidos, Europa y Japón son mercados muy grandes. Para México, sin embargo, Estados Unidos representa una oportunidad primaria a corto plazo. Las distancias largas a veces reducen la competitividad en costo de ciertos países considerando que los costos de transporte pueden ser muy altos en productos

24 Tabla 1.3. Exportaciones de productos hortofrutícolas procesados de origen nacional.

Unidad de medida

Cantidad total

Valor (miles de pesos)

Hortalizas, frutas u otros frutos y demás partes comestibles, preparados en vinagre o en ácido acético.

kg

146 489 137

1 247 083

Hortalizas, frutas u otros frutos o sus cortezas y demás partes, confitados con azúcar.

kg

17 846 298

1 250 584

Confituras, jaleas y mermeladas, purés y pastas de frutas u otros frutos, obtenidos por cocción, incluso con adición de azúcar u otro edulcorante.

kg

18 097 194

187 384

Jugos de frutas o de hortalizas sin fermentar y sin adición de alcohol, incluso con adición de azúcar u otro edulcorante.

l

120 441 697

1 078 242

Tomates preparados o conservados (excepto en vinagre o en ácido acético).

kg

5 813 949

140 597

Hongos y frutas, preparados o conservados (excepto en vinagre o ácido acético).

kg

1 579 553

22 213

Hortalizas preparadas o conservadas (excepto en vinagre o ácido acético), congeladas.

kg

3 041 398

193 802

Hortalizas preparadas o conservadas (excepto en vinagre o ácido acético), sin congelar.

kg

34 973 488

1 468 538

Frutas y demás partes comestibles, preparadas o conservadas de otro modo, incluso con adición de azúcar u otro edulcorante o alcohol no expresados ni comprendidos en otra parte.

kg

60 234 730

725 560

Producto

Fuente: INEGI, Anuario estadístico del comercio exterior de los Estados Unidos Mexicanos, 2005.

1.6. situación de la industria hortofrutícola

25

empacados. México no ha aprovechado las oportunidades que tie­ ne en Estados Unidos a pesar del gran tamaño de este país y de la proximidad de sus mercados con México. La actuación relativa­ mente pobre de México ha permitido que otros países capturen porciones importantes del mercado estadounidense de alimentos procesados.

• Los esfuerzos de México a corto plazo deben concentrarse en alcan­zar una mayor participación del mercado estadounidense. Una vez logra­ do esto, puede concentrarse en otros mercados que ofrezcan oportu­ nidades en productos específicos, particularmente en Europa.

De acuerdo con la función que han desempeñado en la exportación, las empresas pueden clasificarse en tres grupos (cuadro 1.2).

Cuadro 1.2. Clasificación de las empresas mexicanas por su participación en la exportación.

Compañía

Descripción

Porcentaje de exportación

Ejemplos

1. Pequeñas, familiares. Empresas pequeñas que Orientadas al no exportan por carecer mercado doméstico. de recursos y tamaño.

5

Salsa Tamazula

2. Grandes exportadoras Empresas que sirven al pasivas. mercado de exportación en la misma forma que al mercado doméstico, sin esfuerzos especiales dedicados a la exportación.

45

Herdez Clemente Jacques

3. Transnacionales orientadas a exportación.

50

Covermex Citromex

Fuente: G. P. A. Cruz, 1990.

Empresas que han formado negocios de exportación sobre un producto en particular, como fresas u hortalizas congeladas.

26

cap. 1. panorama de la industria hortofrutícola

1. Las empresas pequeñas, familiares, orientadas al mercado domés­ tico están prácticamente fuera de la actividad exportadora. Incorporar­ las con éxito a la exportación exigiría un gran esfuerzo y capital con el fin de que adquieran nuevos equipos y tecnologías, mejoren su admi­ nistración y desarrollen experiencia en el mercado y en los canales de distribución.

2. Por su parte, las empresas grandes catalogadas de exportadoras pasivas están bien preparadas para atender el mercado de exportación, pero carecen de incentivos y de una mentalidad exportadora (compren­ der las diferentes exigencias de este mercado y hacer las inversiones ne­ cesarias para servirlo). Convertirlas en exportadoras exitosas requeriría de inversiones menores que garanticen un abastecimiento regular de materia prima en calidad y volumen, utilizando estrategias de conversión o acuerdos de abastecimiento a largo plazo; la implementación de siste­ mas de control de calidad para alcanzar los estándares exigidos; la adqui­ sición de equipos para el control de procesos con el propósito de reducir tiempos muertos y asegurar su capacidad para cumplir con órdenes de exportación; y la planeación y organización de la comercialización ya que estas compañías desconocen en general cómo penetrar el mercado (cono­ cer los requerimientos de la Food and Drug Administration; conseguir información de productos, mercados y tendencias positivas; e identificar y llegar a los brokers y distribuidores apropiados en Estados Unidos).

3. Finalmente, como ya se mencionó, las compañías transnacionales orientadas a la exportación han tenido éxito en esta actividad, pues han logrado en algunos productos quitar mercado a los procesadores estado­ unidenses.

2.1. Definiciones El envasado convencional (enlatado) se define como el procedimien­ to que se aplica para la conservación de alimentos mediante la combi­ nación del sellado hermético de un recipiente y la aplicación de calor para destruir microorganismos patógenos y causantes del deterioro de alimento, así como para la inactivación de enzimas.

La tecnología del envasado aséptico (esterilización del alimento fuera del envase) se define como la aplicación de altas temperaturas al produc­ to por unos segundos en un sistema cerrado y su posterior enfriamiento a temperatura ambiente (proceso llamado de ultra-alta temperatura). El proceso se completa transfiriendo el producto procesado a envases pre­ esterilizados en un ambiente estéril.

La principal ventaja entre el procesado aséptico y el convencional es que en el primero la corta duración del proceso, además de conseguir la esterilización comercial del alimento, causa menor daño en su contenido nutricional y propiedades sensoriales.

27

28 2.2. Invención y comienzo del

envasado por calor Este proceso realmente fue un invento, al contrario de lo que acon­ teció con el secado, el salado, las salmueras y la congelación, que proba­ blemente son producto de las observaciones realizadas por muchos indi­ viduos desde tiempos prehistóricos y que poco a poco se adoptaron como medios intencionales de preservación de alimentos. La invención del envasado por calor se acredita a Nicolás Appert, químico francés y con­ fitero, quien recibió por ello un premio de 12 000 francos otorgado por el gobierno de su país en 1809, durante la era napoleónica. La necesidad de producir alimentos preservados para las fuerzas armadas constituyó un factor decisivo para estimular el desarrollo de la industria enlatadora a través de la historia. Durante el siglo xix, esta industria se destacó más como arte que como ciencia.

Cronología del envasado por calor 1810: Peter Durand (Inglaterra) patentó el “método de preservación de alimentos animales y otros artículos perecederos” (method of preserving animal food or other perishable articles) en el que se sugería por primera vez el empleo de envases metálicos. Aunque Appert ha­ bía utilizado botellas como recipientes sellados, Durand mencionó vasos o recipientes de hojalata (tin) u “otros metales de materiales adecuados”. Al parecer, su patente se vendió a John Hall y su com­ pañero Bryan Donkin de la Dartford Iron Works (en 1000 libras esterlinas). Estos hombres abastecieron cantidades considerables de vegetales y carne enlatada a la marina británica. Así nació la industria del enlatado. Los alimentos enlatados fueron utilizados con mucho éxito por los exploradores, además de los militares.

El capitán Edward Parry las empleó en expediciones al Ártico en 1819, 1824 y 1826. Algunos de estos alimentos se recuperaron de tiendas de abarrotes en 1911, se examinaron y se encontraron en buenas condiciones; otros se recuperaron más tarde, en 1939.

1811: Aparece L’art de conserver, tratado de Appert publicado en Francia.

Se traduce al inglés.

1819: Se inicia el enlatado en América. William Underwood comenzó en Boston; envasaba en botellas frutas, pepinos en salmuera y con­ dimentos. Al mismo tiempo, Thomas Kensett y Ezra Daggett ini­ ciaron el envasado de salmón, langosta y ostiones en Nueva York y

2.2. invención del envasado por calor

29

fue a ellos a quienes se concedió en 1825 una patente del recipien­ te de hoja de lata. Estos recipientes se conocieron originalmente como canisters (botes) y posteriormente el término se acortó a can y de ahí se derivó el nombre del proceso: canning. Los términos tin, tinning y tinned continúan utilizándose de manera generalizada en Gran Bretaña.

1830: En Inglaterra era oficial el consumo de alimentos enlatados en los navíos de la Armada Real. Se ofrecían al público latas de tomates, guisantes y sardinas. Las latas eran grandes (1.8-2.0 kg) y caras y se tenían que abrir con martillo; su construcción manual era de 10 latas por día.

Segunda mitad del siglo xix: rápido desarrollo de esta industria 1847: Invención de una máquina para estampar los cuerpos de las latas, para la limpieza de los alimentos y de las latas, así como para su transporte a lo largo de la línea de tratamiento.

1860: Efecto de los microorganismos en la descomposición de alimen­ tos. Aunque Appert era un observador cuidadoso, al parecer no entendió la función que desempeñan los microorganismos en la descomposición de alimentos y creyó que la exclusión del aire era el principal factor. Fue otro francés, Louis Pasteur, quien descu­ brió los efectos que los microorganismos ocasionaban en la des­ composición de alimentos durante sus estudios de fermentación, los cuales realizó a lo largo de la década de 1860; sin embargo, no se conservan registros de algún estudio sistemático de los reque­ rimientos para la esterilización de alimentos por calor anteriores al trabajo publicado por Samuel Cate Prescott y William Underwood del Instituto Tecnológico de Massachusetts, en 1897.

1874: Solomon puso en práctica el baño con CaC12, a fin de obtener mayores temperaturas para la cocción del producto enlatado que las obtenidas únicamente con el agua hirviendo. A. K. Shriver in­ ventó la retorta cerrada o cocinador de presión. Este dispositivo permitió el rápido calentamiento de las latas de alimento selladas y un control preciso de la temperatura en el intervalo de 115.6 a 121.1 °C en vapor bajo presión.

1895-1897: Aplicación de la bacteriología al enlatado de alimentos. Pres­ cott y Underwood (Instituto Tecnológico de Massachusetts) reali­ zaron un estudio de los requerimientos de esterilización por calor.

1897: Max Ams inventó una máquina para colocar sellos dobles en los cuerpos de las latas. Charles Ams patentó una engargoladora. Se

30

cap. 2. conservación prolongada de alimentos

crearon el sellado hermético y los principios de la fabricación de latas a gran velocidad.

Comienzos del siglo xx 1904: La lata Ams alcanzó mucho éxito. Se fundó la Sanitary Can Com­ pany. El envase se conoció como “lata de agujero y tapa”, esto es, la lata sanitaria que se abre de arriba, con borde doblado y costuras soldadas.

1908: La Sanitary Can Company fue absorbida por la American Can Company y adquirió un gran impulso con la mecanización de la preparación del alimento. Se perfeccionó la fabricación de latas.

Con la mecanización del llenado de latas (envasado y manejo de la­ tas) se favoreció la producción en masa de las plantas enlatadoras. Las plantas enlatadoras de frutas y hortalizas se iniciaron en Ohio, Indiana y California.

2.3. Evolución del proceso de

envasado de alimentos A partir de la década de 1920, los esfuerzos se orientaron básicamen­ te hacia el mejoramiento de los procesos de conservación y el desarrollo de nuevos materiales para la construcción y el diseño de envases.

1927: C. O. Ball, con el apoyo del Departamento de Investigación de La­ tas de Estados Unidos (American Can Research Department), ini­ ció el proceso de calentamiento-enfriamiento-llenado (conocido como HCF). Este proceso se diseñó para esterilizar los envases y el producto, que se envasaba en forma aséptica; posteriormente se cerraban los envases de manera que el producto siguiese siendo estéril. Ball patentó este sistema.

1945: A finales de la Primera Guerra Mundial, en Dinamarca se logró envasar asépticamente leche esterilizada según un proceso no conocido. Los trabajos del doctor W. M. Martin llevaron al desarro­ llo de un sistema de producción de envases esterilizados por atmós­ fera de vapor recalentado.

1948: W. M. Martin inicia el tratamiento aséptico como se conoce ac­ tualmente, con el sistema Dole aseptic process. Se instalaron líneas comerciales para la producción de sopas, salsas, bebidas y pudines.

2.3. evolución del proceso de envasado

31

Estos productos se comercializaban “al detalle” y ocupaban un puesto reducido aunque estable en el mercado.

1955: Comenzó la aplicación del envasado aséptico a granel. Se emplea­ ron tambores con una capacidad de 250 l , que conservaron en prin­ cipio pasta de tomate envasada asépticamente.

1960: Esta década se caracterizó por la innovación en los envases. Se introdujo el envase de dos piezas, con la tapa provista de ani­ lla para tirar y abrir, lo cual supuso una comodidad que ayudó a mejorar el conocimiento del tratamiento aséptico. Asimismo, se introdujo el concepto de envases bolsa-en-caja para produc­ tos lácteos envasados asépticamente. A esto siguieron los envases bolsa-en-caja de gran tamaño para productos ácidos llenados en forma aséptica. Posteriormente se amplió este concepto para tan­ ques a granel, incluidos camiones-cisterna.

1962: Comenzó a funcionar la primera máquina Tetra Pak y, a partir de entonces, este sistema se expandió en la industria de alimentos a escala mundial.

1976: La cisterna de capacidad muy grande recibió una recompensa in­ dustrial por parte del Instituto de Tecnólogos en Alimentos (IFT, por sus siglas en inglés). Actualmente siguen utilizándose gran­ des recipientes para productos a granel, los cuales han facilitado el funcionamiento de las plantas industriales durante todo el año con productos estacionales.

1981: La Administración para los Alimentos y los Medicamentos (Food and Drug Administration, FDA) de Estados Unidos aprobó el em­ pleo del peróxido de hidrógeno como agente esterilizante para el polietileno que entraba en contacto con los alimentos.

2004: La empresa Tetra Pak introdujo el sistema de esterilización den­ tro del envase llamado Tetra Recart como una opción de envasa­ do para productos que se ofrecen en latas o frascos de vidrio, por ejemplo: algunas frutas, vegetales, comidas listas para consumir o comida para animales.

2005: Tetra Pak lanzó el primer envase aséptico para emplearse en hor­ nos de microondas. Desde ese momento, el envasado aséptico ha crecido hasta alcanzar una participación muy importante en el mercado actual. Con el empleo de diversos materiales flexibles para envases, se ha potenciado la presentación diversificada de los productos y constantemente se introducen al mercado nuevos ma­ teriales y tipos de envases para productos alimenticios envasados de manera aséptica, así como para el tratamiento térmico conven­ cional de esterilización dentro del envase.

3.1. Introducción La materia prima es el componente principal, aún no trabajado o transformado, de un producto elaborado. En este contexto, se conside­ ra que las frutas y las hortalizas frescas conforman la materia prima de los productos procesados que se pueden derivar de ellas y, junto con el resto de los componentes que se emplean en su elaboración, cons­ tituyen los ingredientes del producto final (agua, sal, carbohidratos y aditivos).

Debido a que la calidad de un producto elaborado está determinada en gran parte por las características de la materia prima y por los factores que afectan su procesamiento, en el presente capítulo se abordan los requisitos que debe reunir la materia prima utilizada en la industria pro­ cesadora, los cuales ayudan, en parte, a sustentar la toma de decisiones en lo que respecta a la variedad de productos por elaborar en una planta procesadora de frutas y hortalizas. Por su parte, se mencionan las carac­ terísticas relevantes que el agua debe tener tanto en el envasado de frutas y hortalizas como en la industria alimentaria en general, ya que el agua representa un componente de importancia para estas actividades. Las ca­ racterísticas de los carbohidratos y la sal empleados como ingredientes se abordan en el capítulo 5 de este texto.

32

33 3.2. Materia prima En cualquier proceso de transformación, el producto final será el reflejo de la materia prima empleada y del proceso específico al que ésta se haya sometido. Por ello se debe contar con materia prima y de­ más ingredientes con las características necesarias para la obtención de los productos deseados, además de utilizar métodos y empaques ade­ cuados con el fin de lograr productos de calidad aceptable y uniforme.

Para los fines del presente texto, la materia prima se define como todos aquellos productos hortofrutícolas empleados en la obtención de un producto específico.

De acuerdo con Wills et al. (1989), el término hortalizas cubre las cua­ tro grandes clases en que se divide este grupo de alimentos vegetales, a saber:

• Semillas y vainas (chícharos, ejotes, habas, granos de elote, etc.).

• Tubérculos, bulbos y raíces (papa, zanahoria, rábano, cebolla, etc).

• Hojas, tallos, brotes, yemas, flores e inflorescencias (lechuga, apio, brócoli, etc.).

• Frutos (pepino, calabacita, chile, etc.).

Calidad de la materia prima La calidad de la materia prima es un elemento que influye en el pro­ ducto resultante y puede verse afectada por casi cualquier variable im­ plícita en la producción, cosecha y entrega a las plantas procesadoras. La evaluación de la calidad puede ser subjetiva u objetiva. En la mayoría de los casos, aún se depende de la evaluación subjetiva dado que, incluso con las pruebas objetivas desarrolladas, no es fácil reflejar con precisión el delicado balance de sabor, textura y apariencia que determina la “acepta­ bilidad” de las frutas y hortalizas como materia prima para el uso al que será destinada. Debido a ello, ha habido un creciente interés por deter­ minar las características de la materia prima y los factores que afectan su empleo en el procesamiento.

34 3.3. Factores que afectan la

calidad de las frutas y

hortalizas como materia

prima Los productos agrícolas como las frutas y hortalizas están sujetos a la influencia de un complejo conjunto de factores ambientales y de prácti­ cas de cultivo que determinan su calidad. Entre los principales factores se encuentran los siguientes:

• Área productora.

• Clima.

• Relaciones suelo-planta.

• Labores de cultivo (fertilización, riego, control fitosanitario, etc.).

• Variedad (selección de variedades y mejoramiento genético).

• Estado de desarrollo o madurez.

• Daños debidos a microorganismos, insectos, enfermedades de la planta, cosecha y traslado a la planta procesadora.

3.4. Requerimientos de la

materia prima destinada

al procesamiento Debido a la elevada diversidad de los productos hortofrutícolas dis­ ponibles, es importante considerar, en primer lugar, tanto la especie como la o las variedades con las que se va a trabajar en la planta proce­ sadora. Es claro que la selección de la o las especies de frutas u hortalizas para procesar está en función del tipo de producto que se desea obtener; sin embargo, debido a la estacionalidad, tanto por la demanda de su pro­ ducción como por su disponibilidad, es recomendable seleccionar la o las variedades que permitan el máximo aprovechamiento de la planta procesadora. A continuación se mencionan algunas acciones que pueden ayudar al máximo aprovechamiento de la industria:

a) Escalonar fechas de producción. En caso de que se tenga la capaci­ dad para trabajar varias especies, es recomendable que la materia prima esté disponible en cantidad suficiente y en forma continua (para operar a partir de un programa). b) Almacenar la materia prima (especies estables) dentro de la plan­

3.4. materia prima destinada al procesamiento

35

ta procesadora, ya sea en fresco o semielaborada, para utilizarla cuando disminuya el suministro de aquélla. c) Seleccionar la materia prima. d ) Elegir combinaciones de frutas y/u hortalizas con diferentes épo­ cas de producción, pero con procesos similares que permitan uti­ lizar básicamente el mismo equipo, con lo cual se logra que la industria trabaje todo el año o la mayor parte de él. e) Desarrollar proyecciones de costos de materia prima y produc­ ción para garantizar la rentabilidad de la industria.

Por lo que respecta a la variedad, cabe señalar que, dentro de una misma especie, las variedades ofrecen características que pueden ser de­ seables o no, dependiendo de lo que se pretenda obtener como producto transformado. Así, las variedades de una fruta u hortaliza pueden pre­ sentar grandes diferencias en cuanto a color, forma, tamaño, textura, ju­ gosidad, sabor y composición química. Esto determina, en cierta manera, la aptitud de cada variedad para su industrialización y el tipo de proceso al que puede someterse (incluso la necesidad o conveniencia de hacer mezclas de variedades, como en el caso de algunos jugos, vinos, etc.).

De acuerdo con lo anterior, las frutas y hortalizas destinadas al pro­ cesamiento deben reunir ciertas características que van a variar según el proceso específico al que serán sometidas y el producto en sí que se desee obtener. Algunas características de la materia prima que deben conside­ rarse para el procesamiento son las siguientes:

3.4.1. Características fisiológicas Entre las peculiaridades fisiológicas de los productos hortofrutícolas, la única de interés para la obtención de productos derivados es el estado de madurez o de desarrollo ya que es determinante para la calidad del producto final deseado.

El estado de desarrollo de un órgano vegetal que reúne las caracte­ rísticas físicas, químicas y sensoriales adecuadas para destinarlo a un uso particular se denomina madurez hortícola. Este concepto implica que los productos vegetales pueden utilizarse en alguna de las diferentes etapas de su vida para su consumo en fresco o procesado (desarrollo tem­ prano, madurez plena o senescente); por ejemplo, las cebollitas de cam­ bray, los elotitos tiernos o los pepinillos para salmueras o encurtidos se usan cuando se encuentran en estados de desarrollo temprano.

36

cap. 3. materia prima y otros ingredientes

Para el caso específico de las frutas, se aplican los conceptos de madurez fisiológica o estado sazón (definido como el estado de desarrollo en el que los frutos han alcanzado su máximo tamaño y poseen la capaci­ dad para propagar la especie y madurar después de su cosecha, pero aún no están aptos para el consumo humano). Los otros conceptos aplicados en frutas son madurez comestible (el fruto posee la máxima calidad estética y comestible) y senescente (el fruto se encuentra en proceso de envejecimiento).

Cuando las frutas y hortalizas tienen el estado de madurez con las características para obtener un producto procesado se dice que poseen la madurez de procesamiento, el cual varía de acuerdo con el producto en cuestión.

Durante la maduración, las frutas, generalmente, aumentan su con­ tenido de azúcar y alcanzan sus mejores características de sabor, olor y color, pero disminuye su firmeza e integridad. Por ello, para la obtención de productos que contengan fruta entera o en trozos, rebanadas, segmen­ tos, tiras, cuadritos, etc., se requiere que la fruta sea suficientemente fir­ me para soportar el proceso sin deshacerse o perder su forma, por lo que generalmente se utiliza fruta con un estado de madurez poco avanzado, es decir, un poco verde.

Por el contrario, para la obtención de jugos, néctares, bebidas, purés, mermeladas, jaleas, etc., en los que la fruta debe desintegrarse durante la elaboración del producto, es conveniente utilizar fruta con un estado de madurez más avanzado de manera que, por una parte, tenga una suavi­ dad que facilite su desintegración (molienda, prensado y despulpado) y, por otra, posea un sabor y un aroma bien desarrollados, que permitan la obtención de un producto con las óptimas características sensoriales.

Para su procesamiento, las frutas climatéricas (manzana, pera, du­ razno, mango, etc.) normalmente se cosechan en madurez fisiológica o estado sazón y se transportan a la planta procesadora, donde se efectúa una selección previa al procesamiento, destinando la fruta menos madu­ ra para los productos con fruta entera y aquélla con madurez más avan­ zada para productos en los que la fruta será desintegrada. En caso de no encontrar, en el lote, fruta con avanzado grado de madurez, ésta puede dejarse madurar en las instalaciones industriales antes de procesarse si así se requiere.

Una excepción a este criterio de cosecha en estado sazón es cuando la industria se limita a procesar un solo tipo de producto para el que se re­ quiere fruta con avanzado estado de madurez y que la planta se localice cerca de la huerta. En este caso, la fruta puede cosecharse después del es­ tado sazón, es decir, puede cosecharse más madura de manera que obten­

3.4. materia prima destinada al procesamiento

37

ga mejores características sensoriales durante su maduración aún unida al árbol, y la industria no tenga que disponer de espacio para almacenar y dejar madurar la fruta antes de utilizarla. Por su parte, las frutas no climatéricas (cítricos, fresa, piña, etc.) deben cosecharse prácticamente en el estado de madurez requerido para su procesamiento.

En el caso de las hortalizas como pepinos, chícharos, cebollitas de cambray, granos de elote, etc., pocas veces puede aplicarse el criterio an­ terior ya que éstas se cosechan y procesan en diferentes estados de desarrollo, es decir, durante alguna etapa de su crecimiento. Esto es debido a que las hortalizas, a diferencia de las frutas, se vuelven más correosas y lignificadas conforme maduran, lo cual afecta adversamente la facilidad del procesamiento y el sabor y la textura del producto procesado.

3.4.2. Características morfológicas Las características morfológicas de una fruta u hortaliza que tienen influencia en el procesamiento son: forma, tamaño, uniformidad en for­ ma y tamaño, y regularidad de la superficie (presencia de hendiduras, chipotes, etc.). Esto no significa que sólo pueda procesarse fruta u hor­ taliza de un tamaño y forma determinados, pero sí que debe buscarse aquella o aquellas variedades adecuadas al proceso requerido y al equipo disponible, con objeto de obtener la mayor funcionalidad y rentabilidad de la industria.

La importancia de la morfología del fruto se hace muy evidente en los siguientes casos:

a) Cuando se utilizan procesos mecanizados, por ejemplo, mediante calibradoras, despuntadoras, cortadoras y/o peladoras mecánicas, que operan para un tamaño y forma de fruta u hortaliza determi­ nados. b) En el llenado de envases, en el que se requieren características morfológicas muy uniformes y específicas, tanto por cuestiones de estética como de control de peso drenado y adecuación del pro­ ducto al envase. c) En la determinación de las condiciones del proceso, como escal­ dado, tratamiento térmico o esterilización, congelación, secado y cristalización. d ) Cuando se requiere el transporte neumático o hidroneumático del producto, como en el caso de los champiñones, las papas, los granos de maíz y los chícharos.

38 3.4.3. Características físicas y químicas Las características fisicoquímicas tienen una importancia primordial en las cualidades sensoriales del producto final e incluyen: Color El color de la materia prima es importante y en este sentido puede ser deseable conservar el color inicial o bien el que se desarrolle durante el proceso. Por otro lado, el color es, en muchos casos, un indicador de la aplicación adecuada de un proceso. Por ejemplo, las manzanas utilizadas para jugo provienen de las variedades de piel roja, mientras que para la obtención de pulpa son mejores las de piel amarilla; las uvas que se em­ plean en la elaboración de jugo y jalea son de variedades rojas.

En general, en los procesos a baja temperatura los cambios de color son mínimos. En los procesos térmicos (envasado, evaporación y deshi­ dratación), el color del alimento o materia prima fresca no es un indica­ dor confiable de la aplicación del proceso. Así, algunas variedades de manzanas y peras enlatadas desarrollan un tinte rosa durante el proceso.

Ciertas variedades de cerezas enlatadas se decoloran debido a que hay migración del color hacia el almíbar. En algunas hortalizas verdes, la clorofila cambia de un color verde brillante a uno verde olivo (feofitina) y en el peor de los casos adquiere incluso un tono café.

En consecuencia, para un adecuado control del color hay que consi­ derar lo siguiente:

• La selección de variedades de reconocida estabilidad en el color.

• El correcto empleo de los procedimientos de pretratamiento, como

el escaldado.

El • uso de condiciones de proceso diseñadas para retener el color natural del alimento.

• La utilización de colorantes en algunos casos.

Textura Es una característica de gran importancia en la materia prima y se requieren estas dos condiciones: 1. La materia prima debe ser suficientemente resistente para sopor­ tar el esfuerzo o tensión mecánica a la que se someterá durante las operaciones de preparación.

3.4. materia prima destinada al procesamiento

39

2. La materia prima debe resistir las condiciones del procesamiento y desarrollar la textura deseada o adecuada en el producto final.

En este sentido se han obtenido, por ejemplo, variedades mejoradas de durazno y tomate que se adecuan a las operaciones de lavado, pelado y clasificación mecánica.

Otros parámetros de textura que tienen mucha importancia son las características de fibrosidad (como en el mango y el espárrago), de areno­ sidad (como en la pera), de chiclosidad (como en la papa), etcétera.

Sabor En lo que respecta a esta característica, lo que se busca es que perdure el sabor natural si es agradable y que se eviten o reduzcan los sabores fuertes o desagradables. En términos generales, deben evitarse los sabo­ res extremosos. A veces el sabor constituye más bien el resultado de adi­ tivos que de la materia prima (sopas, etc.), pero no es el caso de las frutas y hortalizas.

Composición química La composición química de la materia prima desempeña una fun­ ción importante en las características sensoriales del producto termina­ do y sirve para definir el tipo y cantidad del resto de los ingredientes que se emplearán en la elaboración del producto final. Por ejemplo, en el caso de las frutas, el contenido de grados Brix y de acidez determina la cantidad de azúcar que se requerirá en la preparación del jarabe, néctar, etc.; el contenido de compuestos pécticos puede aprovecharse para obte­ ner geles deseables; o el contenido de almidón, para conseguir grados de espesamiento favorables.

3.4.4. Funcionalidad La selección de variedades de frutas u hortalizas por su funcionalidad se refiere a que algunas variedades de una misma especie se adecuan mejor a los procesos a los que deben someterse. Una materia prima de funciona­ lidad ideal es aquella que puede procesarse para obtener un producto de primera calidad y permitir a la vez la eficacia máxima del proceso.

Algunos parámetros que definen la funcionalidad de una variedad para un proceso determinado son los siguientes:

40

cap. 3. materia prima y otros ingredientes

a) Resistencia a los procesos. Aunque este parámetro también de­ pende en gran medida del estado de madurez de la materia prima, en igualdad de madurez existen variedades más resistentes que otras, como sería el caso del durazno y la pera, entre otras. b) Facilidad de pelado y deshuesado. Algunas variedades de frutas y hortalizas permiten efectuar el pelado y deshuesado de una ma­ nera más sencilla y sin deterioro del producto, como ocurre con el durazno, la mandarina y la aceituna. c) Capacidad de conservación del valor nutricional natural.

3.5. Agua. Calidad para

procesamiento Sobre este tema en particular, un aspecto de primordial importancia es la calidad del agua potable que se emplea en toda industria alimen­ taria, así como la sanidad que existe en la planta. El abastecimiento de agua con calidad adecuada para uso y consumo humano es fundamental para prevenir y evitar la trasmisión de enfermedades gastrointestinales y otras, por lo cual, para garantizar y preservar su calidad, se debe so­ meter a tratamientos de potabilización. Los límites permisibles de ca­ lidad y los tratamientos de potabilización del agua para uso y consumo humano que deben cumplir los sistemas de abastecimiento públicos y privados o cualquier persona física o moral que la distribuya en todo el territorio nacional están especificados en la Norma Oficial Mexicana para este efecto (Diario Oficial de la Federación, 1996). En esta norma, los límites permisibles de calidad del agua potable se establecen en función de características bacteriológicas, físicas, organolépticas, químicas y ra­ diactivas; y por lo que respecta a los tratamientos para la potabilización, se deben aplicar los específicos cuando los contaminantes biológicos, las características físicas y los constituyentes químicos del agua excedan los límites permisibles establecidos en el apartado 4 de la norma.

Uso del agua en una planta procesadora de frutas y hortalizas En una planta procesadora de alimentos no sólo es importante el manejo y conservación del agua, sino que además se debe ahorrar en su consumo y obtener la máxima eficiencia en cada operación.

El agua tiene múltiples usos en una planta procesadora; los principa­ les son los siguientes:

3.6. aditivos

41

• Generación de vapor.

• Medio para lavar, pelar y permitir la cocción.

• Preparación de jarabes y salmueras.

• Limpieza de materia prima, maquinaria, latas y pisos.

• Enfriamiento de productos procesados.

3.6. Aditivos Un aditivo para alimentos se define como cualquier sustancia o mez­ cla de sustancias que no forma parte del alimento en sí y que se encuen­ tra presente en un producto alimenticio como resultado de cualquier aspecto de su producción, procesamiento, envasado o almacenamiento.

Los aditivos comúnmente se dividen en dos categorías: 1. Aditivos intencionales. Se agregan al producto con algún fin espe­ cífico. Ejemplos de estos aditivos son las vitaminas, los conservadores, los colorantes y los antioxidantes.

2. Aditivos no intencionales o incidentales. Aunque no poseen una función específica en el producto terminado, pasan al alimento en al­ guna fase de la producción agrícola, procesamiento, envasado o alma­ cenamiento, como sería el caso de pesticidas, insecticidas, detergentes y plomo, entre otros.

De acuerdo con el actual Reglamento de Aditivos para Alimentos de la Secretaría de Salud (México, 1990), los aditivos (intencionales) se clasifican, conforme a la función que desempeñan, en:

• acentuadores de sabor; • acidulantes, alcalinizantes y reguladores; • antiaglomerantes; • antiespumantes; • antihumectantes; • antioxidantes; • antisalpicantes; • colorantes y pigmentos; • conservadores; • edulcorantes sintéticos; • emulsivos, estabilizadores y espesantes; • enturbiadores;

42

cap. 3. materia prima y otros ingredientes

• enzimas; • espumantes; • gasificantes para panificación; • hidrolizantes; • humectantes; • ingredientes para goma de mascar; • leudantes; • oxidantes; • saborizantes y aromatizantes.

Por su importancia en el área de procesamiento de frutas y hortali­ zas, a continuación se describen aquellos aditivos cuyo uso es frecuente en frutas y hortalizas, como los acidulantes, colorantes y conservadores.

Acidulantes Durante el procesamiento de frutas y hortalizas, los acidulantes se emplean, tanto directa como indirectamente, para una serie de propósi­ tos, entre los que pueden nombrarse los siguientes:

• Como ayuda para la conservación del producto (por reducción del pH).

• Como intensificador o modificador del sabor del producto para

mejorar su palatabilidad.

Como agente gelificante para la pectina durante la elaboración de • mermeladas, jaleas y ates.

• Como catalizador para la inversión de sacarosa.

• Como neutralizador de álcali, posterior al pelado con hidróxido de sodio.

• Como retardador del oscurecimiento enzimático (por reducción del pH) en productos que no han sido escaldados.

En el procesamiento de frutas y hortalizas, el ácido más utilizado como acidulante es el ácido cítrico, aunque para determinados productos y con fines específicos también se emplean el ácido málico y el tartárico.

Colorantes El color es una de las características más importantes de un alimento ya que determina en gran medida su aceptación o rechazo por parte del

3.6. aditivos

43

consumidor. Dado que en ocasiones la fruta u hortaliza utilizada como materia prima para la elaboración de un producto presenta variaciones notables en su color (debido a la variedad, estado de madurez, época de cosecha, lugar de procedencia, etc.) entre diferentes lotes, se ha permitido el uso de colorantes con objeto de homogeneizar y estandarizar el color final de los productos en algunos productos procesados, como mermela­ das, jaleas, productos cristalizados y encurtidos. Sin embargo, el empleo de colorantes no debe, por ningún motivo, cubrir defectos de la materia prima o del proceso, ni engañar y confundir al consumidor.

Existen básicamente dos tipos de colorantes que pueden utilizarse en productos alimenticios: colorantes sintéticos (considerados por la FDA como colorantes que requieren certificación) y colorantes naturales (que no requieren certificación según la FDA).

De acuerdo con la Norma Oficial Mexicana NOM-119-SSA1-1994, “Bienes y servicios, materias primas para alimentos, productos de per­ fumería y belleza, colorantes orgánicos naturales, especificaciones sani­ tarias”, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 20 de octubre de 1995, se definen los siguientes conceptos:

• Colorante: material que imparte color a otro material o mezcla

elaborado por un proceso de síntesis o similar, por extracción o se­ paración, obtenido de una fuente animal, vegetal o mineral y que posteriormente se ha sometido a pruebas fehacientes de seguridad que lo liberan para su uso en alimentos y en productos de perfu­ mería y belleza o en alguna parte de ellos, y que directamente o a través de su reacción con otras sustancias es capaz de impartir el color que lo caracteriza.

Colorante orgánico natural: pigmento o sustancia que se obtiene • de materia vegetal o animal, con un limitado proceso químico o sin él y sometido posteriormente a pruebas de identidad y pureza que le permitan ser utilizado en alimentos, productos de perfumería y belleza, en alguna parte de éstos o en todo y que, directamente o a través de su reacción con otras sustancias, es capaz de impartir el color que lo caracteriza.

Asimismo, dicha norma establece que los colorantes orgánicos natu­ rales permitidos en alimentos son:

• Aceite de zanahoria (Daucus carota, L.).

• Achiote, annato (extracto de semillas de Bixa orellana).

• Azafrán (estigmas de Crocus sativus, L.).

44

cap. 3. materia prima y otros ingredientes

• Beta-Apo-8’-Carotenal.

• Betabel deshidratado.

• Beta-caroteno.

• Cantaxantina.

• Color caramelo.

• Clorofila.

• Cochinilla (extracto de Coccus cacti, L. o carmín).

• Curcuma (polvo y oleorresina del rizoma de Curcuma longa, L.).

• Extracto de color de uva (uva concord) (antocianina).

• Extracto de tegumento de uva (enocianina).

• Harina de semilla de algodón, cocida, tostada y parcialmente des­ grasada.

Jugos de frutas.

• • Jugos de vegetales.

• Pimentón en polvo (Capsicum annum, L.) o paprika.

• Oleorresina de pimentón.

• Riboflavina.

• Éster apocarotenoico.

• Xantofilas.

Los colorantes artificiales o sintéticos (o que requieren certificación) son pigmentos solubles en agua; la FDA los divide en dos grupos:

a) Colorantes permanentemente autorizados:

• Azul núm. 1.

• Amarillo núm. 5.

• Rojo de cítricos núm. 2.

• Naranja B • Rojo núm. 40.

b) Colorantes autorizados provisionalmente (que periódicamente requieren nueva autorización):

• Azul núm. 2.

• Verde núm. 3.

• Rojo núm. 4.

• Amarillo núm. 6.

45 Conservadores Un conservador es un compuesto natural o sintético que permite controlar el crecimiento de microorganismos con el fin de preservar el alimento y prolongar su vida útil. Los conservadores pueden ser de dos tipos: antimicrobianos y antibióticos. Aunque no se ha definido por completo el mecanismo de acción de todos los conservadores, se tiene evidencia de que la mayoría de ellos (por ejemplo, benzoatos, dióxido de azufre y sorbatos) interfiere con una gran cantidad de procesos en­ zimáticos, tanto aeróbicos como anaeróbicos, afectando la velocidad de crecimiento de los microorganismos.

La efectividad de un conservador en un producto alimenticio dado depende de la concentración del conservador, la composición del alimen­ to y el tipo de microorganismo que se desee inhibir. En general, las con­ centraciones de conservadores permitidos por las normas reguladoras son muy pequeñas, con el fin de que sean únicamente inhibitorias, mas no letales, para los microorganismos contaminantes. Por consiguiente, esto significa que el uso de conservadores no debe sustituir un manejo higiénico del alimento y un proceso adecuado para bajar al máximo la población microbiana. De esta manera, los niveles de concentración de conservadores permitidos lograrán preservar al alimento cuya carga mi­ crobiana sea normalmente baja, pero serán por completo insuficientes para un alimento altamente contaminado.

La composición del alimento es importante por dos razones:

a) El pH del producto determinará la concentración de los conser­ vadores ácidos, el cual existe en forma disociada. b) Los constituyentes químicos del producto determinarán la pro­ porción del conservador que se vuelve inefectiva por combina­ ción química con ellos (esto es muy importante cuando se utiliza dióxido de azufre).

Se ha comprobado que el ácido no disociado es la fracción de la mo­ lécula del conservador que actúa contra los microorganismos. Un pH alto en el alimento favorece la disociación del ácido, lo que explica la mayor efectividad de los conservadores en alimentos con bajo pH. Conservadores antimicrobianos Los conservadores antimicrobianos se agregan a los alimentos para prevenir o retardar el crecimiento de hongos, levaduras y bacterias du­

46

cap. 3. materia prima y otros ingredientes

rante el almacenamiento, distribución y consumo de un alimento. Estos microorganismos son la fuente más común de contaminación de alimen­ tos y algunos son potencialmente dañinos a la salud si se encuentran en gran cantidad.

Entre los conservadores antimicrobianos que comúnmente se utili­ zan en los alimentos pueden citarse los siguientes:

• Ácido benzoico y benzoato de sodio.

• Metil y propil p-hidroxi benzoatos (parabenos).

• Sorbatos.

• Propionatos.

• Sulfitos (dióxido de azufre).

• Nitritos.

El ácido benzoico y sus sales son los agentes más efectivos contra le­ vaduras y bacterias en alimentos ácidos (con pH entre 2.5 y 4.0). Son muy utilizados en bebidas carbonatadas, bebidas de frutas, mermeladas, jaleas y otros productos de frutas a niveles de 0.05 a 0.1 % del producto final.

Los parabenos son derivados de los benzoatos y su actividad se ex­ tiende a valores de pH neutros o mayores. Son generalmente más activos contra hongos y levaduras que contra bacterias. Se emplean con frecuen­ cia en combinación con benzoato de sodio para aplicaciones similares a las de éste.

Los sorbatos son generalmente más efectivos contra hongos y leva­ duras y se usan ampliamente para controlar el crecimiento de estos mi­ croorganismos en frutas secas, vinos, bebidas, encurtidos y quesos. En productos de panificación, únicamente pueden utilizarse cuando se em­ plean leudantes químicos, mas no cuando se usa levadura para su ela­ boración. Imparten menor sabor amargo que los benzoatos y son más efectivos con altos valores de pH. Los propionatos son ampliamente usados en productos de panifica­ ción como inhibidores de hongos y bacterias a niveles de alrededor de 0.2 %. Son muy utilizados en estos productos debido a que no inhiben de manera significativa la acción de las levaduras durante el horneado.

Los sulfitos y el dióxido de azufre se emplean generalmente en la producción de vino ya que permiten el crecimiento de levaduras duran­ te la fermentación, pero controlan el crecimiento de hongos y bacterias durante el desarrollo de ésta. Asimismo, son muy usados durante el pro­ cesamiento de jugos de frutas y frutas deshidratadas ya que, además de su acción antimicrobiana, actúan como antioxidantes y previenen cam­

3.6. aditivos

47

bios de color de frutas por oscurecimiento enzimático y no enzimático.

A pesar de que los sulfitos y el dióxido de azufre poseen olor y sabor desagradables e irritantes, por su alta volatilidad pueden utilizarse en concentraciones relativamente altas (del orden de 1000 ppm) durante la elaboración de productos que van a llevar un calentamiento previo a su envasado, en el que se elimina una gran parte de estas sustancias, per­ maneciendo concentraciones muy pequeñas de aquéllos en el producto final (como ocurre en la fermentación de vinos, la deshidratación de fru­ tas, etc.). Tanto los sulfitos como el dióxido de azufre interactúan con la vitamina B, por lo que no deben utilizarse en productos que se consideren una fuente importante de esta vitamina.

Los nitritos poseen actividad antibacteriana y su uso únicamente está permitido en el curado de carnes y pescados, pero no en otros alimentos.

Incluso existen algunas dudas sobre la seguridad en el uso de nitritos como agentes del curado de carnes.

Conservadores antibióticos Los antibióticos son agentes mucho más potentes y con propiedades bactericidas y bacteriostáticas mucho más amplias que los conservado­ res antimicrobianos; además, no se ven influidos por el pH del medio, por lo que se ha sugerido la posibilidad de usarlos en la conservación de alimentos. Sin embargo, se considera que un uso extendido de estos agentes puede crear cepas resistentes de organismos tóxicos, además de que su utilización podría propiciar el empleo de alimentos altamente contaminados o manejados con poca higiene y, por ende, los antibióticos podrían desechar las buenas prácticas de manufactura, por lo que su uso como conservadores para alimentos no se ha autorizado.

4.1. Definición Las operaciones preliminares del procesamiento de frutas y hortali­ zas son todas aquellas que, independientemente del producto final que se desea obtener, suelen realizarse antes del proceso específico. Desde lue­ go, el orden y la manera en que cada una de estas operaciones se lleva a cabo varían según la especie, su procedencia y el producto final al que será destinada; incluso en algunos casos puede prescindirse de alguna de estas operaciones. Entre las operaciones preliminares del procesamiento de frutas y hortalizas se consideran:

• La recepción de la materia prima.

• La limpieza.

• La selección y clasificación.

• El pelado.

• La reducción de tamaño.

• El escaldado.

48

49 4.2. Recepción de la materia

prima El arribo de la materia prima a la planta procesadora siempre va acompañado de un registro de la procedencia y las características de cali­ dad de aquélla. La alimentación de la materia prima a la línea de proceso puede realizarse manual o mecánicamente, de manera húmeda o en seco; la primera se emplea en productos que son muy sensibles a los daños me­ cánicos y la alimentación en seco se realiza con productos resistentes. En el caso del vaciado mecánico, la altura, inclinación y velocidad de vacia­ do se controlan de acuerdo con el tipo de producto. Muchos productos, al llegar al área de recepción de la planta, requieren algún tratamiento especial para separar la porción comestible o deseada, por ejemplo, los chícharos y la piña.

4.3. Limpieza La limpieza de la materia prima tiene las siguientes finalidades:

a) Eliminación de contaminantes, que constituyen un peligro para la salud o que son estéticamente desagradables. b) Control de la carga microbiana, que repercute en la eficacia del proceso térmico y en la calidad del producto final.

A continuación se mencionan algunos contaminantes que pueden encontrarse en las frutas y hortalizas que entran como materia prima a una planta procesadora:

• Minerales: tierra, arena, piedras, partículas metálicas, aceite.

• Plantas: ramas, hojas, tallos, cáscaras.

• Animales: huevos de insecto, larvas, excreciones.

• Productos químicos: residuos fitosanitarios, fertilizantes.

• Microbios: microorganismos y subproductos.

Una operación eficiente de limpieza debe:

• Permitir la mayor separación de contaminantes con el mínimo desperdicio del producto.

Evitar la recontaminación del producto limpio.

•

50

cap. 4. operaciones preliminares

• Dejar la superficie del producto en estado aceptable, es decir, sin lesiones.

• Utilizar la menor cantidad posible de agua, detergentes y desinfec­ tantes.

La limpieza de frutas y hortalizas puede llevarse a cabo por dos mé­ todos: limpieza en seco y limpieza en húmedo.

4.3.1. Limpieza en seco La limpieza en seco de frutas y hortalizas puede efectuarse mediante diversos métodos que incluyen tamizado, cepillado, aspirado y separa­ ción magnética. Entre las ventajas de la limpieza en seco sobresale que es relativamente barata y que la superficie de la fruta u hortaliza permane­ ce seca. Sin embargo, tiene la desventaja de que no es muy efectiva como único método de limpieza.

El tamizado es una operación de separación que remueve contami­ nantes de diferente tamaño (mayores o menores que las materias primas) mediante el paso de las partículas más pequeñas a través de tamices o mallas con perforaciones de determinadas dimensiones. Existen muchos diseños de tamices: de tambor rotatorio, de lecho plano, etc. Es preciso advertir que su uso como método de limpieza en seco está restringido por los siguientes factores:

• La materia prima debe soportar la operación, ya que ésta puede

maltratar aquellas frutas u hortalizas de consistencia poco firme.

El • método funciona sólo cuando la parte más fina por separar (que puede ser el contaminante o la materia prima) es esférica o puede pasar a través de las perforaciones de la malla.

He aquí algunos ejemplos en los que puede utilizarse el tamizado para efectuar la limpieza en seco:

• Para la eliminación de ramas, hojas, pedúnculos, cuerdas de los

costales provenientes del campo, etc., en frutas como limones y naranjas u hortalizas como cebolla (en este caso la parte más fina es la fruta u hortaliza).

Para separar polvo y tierra en zanahoria, papa, etc. (en este caso la • parte más fina es el contaminante).

51 Carga

Gruesos

Finos Figura 4.1. Tamiz vibratorio de lecho plano para la limpieza en seco de frutas y hortalizas.

La figura 4.1 muestra el diagrama de un tamiz de lecho plano.

El cepillado consiste en pasar la materia prima a través de cepillos rotatorios que faciliten la separación de contaminantes fuertemente adheridos a la materia prima. Al igual que el tamizado, este método puede maltratar las materias primas muy suaves. Es común utilizar el cepillado cuando la materia prima posee una superficie firme o debe almacenarse por un tiempo antes de su procesamiento y no se desea humedecerla.

La limpieza por aspiración se ha aplicado más en granos y semillas que en frutas y hortalizas, donde pequeñas partículas de polvo, cascari­ llas, granos rotos, etc., pueden separarse de la materia prima por aspira­ ción aunque también se ha utilizado para la limpieza de nueces y caca­ huates, entre otros.

La separación magnética puede ser tan sencilla como hacer pasar la materia prima por una banda transportadora, en cuyas monturas inferiores se colocan uno o varios imanes. Este método tiene la fina­ lidad de eliminar partículas metálicas cuya presencia es común sobre todo cuando se usan cosechadoras mecánicas o transportación de la materia prima en contenedores metálicos. Un ejemplo de su uso es en las aceitunas.

52 4.3.2. Limpieza en húmedo La limpieza en húmedo puede efectuarse por diversos métodos, en­ tre los cuales resultan más comunes la inmersión y la aspersión, aunque existen otros menos utilizados, como la flotación y la limpieza ultrasóni­ ca, entre otros. Las principales ventajas de este tipo de limpieza consisten en que elimina partículas y suciedad firmemente adheridas al produc­ to, sin maltratar excesivamente su superficie, además de que permite el empleo de detergentes y productos sanitarios, como los desinfectantes y otros, lo cual vuelve dicho método mucho más eficiente para la limpieza de la materia prima que cuando se realiza en seco.

Sin embargo, la limpieza en húmedo también tiene algunas desven­ tajas, como el empleo de grandes cantidades de agua (cuyo problema es no sólo el costo del agua, sino también la producción de grandes volúme­ nes de efluentes que normalmente exigen un tratamiento previo a su eli­ minación final), así como el hecho de que deja humedad en la superficie de la materia prima, por lo que en ocasiones es necesario secar antes las frutas y hortalizas para su almacenamiento y procesamiento ya que las superficies húmedas se alteran con rapidez.

El lavado por inmersión es el método más simple de limpieza hú­ meda; se emplea a menudo como paso previo a otros métodos de lavado (como aspersión) o incluso como una forma adecuada de recibir la ma­ teria prima de los grandes contenedores e introducirla a la línea de pro­ cesamiento, sin ocasionarle daños físicos por golpeo. Para el lavado por inmersión, se utilizan tinas o depósitos de metal, cemento liso u otros materiales que permitan una adecuada limpieza y desinfección, provistos de rejillas laterales a través de las cuales se elimina la suciedad, así como rejillas en el fondo para la eliminación de lodo y piedras. En la figura 4.2 se muestra una tina de lavado por inmersión para frutas y hortalizas.

Con objeto de obtener mejores resultados durante el lavado por inmersión, es importante utilizar agua clorada (6 ppm) y efectuar un recambio frecuente del agua de inmersión. La eficiencia del lavado por inmersión puede mejorarse mediante las siguientes acciones:

• Agitación, ya sea del agua (mediante agitadores de hélice) o bien del

producto dentro de la tina (utilizando paletas o tambores gira­torios), aunque estos procedimientos llegan a deteriorar algunas materias primas delicadas. La agitación también puede producirse introdu­ ciendo aire comprimido al depósito, lo cual se ha utilizado para algu­ nas frutas y hortalizas delicadas, como fresas, espárragos, etcétera.

53 Alimentación de agua

Figura 4.2. Tina de lavado por inmersión para frutas y hortalizas.

• Cepillado de materia prima dentro de la tina de inmersión, cuando la firmeza de aquélla lo soporte.

Utilización de agua caliente, aunque esto acelera el deterioro de las • frutas y hortalizas.

• Aplicación de detergentes y productos sanitarios, cuyo uso debe ser en condiciones muy controladas para no afectar el producto.

En relación con estos últimos puntos, cabe mencionar que el empleo de detergentes y agua tibia facilita la operación de limpieza; sin embar­ go, algunos productos de limpieza pueden modificar alguna o algunas características de la materia prima. Existen modificaciones indeseables, por ejemplo: Agente activo del producto de limpieza Hexametafosfato sódico: Algunos iones metálicos: Altas concentraciones de cloro activo:

Efecto en la materia prima reblandecimiento en chícharos endurecimiento en frijoles y duraznos oscurecimiento en papas

54

cap. 4. operaciones preliminares

Por otro lado, con objeto de aumentar la eficiencia en el uso de agua, puede utilizarse en la inmersión el agua proveniente de la aspersión cuando el lavado por inmersión va seguido de otro método de lavado. En este caso, se logra además un recambio frecuente del agua de inmersión y, si ésta es clorada, resulta bastante adecuada para el propósito planteado.

El lavado por aspersión es el método de lavado más utilizado en la industria de frutas y hortalizas. Consiste en hacer pasar la materia prima a través de aspersores o duchas de agua a presión, lo que remueve eficien­ temente la suciedad y la arrastra con el agua, reduciendo la posibilidad de recontaminación. La eficiencia del lavado por aspersión depende de estos factores:

• Presión del agua. Cuanto mayor sea ésta, mayor será la eficiencia del

lavado; sin embargo, algunas frutas y hortalizas delicadas o muy maduras pueden dañarse con una presión elevada, como ocurre con las fresas o los espárragos.

• Temperatura del agua. El agua caliente remueve más eficientemente la suciedad, pero puede afectar la textura de las frutas y hortalizas sometidas al lavado.

• Otros factores como el número de aspersores utilizados, la distancia entre la fruta u hortaliza y el aspersor, y el tiempo de exposición de éstas a la aspersión.

Existen diversos equipos para el lavado por aspersión de frutas y hor­ talizas. Los más comunes son el tambor rotatorio (para frutas y hortalizas resistentes) y las bandas transportadoras o cangilones perforados, que pue­ den contar con cepillos rotatorios para aumentar la eficacia de la opera­ ción. La figura 4.3 esquematiza un tambor rotatorio para lavado por asper­ sión y la figura 4.4 un lavado por aspersión con cepillos rotatorios.

Cuando la materia prima presenta gran cantidad de suciedad fuerte­ mente adherida a la superficie, es común utilizar un sistema de lavado combinado que consiste en un lavado inicial por inmersión, que ablanda la suciedad, seguido de un lavado por aspersión, que la elimina. La figura 4.5 presenta un sistema combinado de lavado por inmersión-aspersión.

Otros métodos, como el lavado por flotación, tienen un uso más limi­ tado y específico. En este caso, se aprovecha la diferencia de densidad entre la materia prima y los contaminantes, o bien entre la materia prima con diferentes características. Por ejemplo, se utiliza como lavado-selección por tamaño para champiñones y como lavado-clasificación para manza­ nas, ya que la fruta sobremadura, magullada o podrida se hunde y aquélla en buen estado flota. En la figura 4.6 se muestra este sistema.

55 Alimentaci贸n de producto

Espreas de agua

Descarga

Figura 4.3. Tambor rotatorio para lavado por aspersi贸n de frutas y hortalizas. (Fuente: Joslyn y Heid, 1963.)

Alimentaci贸n de producto

Espreas de agua

Cepilllos rotatorios

Drenaje de agua sucia Figura 4.4. Lavadora por aspersi贸n con cepillos rotatorios para frutas y hortalizas. (Fuente: Peleg, 1985.)

Descarga de producto

56 Banda de inspección

Espreas

Alimentación de producto sucio

Tina de lavado por inmersión

Figura 4.5. Sistema combinado de lavado por inmersión-aspersión para frutas y hortalizas.

Elevador de la fracción pesada

Alimentación de producto

Nivel del agua

Transportador de la fracción ligera

Producto ligero Producto pesado

Entrada de agua limpia

Tanque de separación

Salida de lodos

Lodos

Figura 4.6. Lavado por flotación-selección y/o clasificación por densidad para frutas y hortalizas. (Fuente: Peleg, 1985.)

57 4.3.3. Escurrido y/o secado del

producto lavado Dependiendo del proceso subsecuente al que se someterá la materia prima, en ocasiones se requiere escurrir el exceso de agua de la superficie lavada; en casos especiales, como cuando la fruta u hortaliza debe alma­ cenarse para su posterior uso, la superficie debe secarse para evitar su pudrición. Con tal fin pueden emplearse tamices vibratorios, rodillos de hule espuma o sistemas de ventilación.

4.3.4. Combinación de métodos de limpieza Como ya se ha mencionado, es común combinar diferentes méto­ dos de limpieza. Estas combinaciones pueden incorporar métodos secos, por ejemplo, tamices seguidos de un sistema de aspiración y un separa­ dor magnético; métodos húmedos, por ejemplo, lavado por inmersión seguido de un lavado por aspersión y, al final, rodillos de hule espuma de secado; o bien puede tratarse de un sistema completo que combine métodos secos y después métodos húmedos.

4.4. Selección y clasificación 4.4.1. Definición La selección consiste en separar la materia prima en categorías según sus características físicas: tamaño, forma y color. La clasificación, por su parte, estriba en separar la materia prima en categorías de acuerdo con su calidad, la cual se refiere al conjunto de atributos que hacen que estos insumos tengan las características visuales y de palatabilidad adecuadas para el producto o proceso al que serán destinados.

La selección y clasificación de frutas y hortalizas pueden llevarse a cabo más de una vez en un solo proceso. Así, por lo general se efectúa una selección después del lavado, pero antes de someter la materia prima a procesos de pelado, cortado, etc., sobre todo si éstos son mecanizados.

Antes o después de la selección, se realiza una clasificación de la materia prima que se repite una o más veces durante diversas operaciones del proceso, por ejemplo: al concluir el lavado y cortado, o después del pela­ do y durante el llenado de envases.

58 4.4.2. Selección La selección de la materia prima por sus características físicas es fundamental para lograr la eficiencia y control de los procesos y obtener productos finales uniformes y adecuados. Dicha selección permite:

• La posibilidad de aplicar operaciones mecánicas como pelado, cor­

te, deshuesado, etcétera.

El • cálculo preciso de procesos que implican trasmisión de calor: es­ caldado, tratamiento térmico, deshidratación y congelación, entre otros.

• El adecuado acomodo y control de peso de las frutas y hortalizas dentro de los envases.

La • obtención de productos homogéneos, atractivos y de porciones uniformes.

Métodos de selección de frutas y hortalizas Las frutas y hortalizas pueden seleccionarse por diversos métodos según la característica física que se desee seleccionar. Estos métodos se basan en la selección por tamaño, por forma y por color.

Selección por tamaño La selección por tamaño de frutas y hortalizas se hace mediante ta­ mices, los cuales presentan aperturas fijas o aperturas variables. a) Tamiz de apertura fija. Como su nombre lo indica, en estos sis­ temas los tamices tienen perforaciones de un tamaño y forma fijos y pue­ den ser vibratorios o rotatorios. Estos tamices sólo sirven para productos esféricos, semiesféricos o cilíndricos con baja humedad y que resistan la vibración o rotación, por lo que su uso en frutas y hortalizas se limita a unas cuantas especies: chícharos, cebollas, nueces, aceitunas, castañas y zanahorias. En la figura 4.7 se esquematiza un tamiz de apertura fija para la selección por tamaño de frutas y hortalizas. b) Tamiz de apertura variable. Es probablemente el método de selección más habitual para procesar frutas y hortalizas. Se ocupan di­ ferentes sistemas, como los que se describen a continuación:

59 Carga

Más pequeño

Mayor

Figura 4.7. Tamiz rotatorio de apertura fija para la selección por tamaño de frutas y hortalizas. (Fuente: Brennan et al., 1980.)

• Seleccionadora de rodillos. Consiste en una serie de rodillos gira­

torios (los cuales pueden estar forrados de hule espuma u otro material plástico) con pendiente suficiente para permitir el des­ plazamiento de la fruta y hortaliza y con separaciones progresiva­ mente mayores entre ellos. La materia prima se selecciona por su tamaño y va cayendo en canales acolchados, colocados a intervalos en la parte inferior de los rodillos. Este sistema es muy útil para diversas especies, como manzana, durazno, piña, guayaba, cítricos, melón, betabel, papa y zanahoria. El funcionamiento de este equi­ po se muestra en la figura 4.8.

• Seleccionadora de cables o cintas. En principio, estos sistemas son muy similares a los de rodillos, con la diferencia de que aquí se utilizan cables o cintas divergentes que en general se mueven a distinta velocidad una de la otra para facilitar el desplazamiento del producto. Estos equipos convienen en los siguientes casos: la seleccionadora de cables permite que las especies de forma no es­ férica se desplacen orientadas en una misma posición y, por tanto, se seleccionen según el tamaño de una misma parte de la fruta u hortaliza, por ejemplo, la pera; por otro lado, las seleccionadoras de cinta protegen los productos muy delicados que sufrirían dete­ rioro en una seleccionadora de rodillos, por ejemplo, la papaya, el mango, la fruta muy madura, el jitomate, la col de Bruselas, etc.

La figura 4.9 muestra el funcionamiento de una seleccionadora de cintas divergentes.

60

Figura 4.8. Seleccionadora por tamaĂąo de rodillos para frutas y hortalizas. (Fuente: Kerian Machines, CatĂĄlogo de equipo.)

Figura 4.9. Seleccionadora por tamaĂąo de cintas divergentes para frutas y hortalizas. (Fuente: Peleg, 1985.)

61 Selección por forma En algunos casos, la selección por tamaño no proporciona una sepa­ ración adecuada de la materia prima. Así ocurre con ejotes, chiles, alu­ bias, habas y cereales como trigo y otros, debido a que el diámetro mayor en que se basa la selección por tamaño no logra separar los productos con formas irregulares. Ante esto, lo más conveniente es efectuar una selección por forma. Dicha selección adopta diferentes sistemas general­ mente diseñados para cada caso en particular. Los sistemas más utiliza­ dos son las seleccionadoras de disco y las de cilindros; ambas poseen, en la superficie seleccionadora, muescas u orificios de la forma adecuada al producto. En la figura 4.10 se muestra una seleccionadora por forma para ejotes.

Alimentación

Delgados

Medianamente gruesos

Gruesos Producto no seleccionado

Figura 4.10. Seleccionadora por forma para ejote.

Selección por color La medida de la reflectancia de una fruta u hortaliza es un indicati­ vo de su color, el cual, a su vez, revela el estado de madurez de aquéllas, además de que también puede indicar la presencia de otros factores en la superficie del producto, como agujeros o daños. Las seleccionadoras por color funcionan, por lo tanto, con base en un barrido fotométrico de la superficie de cada fruta u hortaliza que pasa delante de una fotocélula.

La señal de la fotocélula es equiparada con una señal estándar previa­ mente ajustada. Cuando hay diferencia entre la medición de la superficie de una fruta u hortaliza y el estándar, se acciona un mecanismo neumá­

62

cap. 4. operaciones preliminares

tico que separa dicha fruta u hortaliza. Aunque tiene un aceptable uso en papas, cebollas, cítricos y tomates, la selección es tan estricta que su empleo para seleccionar materia prima es limitado, por lo que presenta mayor aplicación en productos terminados como mermeladas y frutas en almíbar, en los que se utiliza para identificar procesos inadecuados.

4.4.3. Clasificación Debido a que la clasificación pretende separar la materia prima en ca­ tegorías de calidad, como se mencionó en el apartado 4.4.1, y la calidad implica un conjunto de atributos determinados, la clasificación es una operación que difícilmente puede efectuarse de manera mecánica. Sólo se practica en aquellos casos en que un atributo físico es capaz de relacionarse directa y adecuadamente con la calidad (como el color o la densidad), por lo que casi siempre se realiza en forma manual, visual, táctil, etcétera.

Las frutas y hortalizas se clasifican de acuerdo con los siguientes cri­ terios: 1. Estado de madurez (que indirectamente llega a evaluarse por me­ dio del color, textura, aroma y composición química).

2. Presencia de defectos (como magulladuras, cicatrices o contami­ nación por microorganismos).

3. Eficiencia de operaciones del proceso (pelado, corte, escaldado, lle­ nado de envases).

La clasificación puede ocurrir dos o más veces en una sola línea de proceso, por ejemplo:

• Al llegar la materia prima a la planta procesadora.

• Después del pelado y seccionado (en bandas transportadoras con movimiento lento).

• En el llenado de envases.

4.5. Pelado El pelado consiste en la eliminación de la cáscara o piel de la materia prima, lo cual es deseable o necesario en la elaboración de diversos pro­ ductos por una o varias de las siguientes razones:

4.5. pelado

63

a) Para lograr una presentación más atractiva de los productos, como es el caso de duraznos, peras, guayabas en almíbar, zanahorias y papas en salmuera. b) Debido a que la cáscara es una parte incomestible, como sucede con la piña, mango, papaya, sandía, melón, cítricos, ajo y vaina de chícharo, entre otros. c) Con objeto de evitar el paso de componentes indeseables presen­ tes en la cáscara hacia el producto terminado, como los fenoles y el aceite esencial en cítricos, los pigmentos de manzana de piel roja, los plaguicidas, los contaminantes fuertemente adheridos, etcétera.

El pelado de frutas y hortalizas se hace básicamente mediante cuatro métodos: pelado mecánico, térmico, químico y manual.

4.5.1. Pelado mecánico El corte y la abrasión son los dos mecanismos que aplica este método.

Corte Se realiza fundamentalmente al presionar la fruta u hortaliza en rotación contra unas cuchillas fijas. También se utilizan equipos con cuchillas rotatorias y el producto fijo. Aunque existen diseños de equi­ pos muy específicos para determinadas frutas y hortalizas (como piña y ejote), los equipos más usados se destinan para productos esféricos o se­ miesféricos (como manzana, durazno, guayaba, cítricos) y pueden tener adaptados cuchillas y dispositivos en forma de cuchara que en la misma operación pelan, parten en mitades y eliminan la semilla o hueso. Entre las principales ventajas de este tipo de pelado conviene mencionar que:

• No se destruye la piel o cáscara, por lo que puede emplearse como

subproducto para la extracción de componentes, o bien como fo­ rraje.

Es • un sistema económico, ya que no utiliza agua, vapor, productos químicos, etcétera.

Entre sus desventajas se cuentan las siguientes:

64

cap. 4. operaciones preliminares

• Si la fruta no presenta mucha uniformidad en tamaño y forma (por lo que requiere una previa y estricta selección), la operación será poco eficiente ya que eliminará pulpa en las piezas grandes y no efectuará un pelado adecuado en las pequeñas.

El • sistema tiene una versatilidad muy limitada.

Abrasión En este sistema, la materia prima por pelar se pone en contacto con rodillos o cilindros giratorios con superficie de carborundo (material abrasivo a base de silicio y carbono). El contacto de esta superficie abra­ siva rotatoria arranca la piel del producto por pelar y ésta, a su vez, se elimina mediante la aplicación de chorros de agua, que además evitan el calentamiento excesivo de la superficie del producto por la acción abrasiva. Este sistema sirve para el pelado de cebolla, ajo, betabel y papa, aunque en esta última puede presentarse un ligero oscurecimiento de la pulpa, ya que no puede escaldarse con anterioridad.

Su principal ventaja es el bajo costo de la operación, aunque presenta las siguientes desventajas:

• Si el tiempo de residencia de la fruta u hortaliza en el equipo no se controla adecuadamente, puede existir una alta pérdida de pro­ ducto (hasta 25 %).

La • cáscara se desintegra, por lo que no puede utilizarse posterior­ mente.

• Debido a que la cáscara se retira con chorros de agua, se genera una gran cantidad de efluentes diluidos, cuya eliminación resulta cara y complicada.

4.5.2. Pelado térmico Este tipo de pelado puede llevarse a cabo por diversos sistemas: Pelado con vapor En este sistema, la materia prima se somete por un tiempo corto (de 15 a 30 segundos) a una corriente de vapor vivo que resquebraja la piel y la vuelve fácilmente removible, mediante la aplicación de chorros de agua a presión, los cuales además enfrían el producto. Dado el corto

4.5. pelado

65

tiempo de exposición al vapor y su baja conductividad térmica, el calor no penetra al interior de la fruta u hortaliza, sino que se queda en la superficie, por lo que no afecta las características de la materia prima.

Este sistema se adapta para el jitomate, zanahoria, remolacha, betabel y durazno maduro, entre otros.

Una variante de este sistema es usar agua caliente en lugar de vapor aprovechando la operación de pelado para efectuar simultáneamente un escaldado. Enseguida se enlistan las ventajas del pelado con vapor o con agua caliente:

• Pueden pelarse frutas u hortalizas con formas no regulares y tama­ ños no tan homogéneos.

Es • versátil (siempre y cuando la cáscara por eliminar sea delgada).

• Si el sistema es controlado adecuadamente, las pérdidas por este método son bajas (entre 8 y 20 %).

Entre las desventajas de este tipo de pelado destacan las siguientes:

• Si el tiempo de residencia en el equipo no se controla con exacti­

tud, el producto podrá sufrir daños por calentamiento.

Algunas cáscaras firmemente adheridas a la pulpa son difíciles de • eliminar por este método.

• La cáscara se elimina en la corriente de agua, por lo que no permite su aprovechamiento ulterior.

Pelado por flama Este método no puede utilizarse para la gran mayoría de frutas y hortalizas, pero es sumamente eficaz para el pelado de algunos produc­ tos, como pimientos, chiles, cebollas, etc. El producto se coloca en bandas transportadoras que pasan a través de hornillas, con flama directa (que alcanzan temperaturas de 400 °C o superiores). El producto debe girar durante su paso por la flama y los tiempos deben ser muy cortos para evitar el deterioro del producto. La piel se quema y se elimina con cho­ rros de agua a presión. La ventaja de este pelado estriba en su alta eficacia para ciertos productos, pues produce mermas muy pequeñas, del orden de 10 %, pero sus desventajas son su baja versatilidad y la desintegración total de la cáscara, lo que impide un uso posterior de ella.

66 4.5.3. Pelado químico Este sistema consiste en sumergir o asperjar la materia prima que se va a pelar en una solución diluida (2-20 %) de hidróxido de sodio (NaOH) a temperaturas cercanas a ebullición (95-100 °C) durante periodos cor­ tos (2-8 min) y muy controlados. El hidróxido de sodio desintegra la piel, que se elimina posteriormente ya sea mediante agua a presión (méto­ do tradicional), o bien sin aplicación de agua mediante rodillos de goma (pelado químico en seco). En ocasiones, la fruta u hortaliza pelada con químicos se sumerge después en una solución de ácido (normalmente ácido cítrico) para neutralizar cualquier residuo cáustico. En caso de que la cáscara posea en su superficie una capa gruesa de cera (como ocurre con la manzana), la materia prima se somete, antes de la aplicación de la sosa, a la acción de agentes surfactantes que faciliten la penetración de aquélla a la cáscara.

El pelado químico es muy utilizado para una gran diversidad de fru­ tas y hortalizas, como durazno, manzana, pera, guayaba, segmentos de toronja, papas, zanahorias, betabel, etc., lo cual requiere, para cada caso, una concentración de hidróxido de sodio y un tiempo de exposición es­ pecíficos, como se ilustra en la tabla 4.1.

Tabla 4.1. Condiciones para el pelado químico de algunas frutas y hortalizas.

Producto Durazno Manzana Pera Betabel

Concentración de NaOH (%)

Tiempo (min)

Temperatura (°C)

2-4 6 1 7

1-2 3-4 1-2 3-4

95 95 95 95

Existen en el mercado diversos diseños de equipos para efectuar el pelado químico, ya sea de manera batch, o bien en forma continua, efi­ ciente y controlada. Algunos de estos diseños se muestran en las figuras 4.11 y 4.12.

Entre las principales ventajas del pelado químico se encuentran las siguientes:

67 Alimentación de producto

Tambor perforado

Cubierta

Canaleta

Alimentación de NaOH

Descarga de producto

Solución de NaOH

Tubería de vapor

Deflector perforado

Drenaje

Figura 4.11. Peladora rotatoria con hidróxido de sodio para frutas y hortalizas. (Fuente: López, 1981.)

Alimentación de producto

Tapa

Transportadores

Descarga de producto

Solución de NaOH

Serpentines de vapor Figura 4.12. Peladora de banda con hidróxido de sodio para frutas y hortalizas. (Fuente: Joslyn y Heid, 1963.)

68

cap. 4. operaciones preliminares

• Es sumamente versátil.

• Puede utilizarse en materias primas con formas irregulares y ta­

maños poco homogéneos.

La • superficie de la fruta u hortaliza pelada queda lisa, brillante y con un aspecto atractivo.

• Puede emplearse simultáneamente como un escaldado o preescal­ dado.

A continuación se mencionan algunas de sus desventajas:

• Si no se controlan bien la concentración de hidróxido de sodio, el

tiempo y la temperatura, puede ocurrir un alto porcentaje de pér­ didas y deteriorarse la superficie de la materia prima, que queda áspera o picada.

• El empleo del hidróxido de sodio eleva ligeramente el costo de la operación en comparación con otros métodos de pelado térmico.

La • cáscara es desintegrada y contaminada por la sosa, por lo que no puede ser utilizada posteriormente.

• La eliminación de efluentes que contienen hidróxido de sodio es difícil y costosa ya que requiere un tratamiento previo a su dese­ cho, para evitar o reducir el daño ecológico.

4.5.4. Pelado manual También se le denomina mondado. Se recurre a éste básicamente cuando la forma de la materia prima o las características de la cáscara no permiten efectuar el pelado por ninguno de los métodos anteriores.

Por ejemplo, la guanábana en estado maduro posee una cáscara bastan­ te quebradiza, una pulpa suave y porosa y una forma y tamaño muy heterogéneos. Esto dificulta la aplicación de otros métodos (mecánicos o químicos) de pelado, por lo que normalmente se ejecuta de manera manual.

Se ha desarrollado una serie de cuchillos y accesorios de formas cur­ vas o esféricas para realizar el pelado manual de algunas frutas y hortali­ zas específicas (como el mango y el plátano). Sin embargo, el pelado ma­ nual es un procedimiento costoso, por lo elevado del tiempo y personal requerido y, en ocasiones, por las altas pérdidas de producto.

69 4.5.5. Criterios de selección de métodos

de pelado La gran mayoría de las frutas y hortalizas pueden ser peladas por dos o más métodos. La selección del método de pelado para cada caso en particular va a depender de factores como:

• Las características de la piel, tales como grosor, dureza y presencia

de ceras; y de la materia prima en sí con relación a su forma y uni­ formidad de tamaño y forma.

• El equipo de pelado disponible y el costo de cada método.

• Las pérdidas provocadas por cada método.

• La conveniencia de la utilización posterior de la cáscara.

4.6. Reducción de tamaño Para obtener diversos productos de frutas y hortalizas, es necesario reducir el tamaño del producto original, por una o varias de las siguien­ tes razones:

a) Presentación del producto, como sería el caso de mitades, rebana­ das o segmentos de fruta en almíbar; cubitos, tiras o rodajas de hortalizas en salmuera, encurtidas o congeladas, etcétera. b) Elaboración de productos específicos, como purés, néctares, jugos y bebidas, entre otros. c) Facilidad y/o aumento en la eficiencia de operaciones de proce­ samiento, como escaldado, tratamiento térmico, deshidratación y congelación.

Por su alto contenido de humedad, la gran mayoría de las frutas y hortalizas pertenecen al grupo de alimentos fibrosos, para los cuales la reducción de tamaño puede efectuarse por medio de corte, despulpado o extracción de pulpa, y extracción de jugo.

4.6.1. Corte El corte puede implicar la eliminación de pedúnculos como en la fresa y la uva; la eliminación de hojas o tallos, como en el apio y la es­

70

cap. 4. operaciones preliminares

pinaca respectivamente; la eliminación de puntas, como en el ejote, la zanahoria y el pepino; pequeñas incisiones en la piel, como en el mango; y rebanado, corte en tiras, cubos, escamas, etc., de la materia prima en sí. Para este último caso, se emplean máquinas cortadoras o rebanadoras que consisten, ante todo, en una serie de cuchillas rotatorias que cortan el alimento que circula debajo de ellas. Generalmente se usan rebanado­ ras “universales”, que pueden adaptarse a diversos productos, espesores de corte y dirección de éste, lo que permite obtener una gran variedad de cortes con un solo equipo. La figura 4.13 muestra el esquema de funcio­ namiento de este tipo de rebanadoras.

Rueda rebanadora

Cuchillos

Producto Figura 4.13. Esquema de funcionamiento de una rebanadora para frutas y verduras. (Fuente: Urshel Laboratories, 1996.)

En las frutas que poseen hueso, semillas o corazón que deben elimi­ narse, es posible aprovechar la operación de corte adaptando al equipo un dispositivo tipo cucharilla que retire el hueso o las semillas al mismo tiempo del corte (por ejemplo, en mitades). Este sistema se utiliza para obtener mitades deshuesadas de durazno, pera, manzana y guayaba.

4.6. reducción de tamaño

71

En algunos casos, cuando se efectúa un pelado mecánico, el mismo equipo puede realizar el pelado, el corte en mitades y la extracción de la semilla o hueso, como ocurre con la manzana, la guayaba y la pera. Otro tipo de equipos sólo corta la fruta en mitades y extrae el hueso, antes o después del pelado, como en el caso del durazno.

Debido a las características químicas y estructurales (humedad, con­ tenido de fibra) de las frutas y hortalizas, durante la operación de corte puede provocarse aplastamiento, deformación o reblandecimiento del producto, así como pérdidas importantes de jugo, aun con equipos bien diseñados y cuchillas muy afiladas, lo cual origina mermas de materia prima y reducción de la eficacia del proceso, por lo que debe seleccionar­ se con cuidado tanto el equipo de corte como el estado de madurez y las características de la materia prima, a efectos de que soporte el proceso.

4.6.2. Despulpado o extracción de pulpa Se denomina pulpa de fruta u hortaliza el producto resultante de di­ vidir finamente y, si es necesario, de tamizar la parte comestible de las frutas u hortalizas a diferencia del jugo, que consiste en el producto lí­ quido obtenido al exprimir la fruta u hortaliza sin diluir, concentrar ni fermentar. Por las características estructurales y la composición química de ciertas frutas y hortalizas, de algunas sólo es posible obtener jugo (cí­ tricos, melón, sandía) y de otras únicamente pulpa (guanábana, guayaba, plátano), pero de la gran mayoría puede obtenerse jugo o pulpa depen­ diendo del método de extracción utilizado (como en el caso de la manza­ na, pera, durazno, tuna, zanahoria y betabel). El despulpado o extracción de pulpa se consigue por diversos métodos: a) Las frutas se pasan por un despulpador, el cual, como se ilustra en la figura 4.14, se compone de un tamiz cilíndrico inclinado con per­ foraciones de determinado tamaño (0.8-2 mm), que posee en su interior paletas y/o cepillos rotatorios que presionan la fruta contra el tamiz, lo­ grando que la pulpa pase a través de los orificios de éste y eliminando por la parte central del equipo las semillas o huesos, cáscaras, material muy fibroso, etcétera.

Dependiendo de cada caso, la fruta puede introducirse al despulpa­ dor entera con piel, semillas o hueso, ya sea sin escaldar, como el mango, o previamente escaldada, como la manzana y la guayaba (el escaldado aquí tiene la doble función de ablandar la fruta para aumentar la eficien­

72

cap. 4. operaciones preliminares

cia del despulpado y evitar el oscurecimiento de la pulpa), o bien pelada, cortada con o sin semillas, por ejemplo, la manzana de piel roja, la gua­ nábana y la papaya (para evitar que la piel y/o semillas se incorporen a la pulpa y proporcionen a ésta un sabor o aspecto desagradable).

Alimentación

Tamiz

Paletas rotatorias

Descarga de desperdicio

Descarga de pulpa

Figura 4.14. Despulpador o extractor de pulpa de frutas.

(Fuente: Polinox, Catálogo de equipo.)

b) Otro sistema para obtener pulpa es mediante desmenuzadores.

Existe una gran cantidad de diseños y equipos en los que puede llevarse a cabo esta operación, y su selección depende de las características de la materia prima por desintegrar. Algunos de los sistemas más comunes incluyen lo siguiente: 1. Desintegrador tipo Rietz, que consta de martillos y/o cuchillas gi­ ratorias rodeados de una malla perforada por la que se obliga a pasar al producto mediante su corte y golpeteo.

2. Molino de martillos, que opera de manera similar al anterior, pero únicamente con martillos.

4.6. reducción de tamaño

73

3. Extractor helicoidal, que consta de un tornillo helicoidal rodeado de un tamiz cónico (sin punta), cuyo diámetro mayor se encuen­ tra cerca de la alimentación y se va reduciendo conforme el mate­ rial es obligado a circular a través del tornillo. El movimiento de este último desmenuza el producto y, en la parte final, lo empuja contra la malla obligándolo a pasar a través de ella.

Mediante estos sistemas pueden obtenerse pulpas de hortalizas como la zanahoria y el chícharo (precocidas), o de frutas muy firmes como la pulpa de coco.

La pulpa obtenida ya sea por despulpado o desmenuzado normalmen­ te posee partículas gruesas y fibra, las cuales deben reducirse de tamaño o eliminarse y para ello se practica, por lo general, un refinado de la pul­ pa. El sistema más empleado para la refinación de la pulpa se basa en someterla a un “refinador”, cuyo principio es similar al del despulpador, pero su tamaño es más pequeño y los tamices poseen orificios mucho menores (0.5 mm o menos).

Si se requiere un tamaño de partícula aún menor que el obtenido por el refinado, conviene utilizar un molino coloidal, que consta de un disco que gira a altísima velocidad (3000-15 000 rpm) sobre otro disco estacionario, con una separación muy pequeña entre ambos (1.3-0.05 mm), obligando al material a pasar a través de ellos. Este sis­ tema resulta apropiado también para la homogeneización de fluidos (como néctares, pastas, etc.).

4.6.3. Extracción de jugo La extracción del jugo de frutas y hortalizas se realiza de diversas ma­ neras, de acuerdo con las características de la materia prima y, en ocasio­ nes, dependiendo de la disponibilidad de equipo. La selección del método y del equipo de extracción más adecuados debe determinarse a partir del rendimiento y la calidad del jugo que se desee obtener. Los principales sistemas para la extracción de jugos de frutas y hortalizas son: a) Prensado. Consiste en un estrujamiento mecánico de las frutas o verduras que provoca la separación de los líquidos contenidos en el producto sólido mediante la aplicación de fuerzas de compresión. Para la obtención del jugo de frutas y hortalizas, existen básicamente dos mo­ delos de prensas:

74

cap. 4. operaciones preliminares

1. Prensa hidráulica. Ésta puede ser, a su vez, de dos tipos:

• Prensa de platos. En esta prensa hidráulica, que se ilustra en la figura 4.15, la fruta u hortaliza por exprimir se coloca en el in­ terior de filtros de saco de algodón fuerte o telas, situados entre los platos de presión acanalados, montados en pilas verticales.

La presión hidráulica se aplica por los extremos de la pila. El jugo sale a través de los platos acanalados hacia un recipiente colector.

Soportes rígidos

Ventanas de flujo de líquido

Bandeja de recolección del licor

Licor extraído

Montaje del plato en compresión

Plato móvil

Fuerza del sistema hidráulico

Figura 4.15. Prensa hidráulica de platos para la obtención de jugo de frutas y hortalizas. (Fuente: Brennan et al., 1980.)

• Prensa de jaula. Está compuesta por un cilindro finamente perfo­

rado, con un plato interno de presión que se mueve hidráulica­ mente a través del cilindro comprimiendo la fruta u hortaliza.

El jugo pasa a través de las perforaciones hacia un recipiente colector, como se muestra en la figura 4.16.

75 Torta

Cuerdas para desprender la torta Fuerza procedente del sistema hidráulico

a)

Bandeja de licor Cilindro perforado

b)

Plato móvil

Bandeja de licor Cuerdas para desprender la torta, tensas para la descarga Figura 4.16. Prensa hidráulica de jaula para la obtención de jugo de frutas y hortalizas: a) torta en compresión; b) con la presión hidráulica desconectada para descargar la torta. (Fuente: Brennan et al., 1980.)

2. Prensa de tornillo. También se le conoce como extractor helicoidal y consiste en un cilindro horizontal dotado en su interior de un tornillo helicoidal de acero inoxidable decreciente hacia la salida, lo cual permite aumentar la presión sobre los sólidos a medida que éstos llegan a su parte terminal. El cilindro posee perforacio­ nes que dejan pasar el jugo extraído. La torta de prensado se elimi­ na, en forma continua, a través de una apertura en el cilindro. El esquema de este sistema se muestra en la figura 4.17.

Las prensas hidráulicas se ocupan sobre todo para la extracción de jugo de manzana, pera y uva, y las prensas de tornillo para el de piña, tuna y sandía.

76 Alimentación Regulación de presión

Tornillo

Sólido Líquido Figura 4.17. Prensa de tornillo para la extracción de jugo de frutas y hortalizas. (Fuente: Brennan et al., 1980.)

b) Extractor de cuchillas. Se compone de un cilindro vertical en cuyo interior se coloca una canastilla perforada y posee en su parte in­ ferior uno o varios discos con cuchillas giratorias que trituran las fru­ tas u hortalizas. El jugo extraído pasa a través de las perforaciones y es recolectado en la parte inferior del cilindro. Es un sistema discontinuo, similar en su diseño a los extractores caseros de jugo de hortalizas y sirve para productos muy firmes y fibrosos, como la zanahoria, el apio y el nopal. c) Extractores para cítricos. Los procedimientos de extracción del jugo para las frutas cítricas difieren radicalmente de los equipos de extracción de jugo del resto de las frutas y hortalizas debido a lo siguiente:

• La cáscara de los cítricos contiene grandes cantidades de aceite

esencial que alcanza un elevado valor comercial (a veces superior al del propio jugo), por lo que, durante la extracción del jugo, debe extraerse también el aceite esencial.

• El aceite esencial es rico en terpenos, sesquiterpenos y flavonoides y estos últimos se oxidan fácilmente en contacto con el oxígeno. Si el jugo de los cítricos se mezcla con aceite esencial, sufrirá reaccio­ nes de oxidación que dan lugar a la aparición de sabores amargos en el jugo.

Por las razones anteriores, los sistemas de extracción de jugos cítricos deben retirar el jugo y el aceite esencial del fruto, pero de manera total­

4.6. reducción de tamaño

77

mente separada de tal suerte que no haya posibilidad de contacto entre ambos.

Existen diversos diseños de extractores de jugos cítricos, dos de los cuales son los más empleados en México: 1. Sistemas tipo “bulbo”. Aunque el diseño específico del equipo varía con cada fabricante, en la figura 4.18 se ilustra el funcionamien­ to básico de estos sistemas que efectúan las siguientes operaciones: corte transversal de los frutos en mitades, colocación de los medios frutos en copas, introducción en ellos de un bulbo o piña giratoria de tamaño ade­ cuado para el tipo de cítrico usado, y extracción del jugo.

Las frutas que entran a este sistema pueden rasparse y desaceitarse previamente (para evitar que la cuchilla que corta el fruto arrastre acei­ te esencial y contamine con éste el jugo) o puede procederse, después de la extracción del jugo, a triturar y desaceitar las cáscaras sin jugo.

2. Extractor In-Line (FMC). Este equipo se ilustra en la figura 4.19 y es uno de los sistemas más eficientes y rápidos para extraer simultá­ neamente el jugo y el aceite esencial sin que éstos tengan contacto entre sí. Dicho equipo opera de manera continua sobre el fruto entero previa­ mente calibrado. Su funcionamiento se basa en una serie de copas me­ tálicas formadas de numerosas tiras de acero inoxidable, semejantes a dedos, colocadas por pares una arriba y otra abajo. La copa inferior recibe el fruto, mientras que la copa superior desciende y presiona el fruto para extraer el jugo y las semillas que salen por un corte circular hecho en la parte inferior de aquél, por la copa de abajo. Simultáneamente, los dedos metálicos efectúan numerosas incisiones en la cáscara y, debido a la de­ formación causada por la extracción del jugo, liberan el aceite esencial, que es recuperado por la parte lateral de las copas.

El jugo de frutas u hortalizas obtenido mediante cualquiera de los sistemas de extracción por lo regular presenta un alto contenido de sóli­ dos en suspensión (que le dan una apariencia turbia), así como restos de material fibroso y eventualmente alguna semilla o trozo de éstas, por lo que, después de su extracción, es común que se someta a una refinación.

El método de refinación está en función del tipo de jugo que se desea obtener, el cual puede ser:

• Jugo con alto contenido de sólidos en suspensión, como el de na­ ranja, toronja, piña y sandía.

Jugo con bajo contenido de sólidos en suspensión, por ejemplo, el • de zanahoria y apio.

• Jugo clarificado, como el de manzana, pera y uva.

78

Figura 4.18. Secuencia de funcionamiento de un extractor tipo “bulbo” para jugos de cítricos.

(Fuente: Safina, 1971.)

79

Figura 4.19. Secuencia de funcionamiento de un extractor In Line para jugo de cítricos. (Fuente: Safina, 1971.)

Basta que los jugos con alto contenido de sólidos en suspensión pasen, después de su extracción, por refinadores de aspas o tornillo helicoidal con tamices de apertura suficientemente grandes para dejar pasar gran parte de los sólidos. Los jugos con bajo contenido de sólidos en suspensión pueden filtrarse en refinadores con tamices de apertura muy pequeña, filtros y/o molinos coloidales, de manera que se elimine o disminuya la cantidad o se reduzca el tamaño de los sólidos en suspensión. En cuanto a los jugos que van a clarificarse, es posible refinarlos por cualquiera de los métodos anteriores o someterlos directamente a la clarificación sin refinar.

80 4.7. Escaldado Es una operación que consiste en sumergir la materia prima en agua caliente (de 85 a 98 °C) o bien exponerla al vapor vivo. Debe existir un control preciso de temperatura y tiempo. Los objetivos que se persi­ guen con el escaldado no son siempre los mismos y varían de acuerdo con el estado de madurez y el tipo de fruta u hortaliza. Así, el escalda­ do se realiza por una o más de las siguientes razones: 1. Inhibición de la acción enzimática. Al inactivarse las enzimas del producto, se permite que las reacciones oxidativas y otras de tipo químico también se inhiban, lo que contribuye a la obtención de un producto de mayor calidad y valor nutricional, dado que se evi­ tan cambios indeseables en el color y el sabor natural, así como la reducción en el contenido de ciertas vitaminas. En este contexto, el principal objetivo del escaldado es inactivar enzimas como la po­ lifenoloxidasa, que produce oscurecimiento enzimático, así como la catalasa y la peroxidasa, que catalizan la reacción de oxidación de pigmentos, lípidos y vitaminas. Cabe señalar que los vegetales verdes sin escaldar o mal escaldados desarrollan un color verde grisáceo, además de un olor y un sabor desagradables durante el almacenamiento.

2. Expulsión de gases de respiración. Las frutas y hortalizas contie­ nen O2 y CO2 en cantidades menores que las del aire; con el escal­ dado se provoca la liberación de éstos, lo cual:

• Evita o reduce la tensión o esfuerzo sobre los sellos de la lata durante el proceso térmico y favorece el desarrollo de un mayor vacío en el producto terminado.

Reduce la corrosión interna de envases y/o tapas metálicas.

•

3. Suavización del alimento. El producto se vuelve más manejable para el llenado de la lata, por lo que se obtienen mayores pesos drenados.

4. Facilitación de operaciones preliminares. El pelado, el cortado (cubos o rebanado), la extracción de pulpa y otros pasos prepara­ torios se realizan más fácil y eficientemente en algunos tipos de frutas y hortalizas.

5. Fijación del color natural de ciertos productos. El escaldado puede o no ayudar a la retención del color verde en algunas hortalizas, lo

4.7. escaldado

81

cual depende del producto, la temperatura y el método de preser­ vación utilizado después del escaldado.

6. Remoción de sabores y olores no deseables de la materia prima.

7. Adición de limpieza al producto.

4.7.1. Métodos de escaldado Escaldado con agua caliente. Esta forma de escaldado es muy eficien­ te y uniforme ya que el proceso puede controlarse adecuadamente. La principal desventaja es el gran volumen de agua requerido para el con­ tacto directo con el producto, lo que a su vez ocasiona la lixiviación de ácidos, vitaminas y minerales importantes para la nutrición humana.

Por otro lado, las aguas residuales quedan con niveles altos de materia orgánica.

Escaldado por vapor. Con este método se tiene la ventaja de que los pro­ ductos retienen su contenido nutritivo. La principal desventaja consiste en que resulta menos eficiente ya que se requieren mayores tiempos para la inactivación enzimática, es más difícil controlar el tiempo y la tempe­ ratura, y el producto puede dañarse. Los escaldadores de vapor continuo son mecánicamente más complejos que los de agua caliente ya que, me­ diante un transportador de banda o cadena, mueven continuamente el producto de un tanque que contiene vapor vivo. La selección del método utilizado estará en función de la disponibilidad de agua o de la facilidad para la producción de vapor, así como del equipo disponible.

Escaldado químico. Se utiliza cuando los dos métodos anteriores pro­ vocan daños graves al producto (como en la fresa y el higo). Se realiza mediante la aplicación de dióxido de azufre, sulfitos, bisulfitos o meta­ bisulfitos, los cuales reaccionan con compuestos fenólicos que inactivan enzimas.

Algunos ejemplos de métodos y condiciones de escaldado de frutas y hortalizas se ilustran en el cuadro 4.1.

4.7.2. Determinación o control del

escaldado Debido a que la peroxidasa es una enzima muy termorresistente y que se encuentra en casi todas las frutas y hortalizas, se considera que, si durante el escaldado esta enzima se ha inactivado, también se habrá in­

82 Cuadro 4.1. Métodos de escaldado aplicados en algunos productos vegetales.

Producto

Método de escaldado

Tiempo (de acuerdo con el estado de Temperatura madurez) (°C)

Observaciones

Chícharo Agua caliente

1-5 min

Espárrago Agua caliente Vapor vivo

3-5 min 1.5-3 min

95-100 110

Elimina olores fuertes. Facilita el llenado de envases.

Ejote

Agua caliente

1.5-2 min

85

Remueve olores.

Facilita el llenado y control de peso.

Espinaca

Agua caliente

6 min

80

Fija el color. Inactiva clorofilasa. El tamaño de las hojas indica el grado de desarrollo, que influye en el tiempo.

Camote o Vapor vivo betabel

1-3 min

110

Inactiva enzimas.

Facilita el pelado.

Chile o Agua caliente pimiento Vapor vivo Flama directa

5 min 1-4 min 1-4 min

100 110-115 >115

Facilita el llenado.

Tomate

Agua caliente Vapor vivo

1-2 min

95 110

Elimina aire. Agrieta y afloja la piel.

Durazno

Agua caliente Vapor vivo

1-2 min

80 110

Evita oscurecimiento.

Facilita la extracción de la pulpa.

1-2 min

100

Evita oscurecimiento.

Elimina aire. Facilita la extracción de la pulpa.

Manzana Vapor vivo

Usualmente Remueve olores en ebullición y sabores. Fija el color. El agua dura (Ca, Mg) endurece y produce correosidad en el producto.

4.7. escaldado

83

activado el resto de las enzimas capaces de provocar problemas durante el procesamiento.

Una prueba muy sencilla para determinar si el escaldado se ha rea­ lizado de manera correcta es mediante un indicador como el guayacol, el cual al oxidarse adquiere un color rojo, que en el caso de una muestra mal escaldada indicaría que la enzima aún está activa.

Guayacol + H2O2 → guayacol oxidado + H2O + O2 (aceptor O2) peroxidasa (rojo) De manera resumida, el procedimiento consiste en: Muestra ↓ Inmersión en H2O caliente a diferentes temperaturas ↓ adición de H2O2 + guayacol si hay cambio de color ↓ peroxidasa activa

si no hay cambio de color ↓ peroxidasa inactiva

5.1. Definición El jarabe o almíbar es una solución de concentración conocida de azúcar en agua. La salmuera es una solución de concentración conocida de sal en agua.

5.2. Función En productos envasados, los jarabes se añaden a las frutas y las sal­ mueras a las hortalizas con los siguientes fines:

• Mejorar el sabor y la aceptabilidad.

• Llenar los espacios entre las piezas de los productos.

• Ayudar a la transferencia de calor.

• Contribuir a la preservación del producto, dado que son osmótica­

mente activos.

Reducir la presión interna en los envases debido a que desplazan • aire y gases.

• Proporcionar un medio ideal para incorporar pequeñas cantidades de otros ingredientes, como saborizantes, colorantes y conserva­dores.

Inhibir el oscurecimiento en algunos alimentos (manzanas, peras • y papas).

84

5.3. tipos de jarabes

85

Los jarabes se vierten en frutas en almíbar, néctares y bebidas de fru­ tas. Las salmueras se utilizan en hortalizas en salmuera y en encurtidos en escabeche. Los jarabes que normalmente se manejan en la industria son los siguientes: 1. Diluido 14-17 °Brix 2. Concentrado 18-21 °Brix 3. Muy concentrado 25-35 °Brix Las salmueras son: 1. Diluida (normal) 2-5 % de sal 2. Concentrada (en encurtidos y escabeche) 15-20 % de sal

5.3. Tipos de jarabes. Influencia

en la calidad Los jarabes pueden elaborarse a partir de diferentes tipos de azúcares: Sacarosa de caña o remolacha. El jarabe elaborado con sacarosa es el más co­ mún. Se dispone de dos presentaciones de sacarosa: azúcar refinada cristalina y azúcar refinada líquida. El azúcar debe estar refinada porque las impurezas dan mal aspecto al jarabe y tienden a formar espuma. La líquida es más ma­ nejable para la formulación, pero su almacenamiento es más costoso, presen­ ta problemas de espacio y debe refrigerarse o utilizarse de inmediato.

Azúcar morena. Es azúcar no refinada o de grado impuro que se utiliza en forma limitada para el enlatado de frutas de color oscuro, en donde el color ámbar del jarabe no afecta la calidad en cuanto a la apariencia.

El azúcar no refinada puede contener ocasionalmente dióxido de azufre (SO2), que puede formar sulfuro de hidrógeno (H2S) en las latas y un de­ pósito negro de sulfuro metálico.

Azúcar invertida. Es la sacarosa hidrolizada (fructosa + glucosa). Entre sus ventajas se cuenta que la fructosa es de un alto grado de dulzor, es más difícil que cristalice en forma invertida, es más soluble que la sacarosa y es más higroscópica. Su penetración en la fruta es mayor que la sacarosa. Sus desventajas son que, si se utiliza sólo azúcar invertida, se tendrá un pro­ ducto duro, por lo que generalmente la sacarosa se combina con un poco de azúcar invertida para evitar o reducir los riesgos de cristalización.

Dextrinas ( jarabe de maíz). Las dextrinas (oligosacáridos: cadenas de 3 a 8 unidades de glucosa) son producto de la hidrólisis ácida del almidón.

86

cap. 5. jarabes y salmueras

Si se adicionan enzimas, se tendrán maltosa, maltodextrinas y glucosa.

El jarabe de maíz tiene una alta viscosidad (lo cual dificulta la trasmi­ sión de calor) y reduce la capacidad de cristalización, posee un menor grado de dulzor con respecto a la sacarosa y es bastante higroscópico, pero su penetración en la fruta es lenta ya que las partículas son más grandes. Con el jarabe de maíz en forma de dextrinas, hay mayor ten­ dencia a que ocurran reacciones de fermentación.

Azúcar líquida. Jarabe pesado (denso). Es un jarabe de sacarosa altamen­ te refinada, por lo general muy denso (67 °Brix); se usa extensivamente en bebidas carbonatadas, dulces, postres congelados y, en menor propor­ ción, en productos horneados y frutas congeladas.

Jarabe con alto contenido de fructosa. Es un jarabe obtenido por isomeriza­ ción enzimática de jarabes de glucosa. Debido a que el poder edulcorante de la fructosa es muy superior al de la sacarosa, se aprovecha en una gran variedad de productos de frutas (néctares, bebidas y mermeladas), hela­ dos y productos de panadería y confitería, entre otros. Estos productos tienen menos valor calórico que los elaborados con sacarosa.

En la tabla 5.1 se indica el grado de dulzura relativa de diferentes edulcorantes.

Preparación de jarabe para enlatado en una planta procesadora Procedimiento 1. El azúcar se disuelve en una reducida cantidad de agua para obte­ ner un jarabe denso (60-65 °Brix o Balling).

2. Agua y azúcar se calientan juntas en una marmita (calentamiento en un tanque con chaqueta de vapor).

Tabla 5.1. Grado relativo de dulzura de diferentes edulcorantes.

Edulcorante

Grado relativo de dulzura

Sacarosa Fructosa Glucosa Jarabe de maíz Miel Sacarina Aspartame Sucralosa (Splenda® )

100 173 74 30 97 30 000 20 000 60 000

5.3. tipos de jarabes

87

3. El producto final se diluye para obtener un jarabe claro con los grados Brix específicos para el producto por elaborar.

El jarabe debe prepararse en un tanque de acero inoxidable de doble pared para el vapor y es necesario agitar la mezcla ya que el azúcar no se di­ suelve fácilmente. Muchos tanques de jarabe están equipados con disposi­ tivos mecánicos de agitación. Es una práctica común adicionar el volumen especificado de agua por medio de un calibrador aforador de barra, iniciar el calentamiento, descargar el azúcar y agitar. La concentración del jarabe debe verificarse en grados Brix y, al usar el hidrómetro o el refractómetro, es necesario que el jarabe esté a la temperatura de calibración especificada en el instrumento. Normalmente, los jarabes se encuentran a temperaturas mucho mayores que las de calibración de los instrumentos y, si la medición se realiza en estas condiciones, la lectura observada será demasiado baja de­ bido a que, a temperaturas altas, el volumen se expande y, por consiguien­ te, los grados Brix disminuyen. Es recomendable preparar suficiente jarabe para una jornada de trabajo no mayor que ocho horas a fin de reducir los riesgos de contaminación. Si las tuberías y las máquinas llenadoras perma­ necen varios días sin utilizarse ni limpiarse, se desarrollarán bacterias y levaduras que producirán sabores indeseables o fermentaciones.

Evaluación o prueba del jarabe. En relación con las frutas en almíbar, el jara­ be preparado debe evaluarse con precisión antes de adicionarlo a los envases con fruta, de tal manera que se garantice que el producto terminado conten­ ga los grados Brix especificados para ese producto. Esto se conoce como prue­ ba de cut out o prueba de recorte. La prueba de cut out o de recorte es igual a los grados Brix del jarabe después de 48 horas del envasado. Los grados Brix que se determinen en esta prueba no deben estar apreciablemente por encima o por debajo de lo establecido en la norma del producto en cuestión.

Por ejemplo, supóngase que se adiciona jarabe de 30 °Brix a un lote de fruta con 10 ºBrix para obtener al final un producto (fruta en almíbar) con 23 ºBrix; esto indica una transferencia de sacarosa hacia los tejidos de la fruta y de agua hacia el jarabe hasta establecerse un equilibrio que depende de lo siguiente: 1. Cantidad de fruta (peso/envase).

2. Concentración de jarabe (porcentaje de azúcar) = °Brix.

3. Madurez de la fruta (contenido de sólidos solubles totales y acidez).

4. Peso del jarabe añadido.

Estos factores deben determinarse experimentalmente para cada lote y variedad.

88

cap. 5. jarabes y salmueras

El peso de la fruta es muy importante ya que, si el llenado estándar es de 540 g y la lata se llena con 580 g de fruta, la cantidad de jarabe será menor y la prueba de cut out será baja con respecto al estándar. Por el contrario, si el llenado es de sólo 500 g, la prueba será alta.

Es común que en frutas grandes (duraznos, peras, ciruelas) el llenado se efectúe en función del número de piezas y no por el peso exacto, lo cual implica realizar ajustes frecuentes en las pruebas de recorte del jarabe. La cantidad de azúcar requerida en la preparación del jarabe para las diferen­ tes frutas variará, pero la relación fruta/azúcar seguirá el mismo patrón.

Empleo de jugo de frutas. Los estándares o normas para ciertas frutas enlatadas permiten el uso del jugo de las frutas en lugar de agua para elaborar el jarabe; los azúcares naturales del jugo sirven como parte del azúcar necesaria. Dicho jugo debe ser puro y claro y no debe emplearse hasta que se hayan realizado pruebas cuidadosas que demuestren cómo quedará el producto terminado en apariencia y sabor.

Agua. El agua debe ser potable y contener el mínimo de materias mi­ nerales, ya que un jarabe que no sea transparente y brillante o que llegue a flocular después del procesamiento se considera de muy baja calidad. En particular, cuando se preparan jarabes, los carbonatos y sulfatos pueden provocar una precipitación blancuzca durante la ebullición del agua; las sales de hierro en el azúcar pueden causar oscurecimiento en el jarabe o precipitación en el envase. La corrección del agua dependerá del carácter y la cantidad de impurezas; muchos casos necesitan la asesoría y la su­ pervisión de un experto.

5.4. Salmueras Las salmueras son soluciones, por lo general, diluidas de cloruro de sodio (NaCl, sal común) y son relativamente más fáciles de preparar que los jarabes ya que, en este caso, los productos en sí no aportan sal. En ocasiones las salmueras potencian el sabor y abrillantan el color del pro­ ducto, como ocurre con los chícharos, las zanahorias y los granos de elote. A continuación se mencionan las variantes para la obtención de las salmueras en los productos enlatados o envasados:

a) Incorporación directa de sal en la lata o envase. b) Adición de soluciones diluidas (1-2 % NaCl, a veces con azúcar en un 5-7 %, por ejemplo, en chícharos, granos de elote, etc.). c) Adición de tabletas de sal o tabletas combinadas.

5.5. preparación de jarabes y salmueras

89

Independientemente de la forma de preparación elegida, el cloruro de sodio que se va a utilizar en productos procesados debe ser de alta pureza y con tolerancias estrictas en el contenido de impurezas y me­ tales pesados, ya que incluso las trazas de hierro, cobre y cromo produ­ cen manchas (motas) en hortalizas verdes, pues transforman la clorofila verde en feofitina y pueden formar complejos de color café en productos que contienen taninos y antocianinas.

Productos como los espárragos, frijoles, chícharos, papas y espinacas contienen aminoácidos con azufre, y el ion ferroso reacciona fácilmente con el azufre para formar un sulfuro de fierro de color negro que oscurece el color de la salmuera, ennegrece las paredes de la lata y deja un depósito gris sobre los tejidos superficiales del vegetal. El calcio o el magnesio apor­ tados por la sal o el agua pueden convertir chícharos y maíz tiernos en pro­ ductos muy duros y correosos. Sin embargo, en algunos productos es desea­ ble una consistencia firme, por ejemplo, en los tomates, papas, zanahorias y frijoles, y para ello se recomienda adicionar sales de calcio. La presencia de sulfatos de sodio y magnesio puede impartir un sabor amargo y turbiedad a la salmuera al precipitar taninos, oxalatos y gomas. Por las consecuencias expuestas en este párrafo, una sal adecuada debe tener una pureza de 99.6 % de NaCl; un grado de pureza menor de 98 % no deberá usarse.

La concentración de las salmueras puede expresarse en grados Bau­ mé (°Be) o en grados salométricos. Los grados Baumé indican la concen­ tración de la salmuera en función de solutos disueltos en agua, mientras que los grados salométricos expresan la concentración de acuerdo con la densidad. Así, 1 °Be = 1 % de NaCl, lo cual es aproximadamente igual a 4° salométricos. La máxima concentración de cloruro de sodio que se puede obtener en solución (salmuera saturada) a 20 °C es de 26.4 %; con respec­ to a la densidad, esto equivale a 100° salométricos. En la tabla 5.2 se pre­ sentan las equivalencias entre grados Baumé y grados salométricos.

5.5. Cálculos para la preparación

de jarabes y salmueras En general, las frutas contienen un alto porcentaje de agua y, como ya se ha mencionado, debido al fenómeno de la ósmosis, cuando se les coloca en almíbar, el agua de la fruta se va transfiriendo hacia éste y el azúcar del almíbar hacia la fruta hasta establecerse un equilibrio entre ambos componentes. Por esta razón, la concentración de azúcar del almí­ bar original se ve disminuida después de un periodo de almacenamiento.

90 Tabla 5.2. Equivalencias entre grados Baumé y grados salométricos.

Grados Baumé

Grados salométricos

0.00 1.06 2.12 3.18 4.24 5.30 6.36 7.42 8.48 9.54 10.60 15.90 21.20 26.40

0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00 28.00 32.00 36.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Por ello es necesario calcular la concentración de azúcar del almíbar que se adicionará en el momento de envasar el producto, con objeto de que, después de alcanzar el equilibrio, se obtengan los grados Brix de­ seados en el producto final (tabla 5.3).

Tabla 5.3. Ejemplos de formulaciones típicas de algunas frutas en almíbar.

Fruta

°Bx final

Durazno Piña Guayaba Mango Pera

20-28 20-24 (22) 20-28 (22) 22-28 (22) 20-24 (22)

Acidez final (%) 0.40 0.50 0.50 0.35-0.40 0.35-0.40

pH 3.50-4.20 3.50-3.80 3.50-3.80 3.50-4.30 3.50-4.30

Existen básicamente dos formas para calcular la concentración de azúcar y la acidez que debe contener el jarabe que se va a adicionar a las latas de los productos en almíbar. La primera de ellas es mediante un balance de materia y la otra con el método del cuadrado o rectángulo de Pearson.

91 Balance de materia En este caso, las ecuaciones que se emplean son las siguientes: AXa + BXb = CXc

y

AYa + BYb = CYc

donde:

A = Peso de la fruta en el envase = peso drenado (g).

Xa = °Brix de la fruta/100 (dado que se trata de una fracción de masa).

B = Peso del almíbar en el envase (peso neto - peso drenado) (g).

Xb = °Brix del jarabe/100.

C = Peso neto del contenido del envase (g).

Xc = °Brix deseados en el producto terminado/100.

Ya = Porcentaje de acidez de la fruta/100.

Yb = Porcentaje de acidez del jarabe/100.

Yc = Porcentaje de acidez deseado en el producto terminado/100.

Despejando las incógnitas que representan la concentración de azúcar y acidez del jarabe que se debe adicionar al envase, se tiene: Xb = Ejemplo

CXc - AXa B

y

Yb =

CYc - AYa B

Se requiere preparar el jarabe necesario para elaborar latas de cascos de guayaba en almíbar; cada lata debe contener 500 g de fruta y 350 g de jarabe. Las guayabas contienen 12 °Brix y 0.4 % de acidez. El producto terminado deberá ajustar un cut out de 22 °Brix y 0.6 % de acidez.

Solución. Utilizando la ecuación AXa + BXb = CXc se tiene que:

A = 500 g de guayaba.

Xa = 0.12 B = 350 g de jarabe requerido.

Xb = °Brix desconocidos/100.

C = 500 + 350 = 850 g = lata 2 1/2; 850 g de capacidad (500 g de guayaba y 350 g de jarabe).

Xc = 0.22

92

cap. 5. jarabes y salmueras

Despejando y sustituyendo datos: Xb =

CXc - AXa B

Xb =

850 g (0.22) - 500 g (0.12) = 0.3628 350 g

lo que equivale a 36.28 °Brix.

El mismo procedimiento se sigue para calcular la acidez del jarabe que se va a adicionar, sustituyendo los datos de las concentraciones indi­ cadas para este caso: Yb =

850 g (0.006) - 500 g (0.004) = 0.0088 350 g

lo cual equivale a 0.88 % de acidez.

Ahora bien, ¿cuánto jarabe de 0.88 % de acidez y 36.28 °Brix se nece­ sitaría para 500 kg de guayaba?

500 kg de guayaba/0.5 kg de guayaba/lata = 1000 latas Por otro lado, si una lata contiene 350 g de jarabe, entonces 1000 latas × 350 g de jarabe/lata → 350 kg de jarabe ¿Cuánta sacarosa se necesita para preparar los 350 kg de jarabe?

Se sabe que: n ºBrix = n partes de azúcar + (100 – n) partes de agua 1 °Brix = 1 kg sacarosa + 99 kg de H2O = 100 kg con 1 ºBrix entonces 100 kg con 36.28 °Brix = 36.28 kg de sacarosa + 63.72 kg de H2O por lo que si 100 kg de jarabe contienen 36.28 kg de azúcar, 350 kg contendrán → x x = 126.98 kg de azúcar

93 Método de Pearson Para utilizar este método, se traza un cuadrado o rectángulo como el de la figura 5.1. En el centro se escriben los grados Brix del jarabe que se desea obtener, en la esquina superior del lado izquierdo se escriben los grados Brix del jarabe más concentrado, y en la esquina inferior del lado izquierdo los grados Brix del jarabe usado para adelgazar el concentrado o bien del agua, en cuyo caso se escribe un cero. En estas condiciones, se trabaja diagonalmen­ te sobre el rectángulo realizando una simple operación de resta; la diferencia se escribe en números absolutos en la esquina respectiva. Estos números re­ presentan la proporción en la que deben combinarse los jarabes para obtener la concentración buscada (la que se escribió en el centro del rectángulo).

A (partes del jarabe con > ºBrix)

ºBrix > Conc. ºBrix deseados ºBrix < Conc.

B (partes del jarabe con < ºBrix) ΣAB (partes totales del jarabe con los ºBrix deseados)

Figura 5.1. Rectángulo de Pearson.

Ejemplo 1 Indicar las cantidades necesarias de agua y jarabe concentrado para preparar 300 kg de un jarabe de 40 °Brix a partir de uno de 67 °Brix.

A = 40

67 40 0

ΣAB = 67 partes totales Las 67 partes corresponden a 300 kg, por lo que

B = 27 Partes kg 300 ΣAB = 67 67 40 XA; XA = 179.1 kg del jarabe A 67 300 27 XB ; XB = 120.9 kg de B, o sea, de agua

94

cap. 5. jarabes y salmueras

Para obtener 300 kg de jarabe a 40 °Brix se necesitan 120.9 kg de agua para adelgazar (diluir) y 179.1 kg del jarabe de 67 °Brix. Este problema también puede resolverse por medio de balances de materia, a saber:

Agua A Jarabe conc.

67 °Bx J

Jarabe diluido D 40 °Bx

Mezclado

Balances de materia: Azúcar: 0.67J = 0.40D = 0.40 (300 kg) = 120 kg J = 120 kg/0.67 = 179.1 kg de jarabe conc.

Total: J + A = D ∴ A = D - J = 300 kg - 179.1 kg A = 120.9 kg de agua Ejemplo 2 Se desea preparar 20 kg de jarabe con 35 °Brix a partir de dos jarabes que poseen 60 y 30 °Brix respectivamente. ¿Qué cantidades se requeri­ rían de cada uno?

60

A = 5 partes

ΣAB = 30 partes totales

B = 25 partes ΣAB = 30 partes

Partes 30 5

kg 20 XA; XA = 3.33 kg de jarabe de 60 °Brix

30 25

20 XB; XB = 16.66 kg de jarabe de 30 °Brix

35 30

Para obtener 20 kg de jarabe con 35 °Brix lo que se requiere es combi­ nar 3.33 kg de jarabe con 60 °Brix con 16.66 kg de jarabe con 30 °Brix.

5.5. preparación de jarabes y salmueras

95

De igual manera, también este caso puede resolverse por medio de balances de materia:

C 60 °Brix D 30 °Brix

Mezclado

M = 20 kg 35 °Brix

Balances de materia: Total: D + C = 20 kg (1) Azúcar: 0.3D + 0.6C = 0.35(20 kg) = 7 kg (2) Resolviendo el sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas por el método de sustitución, tenemos de la ecuación (1): D = 20 kg - C, que se sustituye en la ecuación (2): 0.3(20 kg - C ) + 0.6C = 0.35M 6 kg - 0.3C + 0.6C = (0.35)(20 kg) 0.3C = 7 kg - 6 kg C = 1 kg/0.3 = 3.33 kg de jarabe concentrado D = 20 kg - C = 20 kg - 3.33 kg = 16.66 kg de jarabe diluido Ejercicios 1. Preparar 40 kg de jarabe con 35 °Brix a partir de jarabe de sacarosa con 40 °Brix y jarabe de maíz con 15 °Brix: R = 32 kg de 40 °Brix y 8 kg de 15 °Brix 2. Preparar 40 kg de jarabe con 35 °Brix con 15 kg de jarabe con 25 °Brix y jarabe sacarosa con 40 °Brix: R = 26.6 kg 40 °Brix y 13.3 kg a 25 °Brix.

3. Preparar 40 kg con 35 °Brix con jarabe de maíz al 10 % y jarabe con 20 °Brix:

96

cap. 5. jarabes y salmueras

R = no es posible, dado que con dos jarabes de baja concentración no puede obtenerse uno de mayor concentración.

En el caso de los néctares, los cálculos son similares. Se prepara un almíbar que se mezcla con la pulpa, se calienta todo junto para homoge­ neizar y eliminar el aire ocluido y se envasa.

Los cálculos para la preparación de salmueras son más sencillos, pero siempre hay que poner atención a las unidades en que se presen­ tan los datos, así como la equivalencia entre grados Baumé y grados salométricos.

Ejemplo 3 Se desean 500 l de una salmuera con 3 °Be (3 % de sal) y se dispone de 150 l de una salmuera con 45.3° salométricos. Encontrar las proporcio­ nes de salmuera con 45.3° salométricos y agua que deben mezclarse para obtener la salmuera requerida.

Solución. De acuerdo con la equivalencia entre °Baumé y °salométri­ cos, 45.3° salométricos equivaldrían a 12 °Baumé.

Utilizando el método de Pearson, A = 3 partes de 12 °Be

12 3 0

B = 9 partes de agua ΣAB = 12 partes de 3 °Be

Por tanto, si 12 partes = 500 l de salmuera con 3 °Be,

3 partes = A, A = 125 l de salmuera de 12 °Be. 9 partes = B, B = 375 l de agua.

Lo anterior significa que deben mezclarse 125 l de la salmuera con 12 °Be con 375 l de agua para obtener los 500 l de salmuera a 3 °Be re­ queridos.

Por medio de balances de materia:

97 Agua (A) (C) Salmuera 12 °Baumé

(D) Mezclado

Salmuera 3 °Baumé 500 l

Total: C + A = D Sal: 0.12C = (0 .03)(500 l ) = 15 l C = 15 l /0.12 = 125 l A = 500 l - 125 l = 375 l

6.1. Llenado La operación de llenado del envase comprende la introducción del producto y la del líquido de cobertura (jarabe o salmuera), cuando sea el caso. Es importante realizar esta operación con eficiencia ya que se persiguen estos propósitos:

• Mantener un espacio de cabeza uniforme, con objeto de: – Conseguir una formación uniforme de vacío en los lotes.

– Aumentar la transferencia de calor (sobre todo en esterilizadores con agitación de envases).

• Garantizar un peso neto constante.

El envase se llena en forma manual o mecánica.

Llenado manual. No es muy recomendable ya que hay menor precisión y se favorece la contaminación, además de que requiere demasiada mano de obra. Se emplea cuando el llenado se efectúa en función del número de piezas, en productos delicados o que precisan de un acomodo especial, por ejemplo, el brócoli, o los chiles en escabeche cuando se adicionan rebanadas de cebolla, zanahorias y especias.

98

6.2. agotado

99

Llenado mecánico. Es más higiénico, preciso y versátil ya que puede llevarse a cabo en las tres modalidades comunes del llenado: para fluidos, para sólidos y para fluidos con sólidos.

Los alimentos fluidos pueden ser líquidos de baja viscosidad, entre los que se encuentran los jugos, néctares, jarabes y salmueras; fluidos de alta viscosidad como los jugos concentrados, purés, salsas, o bien alimentos sólidos o semisólidos que se envasan en caliente para disminuir su viscosidad y poder manejarlos como fluidos, por ejemplo, las pastas de frutas, ates y sopas concentradas, entre otros. En este último caso, el aspecto crítico de las llenadoras mecánicas es la apertura del pistón y la presencia de impurezas ya que las pastas tienden a dejar aire atrapado en el envase, lo que reduce la transferencia de calor y ocasiona un llenado deficiente (y ello puede repercutir en el vacío obtenido). Esto puede solucionarse al efectuar una deaireación o escaldado del alimento antes del llenado.

El llenado de sólidos se utiliza cuando se envasan alimentos secos como nueces o cacahuates; o bien en el caso de frutas en almíbar, hortalizas en salmuera o escabeche, cuando se envasan por separado primero los sólidos y posteriormente se adiciona el líquido de cobertura (envasado combinado de sólidos-líquidos).

Algunos productos fluidos que contienen sólidos, como mermeladas, salsas o sopas, deben envasarse simultáneamente para lograr homogeneidad en el producto final.

Las principales características que debe reunir una máquina llenadora eficaz son las siguientes:

• Proporcionar un volumen-peso constante.

• Evitar el derramamiento o salpicadura de envases.

• Accionarse sólo en presencia de envases.

• Ser versátil para diferentes tamaños de envase.

• Ser de fácil limpieza.

6.2. Agotado 6.2.1. Importancia del agotado El término agotado (exhaust) se emplea para denotar la eliminación de aire del envase antes de proceder a su cerrado hermético. Los propósitos que se persiguen con esta operación son:

100

cap. 6. operaciones de envasado

a) Eliminar el aire para inhibir el desarrollo de microorganismos aeróbicos y reducir tanto los procesos de corrosión de latas como el riesgo de oxidación del alimento. b) Favorecer la formación de vacío de manera que los extremos de las latas o tapas metálicas se vean cóncavos, lo cual se considera una condición de sanidad. c) Evitar el sobrellenado y facilitar la transferencia de calor. d ) Evitar la tensión excesiva en el envase durante el proceso térmico.

Presión y espacio de cabeza en productos envasados. El volumen no ocupado en un envase hermético, usualmente denominado espacio de cabeza, es la parte más importante del sistema contenido-recipiente. Son tres las variables que tienen que ver con el espacio de cabeza y la obtención de un agotado eficiente, a saber: 1. El tipo y la concentración relativa de gas en el espacio de cabeza. En la mayoría de los alimentos envasados, este gas se compone de aire y vapor de agua. En algunos alimentos especiales, el aire presente tanto en el espacio de cabeza como en el alimento se extrae y se sustituye con N2 u otro gas inerte (esto se emplea sobre todo en productos altamente propensos a la oxidación, en los que aun pequeñas concentraciones de oxígeno pueden provocar cambios de color y sabor, rancidez, etc., como sucede con los productos deshidratados: leche en polvo, aguacate deshidratado y productos liofilizados).

2. El volumen del espacio de cabeza. Generalmente se supone que el volumen del espacio de cabeza no debe exceder 10 % del total de la capacidad del envase, ya que 90 % debe ser el llenado estándar establecido por la Food and Drug Act, del United States Department of Agriculture (USDA). Este volumen afecta el proceso térmico ya que, si es pequeño, la velocidad de calentamiento se reduce con el consecuente aumento del tiempo requerido para destruir un número determinado de microorganismos y, si es muy grande, el envase se ve vacío.

3. El vacío (o condición de presión) en el espacio de cabeza. Vacío es el término usado para denotar la condición de presión interna de un recipiente hermético y es una medida del grado o magnitud en que el aire se ha eliminado del recipiente. Un vacío de cero indica que la presión en el espacio de cabeza es igual a la presión atmosférica. Un vacío de 30 pulgadas de mercurio (in Hg) significa que todo el aire se ha eliminado del recipiente.

Un vacuómetro mide la diferencia entre la presión atmosférica y la presión en el recipiente. Usualmente, está calibrado para leer en pulgadas

6.2. agotado

101

de mercurio. Así, suponiendo que la presión atmosférica exterior (P atm) es de 29.5 in Hg y la del interior de la lata es de 17 in Hg, el vacío del interior de la lata sería de 29.5 - 17.0 = 12.5 in Hg. Este valor es el que debe indicar la carátula del vacuómetro. Desde luego, cualquier variación en la presión atmosférica provocará un cambio en la medición de vacío.

La presión atmosférica disminuye conforme aumenta la altitud sobre el nivel del mar, por lo que el vacío en un producto envasado puede variar notoriamente si se procesa a nivel del mar y se comercializa en lugares muy altos (por ejemplo, la Ciudad de México o Toluca), y viceversa.

En algunos productos, la adecuación del proceso térmico, por sí mismo, se basa en un alto vacío inicial en el recipiente.

El grado de vacío mínimo requerido varía dependiendo del tipo de producto. Ante ello, de manera general, pueden establecerse los siguientes valores:

Tipo de producto

Vacío requerido (in Hg)

Frutas Hortalizas Carnes y pescados enlatados Productos envasados “al alto vacío”

8-12 12-15 18-20 22

La presión interna es un criterio significativo durante la esterilización y es en especial crítica en recipientes de vidrio sellados ya que las presiones excesivas (poco vacío) tenderán a aflojar el cerrado. De ahí que la presión interna debe equilibrarse con la presión atmosférica para mantener el cierre en su lugar durante la operación del proceso térmico.

Las normas de cada producto alimentario envasado indican las especificaciones y establecen los límites para las tres variables mencionadas.

6.2.2. Efecto de la temperatura de cierre o

sellado en el grado de vacío producido La temperatura que prevalezca en el espacio de cabeza al momento del sellado afecta el grado de vacío producido ya que, conforme aumenta la temperatura, la expansión del aire es mayor, además de que habrá un mayor desplazamiento del aire con el vapor y, en consecuencia, aumentará el vacío en el interior de la lata después de sellada y enfriada.

102

cap. 6. operaciones de envasado

La temperatura usual del agotado para frutas es de 82 a 96 °C. Esta temperatura se refiere a la del túnel de agotado y del espacio de cabeza; la temperatura en el centro de la lata normalmente alcanza de 76.6 a 82 °C. Conforme aumenta la temperatura de sellado, se incrementa el vacío obtenido en los envases después del enfriamiento. Por ejemplo, latas selladas a 70 °C y enfriadas a 20 °C tendrán 12.3 pulgadas de mercurio y las selladas a 50 °C y enfriadas también a 20 °C tendrán 6 pulgadas de mercurio. Esto se ilustra en la figura 6.1; obsérvese que después de los 85 °C el vacío obtenido es prácticamente el mismo aunque se aumente la temperatura de cierre. in Hg a 20 ºC

0

30

50

70

80

90

Temperatura de cierre (ºC) Figura 6.1. Relación entre la temperatura de agotado y el vacío generado.

Otro aspecto importante es que la temperatura del producto al momento de determinar el vacío afecta marcadamente la lectura de éste; así, un envase sellado a 70 °C tendrá: Vacío (in Hg)

Temperatura del producto en el envase (°C)

12.3 10.9 14.3

20 30 0

6.2. agotado

103

Esta relación explica por qué los envases que abandonan la planta procesadora en condiciones aparentemente buenas desarrollan una presión interna ligera durante el almacenamiento en un clima cálido y se observan abombamientos ligeros; también explica por qué son más propensos a colapsarse durante su transportación en épocas frías, ya que la baja temperatura aumenta el vacío y se incrementa el efecto de la presión atmosférica sobre las paredes del recipiente. Si envases grandes se someten a un excesivo agotado, pueden deformarse e incluso colapsarse.

Las latas del núm. 2 o más pequeñas usualmente se agotan sin riesgo de colapsarse.

6.2.3. Efecto del espacio de cabeza en

el grado de vacío producido Otro factor relacionado con el grado de vacío generado lo constituye el volumen del espacio de cabeza, lo cual se ilustra en la figura 6.2, donde se puede observar que, conforme se incrementa el volumen, el vacío aumenta, pero sólo hasta cierto límite, y al rebasarse dicho límite de volumen del espacio de cabeza, el vacío empieza a disminuir. Esto se debe al hecho de que la relación entre el área que produce el vapor y el aire que hay que desplazar se reduce notablemente cuando el volumen del espacio de cabeza se incrementa demasiado. El espacio de cabeza adecuado depende del tamaño de la lata y experimentalmente se ha determinado que debe ser de 6 a 10 % en relación con la altura total. Cabe señalar que, cuando el espacio de cabeza es muy pequeño o la temperatura de agotado es baja, se incrementa el riesgo de abombamiento de las latas debido al incremento en la presión interna durante la esterilización (tabla 6.1).

Tabla 6.1. Efecto de la temperatura de agotado en la presión interna del envase durante la esterilización.

Temperatura Temperatura de de agotado (°C) esterilización (°C) Presión interna 80

110 121

14.0 in Hg 26.6 in Hg

50

100 121

14.0 in Hg 30.7 in Hg

104 in Hg a 20 ºC

0

3

6

9

12

15

Espacio de cabeza (% de la altura total) Figura 6.2. Efecto del espacio de cabeza en el vacío.

6.2.4. Métodos de agotado Actualmente, en la industria de alimentos hay tres métodos generales para desarrollar vacío en el recipiente: 1. Agotado térmico y/o llenado en caliente. El contenido del recipiente se calienta a una temperatura entre 85 y 90 °C antes de proceder al cerrado. El vacío se produce con la contracción de los contenidos y la condensación del vapor de agua después del sellado y enfriamiento. El agotado térmico es el que se adapta mejor para productos que se calientan rápidamente (productos envasados en jarabes o salmueras), pero no es adecuado para alimentos sólidos o alimentos que transfieren el calor por conducción. Para realizarlo, se emplean los túneles o cajas de vapor (exhausters).

El llenado en caliente es una variante que se utiliza en productos fluidos muy viscosos (sopas y mermeladas); consiste en calentar el producto a temperaturas de ebullición o cercanas a ésta, llenar el recipiente, sellarlo inmediatamente, proceder a la esterilización y, finalmente, al enfriamiento. De esta manera, el vapor producido durante la ebullición ocupa el espacio de cabeza y desplaza el aire.

2. Agotado mecánico. Una porción del aire en el espacio de cabeza del recipiente se extrae mediante una bomba de vacío directamente al

6.2. agotado

105

cerrar. Se utiliza para productos muy sensibles al calor y que están pasteurizados, secos o que, por fuerza, requieren un alto vacío (por ejemplo, la leche en polvo). El sistema de vacío mecánico se adapta a la más amplia variedad de alimentos envasados y generalmente es el método con el que se obtiene el vacío más alto; sin embargo, no es eficiente para productos líquidos con grandes cantidades de aire disuelto u ocluido. El empleo de una máquina llenadora por vacío podría resolver este problema.

3. Desplazamiento del aire del espacio de cabeza por vapor. Se inyecta vapor en el espacio de cabeza de tal manera que “barra” el aire y lo sustituya. El recipiente se cierra de inmediato y el vacío se produce cuando se condensa el vapor en el espacio de cabeza. Es un método usual para sólidos o productos muy viscosos (sopas concentradas y frijoles refritos, entre otros).

En muchas operaciones, lo más eficiente y práctico para obtener el vacío deseado es la combinación de un sistema de agotado térmico y desplazamiento por vapor, o de llenado en caliente y desplazamiento por vapor, o bien de llenado al vacío seguido por desplazamiento por vapor.

En el cuadro 6.1 se presenta una comparación entre los tres sistemas de producción de vacío (agotado), considerando cinco factores operacionales diferentes.

Cuadro 6.1. Comparación de tres sistemas de agotado.

Factor evaluado

Agotado térmico

Agotado mecánico

Inyección de vapor

Versatilidad.

Bueno

Bueno Regular Muy bueno

Sanidad.

Bueno

Bueno

Muy bueno

Espacio requerido.

Grande

Moderado

Pequeño

Adaptable para alto vacío.

Regular Pobre

Muy bueno Bueno

Adecuación para altas velocidades de producción.

Regular

Bueno

Fuente: Joslyn y Heid, 1963.

Bueno

106 6.3. Envases más comunes

utilizados en frutas

y hortalizas procesadas Los alimentos se envasan por cuatro razones fundamentales:

• Proteger el producto de la contaminación por insectos, microorga-

nismos o polvo.

Protegerlo de factores ambientales, como luz, oxígeno y otros ga• ses, fluctuaciones de temperatura, etcétera.

• Evitar que el producto gane o pierda humedad, o bien retardar este proceso.

Facilitar su manejo.

• El envase de un alimento no debe afectar las características del producto (por interacciones entre el alimento y el envase); debe soportar el proceso de llenado, esterilización y distribución requerido; debe ser estético y funcional; debe tener un costo moderado; y, de ser posible, debe ser reciclable o reutilizable.

Actualmente existe una gran diversidad de materiales utilizados para la elaboración de envases para alimentos; se pueden emplear materiales solos o combinaciones de éstos y fabricarse envases rígidos, semirrígidos o flexibles. Los envases rígidos, tradicionalmente, han servido para el envasado de alimentos. Entre éstos se encuentran las latas metálicas, los envases de vidrio y los envases de plástico, que tienen algunas características por las cuales siguen siendo muy empleados hoy día:

• Poseen alta resistencia mecánica.

• Se adaptan a las líneas de envasado y cerrado de envases tradicionales.

• Ofrecen al alimento envasado una alta protección física contra

golpes, aplastamiento y magulladuras.

• Las plantas procesadoras utilizan los envases previamente for­ mados.

Como ejemplo de algunos productos que requieren envases rígidos, pueden mencionarse las frutas en almíbar, las hortalizas en salmuera o escabeche, el atún, las sardinas y otros productos marinos.

Sin embargo, en las últimas décadas, el desarrollo cada vez mayor de nuevos materiales plásticos y la combinación de diferentes materiales

6.3. envases más comunes utilizados en frutas

107

en forma de películas han vuelto disponible una gran variedad de envases flexibles que han desplazado en una gran parte a los envases rígidos tradicionales. Los envases flexibles son todos aquellos envases confeccionados a partir de un material que no es rígido, normalmente a partir de películas flexibles de grosores no mayores de 0.25 mm y que poseen, en general, las siguientes características:

• Son muy ligeros y se adaptan a la forma del contenido, lo que ahorra costo y espacio de almacenamiento y transporte.

• Se pueden termosellar.

• Pueden recibirse prefabricados o manufacturarse en la línea de las plantas procesadoras.

Es • posible imprimirlos, lo que ahorra costos por concepto de etiquetas.

• Pueden combinarse materiales para obtener envases con la resistencia mecánica e impermeabilidad a gases y vapor de agua requeridas.

Debido a que utilizan películas delgadas, se requiere menor canti• dad del material de fabricación, lo que permite abaratar su costo.

De acuerdo con el material empleado en su fabricación, los envases rígidos, semirrígidos y flexibles más utilizados para productos de frutas y hortalizas pueden clasificarse así: envases metálicos, de vidrio, de papel y cartón, de plástico y combinados.

6.3.1. Envases metálicos Los envases o latas metálicas han sido, desde su invención en 1810, los más comunes en el sector alimentario debido a una serie de ventajas: excelente protección del alimento contra contaminación y factores ambientales (gracias a su cierre hermético); conservación del vacío en el interior del envase; mucha resistencia a la esterilización a altas temperaturas; gran resistencia mecánica; adaptación a procesos mecanizados a alta velocidad de llenado, cerrado y empacado, así como facilidad de estibado y almacenamiento, entre otras. No obstante, ya se ha mencionado que el desarrollo de otro tipo de envases ha ido desplazando los envases metálicos, sobre todo por dos grandes inconvenientes: su elevado costo en relación con otros materiales de envase y el hecho de que no son completamente inertes a los alimentos (ya que pueden presentarse reacciones de corrosión e interacción con el alimento).

108

cap. 6. operaciones de envasado

Básicamente, los envases metálicos son de dos tipos: de acero y de aluminio.

Envases de acero Se fabrican a partir de una chapa o lámina de acero que puede variar en su composición química (principalmente en cuanto a su contenido de cobre, fósforo y otros elementos), lo cual influye en la susceptibilidad a la corrosión y en el espesor (que suele ser de 0.15 a 0.30 mm); esto determina su resistencia física. La lámina de acero normalmente va recubierta por ambas caras con una capa o película de estaño (de 0.1 a 0.3 mm de grosor, que equivale a 0.05-15 g/m2 de estaño), aplicada por lo general mediante deposición electrolítica, ya que este sistema permite la aplicación de películas muy delgadas de estaño, así como diferentes grosores para las dos caras de la chapa. El acero estañado se conoce comúnmente como hojalata. Además, los envases de hojalata (acero estañado) pueden llevar un recubrimiento de laca o barniz, tanto interno como externo, con objeto de evitar que el envase reaccione con el alimento o con el medio ambiente exterior.

Existe también la posibilidad de sustituir el estañado por una capa o película de cromo/óxido de cromo, aplicada igualmente por deposición electrolítica, para obtener lo que se conoce como acero libre de estaño (TFS, por sus siglas en inglés). Esta sustitución es más barata que el estañado, pero requiere la aplicación de recubrimientos tanto internos como externos porque carece de resistencia a la corrosión. El uso de este material en envases para alimentos es muy limitado. Un ejemplo de su empleo es en latas de comida para perro.

Corrosión Uno de los principales problemas que presentan los envases de acero es su susceptibilidad a la corrosión, tanto interna como externa. La corrosión externa es consecuencia de la formación de óxido (que produce manchas en el envase) o de la pérdida de estaño, debido al contacto de los envases con humedad y sustancias alcalinas. Las reacciones que dan lugar a la corrosión interna de un envase de acero están influidas por la composición química de la lámina de acero base, el grosor y el método de aplicación de la capa de estaño, el pH y la composición del alimento envasado, así como la cantidad de aire presente en el interior del envase (grado de vacío).

6.3. envases más comunes utilizados en frutas

109

En cuanto a la composición química de la lámina de acero, para la fabricación de envases se utiliza lo que se conoce como acero dulce, el cual es bajo en carbono y da lugar a la denominada lámina tipo D. Sin embargo, la susceptibilidad de la lámina D a la corrosión se ve sumamente influida por la presencia de compuestos como el cobre y el fósforo, lo que ha propiciado la fabricación de láminas de acero dulce con diferente composición de estos elementos, por ejemplo, las llamadas láminas tipo L y tipo MR, cuya composición química se indica en la tabla 6.2. En el cuadro 6.2 se presenta el tipo de acero base requerido en la fabricación de envases para diversos alimentos.

Las reacciones de corrosión interna suceden así: los metales contenidos en el envase se oxidan (pierden electrones) a expensas de componentes que se reducen (ganan electrones). En una lata estañada, lo primero que se oxida es el estaño: Sn → Sn+2 + 2e- 2H+ + 2e- → H2 2H+ + ½ O2 + 2e- → H2O

oxidación reducción

Tabla 6.2. Composición química de la lámina de acero base empleada en la fabricación de envases para alimentos.

Elemento Carbono Manganeso Fósforo Azufre Sílice Cobre Níquel Cromo Molibdeno Otros elementos residuales (cada uno) * No se tiene estipulado su límite.

Fuente: López, 1981.

Composición (máximos porcentajes permitidos) Tipo D

Tipo L

Tipo MR

0.12 0.60 0.02 0.05 0.02 0.20 * * * *

0.13 0.60 0.015 0.05 0.01 0.06 0.04 0.06 0.05 0.02

0.13 0.60 0.02 0.05 0.01 0.20 * * * *

110 Cuadro 6.2. Grupos de alimentos y tipos de acero base requeridos para su envase.

Grupo de alimentos

Acero base requerido

Características

Ejemplos

Fuertemente corrosivos.

Productos con alta y moderada acidez, incluidas frutas rojas y hortalizas acidificadas.

Jugo de manzana Cerezas Ciruelas Encurtidos Col agria

Tipo L

Moderadamente corrosivos.

Productos de frutas de moderada acidez.

Duraznos Higos Peras

Tipo MR

Ligeramente corrosivos.

Productos de baja acidez.

Chícharos Maíz Carne Pescado

Tipo MR

No corrosivos.

La mayoría de los productos deshidratados o no procesados.

Sopas deshidratadas Alimentos congelados Nueces

Tipo MR

Fuente: López, 1981.

En general, la oxidación del estaño no provoca cambios que deterioren el producto, pero sí evita la oxidación del fierro del envase. Las reacciones de reducción pueden provenir del oxígeno y el nitrato, así como de los compuestos sulfurados (dióxido de azufre, azufre y proteínas azufradas presentes en carnes, pescados, leguminosas y algunas hortalizas). En este último caso se producen manchas negras del sulfuro en los recipientes.

Sin embargo, la corrosión del envase tiene lugar cuando se oxida el fierro, lo cual puede ocurrir por dos razones: la capa de estaño puede presentar pequeños orificios donde se tiene el fierro expuesto y/o cuando, después de un tiempo de almacenamiento del producto en la lata, el estaño se agota (oxida), lo que propicia la reacción del fierro en el envase.

En términos generales, los productos ácidos (como los de frutas, encurtidos, etc.) son más corrosivos para la hojalata que los no ácidos. Un

6.3. envases más comunes utilizados en frutas

111

bajo pH unido a las temperaturas elevadas durante el envasado y el tratamiento térmico reducen aceleradamente el oxígeno presente y provocan un rápido “desestañado” del envase: Sn → Sn+2 + 2e- oxidación 2 O2 + 2H2 + 4e → 4 OH reducción H+ + e- → [H] formación de hidrógeno que es absorbido

por el acero Progresivamente, al irse agotando el oxígeno, comienzan a cesar las reacciones de reducción y queda únicamente la relacionada con la generación de hidrógeno. Este proceso se aprovecha en el caso de productos muy ácidos, en los que se prefiere envasar en latas sin barniz, como se señala más adelante.

Sin embargo, si el recubrimiento de estaño es insuficiente (tiene poco espesor) para proteger adecuadamente el acero subyacente, si el acero no tiene la composición química correcta, si el estañado deja pequeñas áreas expuestas y/o si existe un exceso de oxígeno, entonces la corrosión puede proseguir, ocasionando la disolución del fierro y la formación de H2, con el consecuente abombamiento del envase y el deterioro del producto.

Fe → Fe+2 + 2e2 H+ + 2e- → H2 ↑

oxidación reducción

Formación de los envases Una vez que se tiene la hojalata (acero estañado) o la chapa de acero sin estaño (TFS), se procede a la formación del envase. Aunque es posible fabricar envases o latas de acero de dos piezas, la gran mayoría de estos envases se fabrican de tres piezas, es decir, poseen un cuerpo, una tapa y un fondo.

En los envases de tres piezas, el cuerpo no es más que un cilindro unido normalmente por soldadura. En la actualidad, la soldadura tradicional (que contenía 98 % de plomo y 2 % de estaño) se ha sustituido por la soldadura de resistencia o autógena, que no utiliza plomo sino alambre de cobre, lo cual elimina el riesgo de contaminación del alimento con plomo. Esta soldadura por resistencia puede emplearse en las latas de hojalata (estañadas), pero no en las de acero sin estaño, a menos que se limpie primero el óxido de cromo de los extremos por unir (ya que resulta demasiado elevada la resistencia de contacto entre el óxido de cromo y el electrodo de alambre de cobre).

112

cap. 6. operaciones de envasado

Recientemente, se inició el desarrollo de la soldadura por láser, aunque su empleo aún no está muy difundido. Este sistema puede utilizarse siempre y cuando los bordes por unir se junten a tope, sin sobreposición, y se dirija un rayo láser para fundir las superficies de metal en contacto de manera que queden soldadas. Mediante rayo láser es posible soldar hojalata, acero sin estaño y aluminio.

Sin importar el método de soldadura utilizado, la junta lateral del cuerpo necesita, normalmente, protección interna, ya sea contra el plomo (cuando se usa soldadura de plomo), o bien contra el hierro expuesto; algunas veces incluso se protege externamente mediante la aplicación de bandas laterales a base de lacas que se aplican por pulverización o por rodillos recubridores.

Una innovación para el cierre lateral de las latas de acero sin estaño, que permite la eliminación tanto de la soldadura como de la banda lateral de protección, es el empleo de costuras termopegadas con adhesivos a base de nylon, aunque en México aún no se aplican.

Por lo que se refiere a las tapas y los fondos de los envases, en el caso de las latas de hojalata y acero sin estaño, aquéllos son de cierre fijo y construidos del mismo material que el cuerpo. Los fondos se colocan en las fábricas de envases y las tapas, en las plantas procesadoras después de llenar los envases. La unión formada por las tapas y los fondos con el cuerpo de la lata proporciona un sellado hermético mediante una doble junta que se realiza a través del engargolado (el cual se describe en la sección 6.4). El cierre entre las tapas y fondos y el cuerpo de la lata está diseñado para resistir la presión interna de la lata, generada durante el tratamiento térmico en autoclave. Es importante que las tres partes recu­ peren su perfil original al enfriarse la lata. La resistencia total del cierre depende del espesor y del templado del acero usado en su construcción, así como de la profundidad y la forma del avellanado (parte central de la tapa que puede adquirir una forma cóncava o convexa, típica en las tapas de envases de alimento infantil). La resistencia a la deformación de las latas por la presión interna se logra mediante uno o varios anillos circulares de expansión, en las tapas y/o cuerpos de aquéllas.

En la tabla 6.3 se presentan los tamaños de latas comúnmente utilizadas para el envasado de frutas y hortalizas.

Recubrimientos para envases de acero Una elevada proporción de las latas para alimentos y sus tapas presenta un recubrimiento protector interno y algunas veces externo. El recubrimiento interno previene la interacción química del alimento con el metal

113 Tabla 6.3. Tamaños de latas comúnmente utilizadas para el envasado de frutas y hortalizas.

Dimensiones* Tipo de lata (diámetro × altura)

Capacidad de líquido (ml )

Infantil

202 × 211 211 × 200

130 125

Núm. 1 Núm. 303 Núm. 1 ½ Núm. 2 Núm. 2 ½ Núm. 3 Núm. 10

211 × 400 303 × 406 301 × 411 307 × 512 401 × 411 404 × 700 603 × 700

310 450 480 750 850 1465 3100

Ejemplos de productos en los que se usa Jugos para bebés Pimientos o chiles en salmuera o escabeche Chícharos en salmuera Hortalizas en salmuera y sopas Néctares de frutas Hortalizas en salmuera Frutas en almíbar Jugos y purés Frutas en almíbar y hortalizas en salmuera para uso institucional (restaurantes, hospitales, etc.)

* Las dimensiones están dadas en pulgadas: el primer dígito corresponde a pulgadas y los dos siguientes a 1/16 de pulgada (ejemplo: 411 significa 4 pulgadas y 11/16 de pulgada).

Fuente: López, 1981.

del envase, mejora la apariencia interna de la lata y prolonga la vida útil del producto. El recubrimiento externo protege la lata de la corrosión por agentes ambientales como el oxígeno y la humedad y tiene, además, una función decorativa. En algunos casos, los recubrimientos hacen posible el uso de capas más delgadas de estaño en la hojalata y, en consecuencia, reducen el costo del envase. Los recubrimientos generalmente se aplican en forma líquida, ya sea mediante rodillos (antes de la fabricación del envase) o por pulverización (después de la fabricación del envase).

A los recubrimientos protectores para el interior de los envases se les denomina lacas o esmaltes (sanitarios) y pueden ser de dos tipos: oleorresinas o resinas naturales y productos sintéticos. Cualquiera que sea el recubrimiento interno utilizado, debe reunir los siguientes requisitos básicos:

• No trasmitir olor, sabor ni color al alimento.

• No ser tóxico.

• Proteger la lata y el alimento durante el periodo de vida útil requerido.

114

cap. 6. operaciones de envasado

• Poseer una completa adherencia al envase y no desprenderse ni aun con golpes mecánicos.

• Soportar las temperaturas del procesamiento térmico y del almacenamiento del producto.

Poseer un costo aceptable y ser de fácil aplicación.

•

A continuación se describen algunas de las lacas o esmaltes utilizados en el recubrimiento interior de envases para alimentos: Oleorresinas o lacas oleorresinosas. Fueron los primeros recubrimientos adheridos a latas de alimentos y, aunque han sido sustituidos en gran parte por otros esmaltes, todavía se emplean en productos específicos. Están constituidos por gomas (resinas) y aceites naturales como el aceite de linaza. Existen tres tipos principales de oleorresinas:

a) Oleorresina de frutas o esmalte tipo R. Se utiliza para proteger la pigmentación natural de frutas y hortalizas de color rojo, por ejemplo, fresas, cerezas, zarzamoras y betabel. b) Oleorresina o esmalte tipo C. Contiene óxido de zinc, el cual evita la coloración negra debida a la formación de sulfuros en latas de productos como elote, chícharo y pescados. Muchos vegetales (también el pescado) tienen un alto contenido de aminoácidos azufrados. Durante el procesamiento térmico, los residuos azufrados reaccionan con el estaño y el fierro de la lata y se originan sulfuros de color negro que deterioran la apariencia del producto aunque no son dañinos. El óxido de zinc reacciona con los aminoácidos azufrados para formar compuestos de zinc incoloros o blancos, lo cual evita su reacción con el fierro o el estaño. c) Oleorresina de cítricos. Conocida así por tener su mayor aplicación en jugos concentrados de cítricos (como el de toronja). Consis­ te en una combinación de oleorresina con laca fenólica que proporciona una alta resistencia al ácido. También se usa para pepinillos encurtidos y productos con vinagre.

Lacas o esmaltes sintéticos. Los materiales sintéticos han sustituido en su gran mayoría a las oleorresinas. Existe una gran variedad de lacas utilizadas para la protección interna de los envases, por ejemplo: a) Lacas fenólicas. Fueron de las primeras lacas sintéticas. Poseen buena resistencia química, pero imparten un ligero sabor al alimento. Su

6.3. envases más comunes utilizados en frutas

115

empleo se limita a cuerpos y cierres para latas de tres piezas cuyo contenido sean pescados, mariscos, productos cárnicos, entre otros. b) Lacas epoxi. Constituyen la base de una amplia gama de materiales protectores y decorativos, al mismo tiempo que adhesivos. Generalmente, se les formula en combinación con otras resinas sin­téticas, con objeto de obtener mayores beneficios, como es el caso de las lacas epoxi-fenólicas. c) Lacas epoxi-fenólicas. Son las lacas sintéticas más utilizadas en la industria de alimentos. Combinan elevados grados de flexibilidad y adherencia (proporcionados por la laca epoxi) con una alta resistencia química (debido a la laca fenólica). Soportan adecuadamente la esterilización a alta temperatura. Las lacas epoxi-fenólicas, de aspecto dorado, se ocupan para una amplia diversidad de alimentos tanto ácidos como no ácidos, por ejemplo, ejotes, chícharos, hortalizas combinadas, espinacas y pescado.

Una modificación de estas lacas es el llamado barniz blanco universal, que posee una mayor adherencia que cualquier otra laca y excelentes propiedades de flexibilidad y resistencia química. Su uso se ha difundido ampliamente debido a que se adapta a muy diversos productos (pescado, carne, productos vegetales y frutas) y debido a su agradable aspecto blanco brillante. Sus características de flexibilidad y adhesión permiten que sea empleado no sólo en los cuerpos de los envases, sino también en tapas, cierres metálicos y tapas corona, entre otros. d ) Lacas vinílicas. Existe una amplia variedad de lacas basadas en di­ ferentes vinilos, como los vinilos de baja viscosidad y los organosoles.

Los vinilos de baja viscosidad presentan flexibilidad, adherencia y ausencia de sabor, pero no resisten temperaturas de procesamiento superiores a 100 °C, por lo que su mayor uso se da en cierres de material estirado, envases para alimentos deshidratados y envases para cerveza y bebidas no alcohólicas. Con objeto de contrarrestar sus deficiencias, estas lacas pueden servir de doble recubrimiento en combinación con materiales como las oleorresinas o las lacas fenólicas. Un ejemplo de lacas con recubrimiento de dos capas –una base de oleorresina y una capa vinílica encima– son las utilizadas para jugos de hortalizas, jugos de frutas rojas, frutas muy corrosivas y bebidas no carbonatadas.

Los organosoles son dispersiones de resinas de cloruro de polivinilo (PVC) de elevado peso molecular a los que se les agrega un plastificante apropiado y aditivos a base de resinas. Comúnmente, se usan poliésteres y resinas acrílicas para favorecer la adherencia al metal y resinas fenólicas o amino para aportar resistencia química. El uso de organosoles es cada vez más difundido ya que estos recubrimientos tienen todas las propie-

116

cap. 6. operaciones de envasado

dades deseables del vinilo: ausencia de sabor, flexibilidad y adherencia; además, presentan mayor resistencia al tratamiento térmico. Se emplean principalmente en tapas abre-fáciles y envases de gran profundidad.

Por último, cabe mencionar que existen alimentos para los cuales se utilizan latas sin barnizar. Esto se debe a que el estaño, en contacto con el alimento, reduce algunos compuestos y da como resultado un “blanqueo” del producto. Aunque esto no es deseable en productos coloreados (frutas y hortalizas rojas), en algunos casos como en el jugo, rebanadas y segmentos de piña, o bien en la col agria y otros, es conveniente este efecto ya que contrarresta el oscurecimiento por oxidación del producto y le brinda una apariencia más agradable.

Envases de aluminio Una gran diversidad de aleaciones de aluminio (que difieren entre sí por su contenido de manganeso, fierro, cobre, cromo y zinc) puede utilizarse en la elaboración de envases para alimentos, ya sea rígidos, como latas, semirrígidos o flexibles. Estas aleaciones también pueden emplearse como componente hermético en materiales compuestos laminados.

Las latas de aluminio, aunque son menos comunes en el envasado de alimentos que las de hojalata, presentan una opción muy adecuada para productos como cervezas, refrescos gaseosos, patés, pescados y muchos más. A diferencia de las latas de acero, las de aluminio se fabrican normalmente en dos piezas: cuerpo con fondo y tapa; y tienen algunas ventajas sobre las latas de tres piezas, como el hecho de que no poseen costura lateral, ahorran material y tienen una presentación más atractiva.

Existen dos sistemas de fabricación de envases o latas de dos piezas: el sistema de doble estirado (DRD1) y el sistema de estirado y prensado (DWI2). Este último permite obtener envases de menor grosor, idóneos para bebidas carbonatadas, ya que en ellos la presión interna contribuye a la consistencia. Los envases DRD, en cambio, poseen mayor grosor y pueden soportar adecuadamente el vacío y los cambios de presión interna en los productos esterilizados por calor.

En relación con la tapa, por las características mecánicas del aluminio como la flexibilidad, los envases de este material no pueden abrirse con los abrelatas convencionales que se emplean para abrir envases de hojalata.

1

Draw and redraw: El término “estirado-reestirado” corresponde a la traducción de DRD, pero puede sustituirse por “doble estirado”.

2 Draw and wall iron.

6.3. envases más comunes utilizados en frutas

117

Debido a ello, es común que las latas o envases de aluminio estén dotados de cierres de apertura fácil (parcial o total) que simplifican su uso.

La excelente resistencia del aluminio a la corrosión atmosférica se debe a la formación de una película de óxido de aluminio sobre la lata. El óxido de aluminio es inerte y se forma siempre que haya oxígeno presente. Sin embargo, en el interior de las latas de productos envasados al vacío, la cantidad de oxígeno disponible es mínima, por lo que normalmente se barniza su interior para evitar que puedan ocurrir otras reacciones.

Algunas ventajas del uso del aluminio sobre la hojalata para la fabricación de latas o envases son las siguientes:

• Su peso es más ligero.

• Tiene alta resistencia a la corrosión atmosférica.

• No se oscurece con la presencia de compuestos azufrados.

• Su apariencia externa es brillante y atractiva, por lo que puede imprimirse directamente la información del producto, prescindiendo así de la etiqueta y con ello reducir su costo.

Sin embargo, también tiene algunas desventajas:

• Su baja resistencia mecánica obliga a utilizar espesores mayores que con la hojalata, lo cual incrementa su costo.

• Esta baja resistencia mecánica también provoca que los envases

puedan sufrir deformación o deterioro durante su manejo, lo cual reduce la vida de anaquel de los productos envasados en ellos.

Con objeto de lograr mayores ventajas y contrarrestar las desventajas, existen también en el mercado envases combinados, por ejemplo, con cuerpo de hojalata y tapas de aluminio, que se usan en productos como leche evaporada, sardinas, anchoas y jugos de frutas.

Los envases flexibles de aluminio se fabrican a partir de láminas delgadas, obtenidas por reducción en frío, en la que un aluminio de gran pureza (más de 99.4 %) se somete a presión entre dos cilindros para reducir su grosor a menos de 0.152 mm y, posteriormente, es recocido para que conserve su flexibilidad. El grosor de la lámina de aluminio llega a variar según el uso final: bolsas flexibles y envolturas (0.009 mm), tapas de botellas (0.05 mm) o bandejas para alimentos congelados y precocidos (0.050.1 mm). La lámina de aluminio con grosores superiores a los 0.015 mm es totalmente impermeable a gases, vapor de agua y luz; sin embargo, durante su fabricación debe verificarse la ausencia de pequeños orificios (pin-holes) por donde pueden penetrar los agentes antes mencionados.

118 6.3.2. Envases de vidrio Los envases de vidrio se han empleado comercialmente para la con­ servación de alimentos mediante calor desde el inicio del procesamiento térmico. En la actualidad, aunque se les ha sustituido en gran parte por otros materiales, siguen siendo muy utilizados para productos de frutas y hortalizas, por ejemplo, jugos, frutas en almíbar, mermeladas, salsa cátsup, hortalizas en salmuera o encurtidas, alimentos infantiles, mayonesa y mostaza.

El vidrio es una solución amorfa de óxidos de sílice, calcio y sodio, junto con una mezcla de diversos elementos adicionales, que se moldea por soplado o por prensado. Las propiedades físicas del vidrio, como la temperatura de fusión, la viscosidad final y la resistencia física, dependen en gran medida de su composición química.

Entre las ventajas que poseen los envases de vidrio para su uso en alimentos pueden mencionarse las siguientes:

• El vidrio es químicamente inerte, por lo que el alimento no sufre

ninguna reacción con el envase.

Son impermeables a gases como oxígeno y vapor de agua.

• • No trasmiten ningún olor ni sabor al alimento.

• Con una tapa adecuada, conservan perfectamente la hermeticidad; además, las tapas de abrir y cerrar resultan prácticas para guardar el remanente del producto en su mismo envase.

• Su transparencia permite que el consumidor vea el producto que está en el interior, aunque también se fabrican envases de vidrio de colores (ámbar o verde) para evitar el paso de la luz al producto.

Pueden fabricarse infinidad de formas y dimensiones de envases.

• • Pueden reutilizarse, ya sea por parte de la planta procesadora (previa recolección y lavado de envases) o por parte del consumidor.

Son reciclables.

• Sin embargo, el vidrio también presenta algunas desventajas:

• Es un material frágil, es decir, corre el riesgo de romperse por gol-

pes, cambios bruscos de temperatura, etcétera.

• Su peso es elevado en relación con los demás materiales de enva­ sado.

Es • un mal conductor del calor, por lo que se requieren mayores tiempos de tratamiento térmico que cuando se tratan envases de la misma capacidad, como las latas metálicas.

6.3. envases más comunes utilizados en frutas

119

Aunque los frascos de vidrio pueden moldearse en muy diversas formas, los más usuales corresponden a una de las siguientes categorías:

a) Frascos de boca ancha. Se utilizan principalmente para frutas en almíbar, alimentos para niños, mermeladas, miel, hortalizas en salmuera, mayonesas, etcétera. b) Frascos de cuello estrecho. Sirven sobre todo para jugos, salsa cátsup, vinagre, vinos, refrescos gaseosos y aceites, entre otros productos.

Las tapas o cierres constituyen una parte importante de los envases de vidrio ya que de aquéllos depende la hermeticidad y gran parte de la utilidad del recipiente. Existen múltiples cierres para envases de vidrio, por lo que respecta tanto al material, que incluye metal (hojalata, acero sin estaño o aluminio), plásticos, corcho, papel y ceras, como a la forma, que comprende tapas de rosca, de presión y de desplazamiento y tapón corona (o corcholata), entre otros (véase apartado 6.4.2).

6.3.3. Envases de papel y cartón Tanto el papel como el cartón se fabrican por hidrólisis ácida o alcalina de la pulpa de madera. Mediante hidrólisis ácida se obtiene la pulpa de sulfito, mientras que por hidrólisis alcalina se obtiene la pulpa de sulfato.

El papel elaborado a partir de la pulpa de sulfito es más ligero y menos resistente que el obtenido de la pulpa de sulfato. Generalmente resulta adecuado para la fabricación de bolsas para diversos productos y también sirve de capa interna para envases de pan y otros laminados. Entre los tipos de papel elaborados con pulpa de sulfito que más se emplean en el envasado de alimentos se encuentran el papel Glasine, el papel tejido, el celofán y el acetato de celulosa, así como algunos tipos de cartones. De la pulpa de sulfato se obtienen principalmente el papel Kraft y algunos tipos de cartón. De todos los tipos de papel mencionados, los que se utilizan con mayor frecuencia en productos procesados de frutas y hortalizas son los siguientes:

• Celofán. Consiste en una película de celulosa regenerada transpa­ rente, brillante, relativamente elástica, resistente al calor, insolu­ ble en agua y grasas y biodegradable. No proporciona sabor ni olor

120

cap. 6. operaciones de envasado

al alimento y puede pigmentarse. Sin embargo, el celofán sufre fácilmente rupturas por desgarramiento, en especial a bajas temperaturas (de congelación), posee cierta permeabilidad a gases y vapor de agua y no es termosellable. Es un material muy común en el envasado de alimentos, ya sea solo (como en dulces, frutas deshidratadas y cristalizadas y productos de panadería) o sobre todo en forma de laminados, principalmente con polietileno de baja densidad y/o aluminio (como el usado para envasar productos de panadería, frituras, café y muchos más).

• Acetato de celulosa. Es muy semejante al celofán y posee, al igual que éste, una moderada permeabilidad al vapor de agua y a los gases.

Ha sido muy utilizado ya sea solo, para el envasado de frutas y hortalizas frescas, o bien en laminados mayormente con polietileno, que se conoce como película “tipo piel”.

El cartón se fabrica de manera similar al papel, pero su grosor es mucho mayor, lo cual le confiere rigidez y cierta resistencia mecánica.

Se fabrican diversos tipos de cartón que difieren en su uso; entre ellos pueden mencionarse: cartón blanco, cartón clipboard y cartón laminado.

Este último es el de mayor aplicación para productos procesados de frutas y hortalizas.

• Cartón laminado. Para el envasado aséptico de alimentos estériles se emplea un laminado a base de capas de polietileno de baja densidad-cartón-polietileno de baja densidad-aluminio-surlyn-polietileno de baja densidad, el cual se suministra ya sea en rollos para formar el envase en la propia línea de envasado del alimento (como los envases tipo Tetra Pack, Tetra Brick, etc.), o bien preformados y plegados para únicamente sellarlos en la línea de envasado del alimento.

Este tipo de envases ha sustituido en una buena proporción a los envases metálicos y de vidrio ya que presenta las siguientes ventajas:

• Menor costo que los envases de hojalata y vidrio.

• Vida de anaquel comparable con la de los envases antes mencio­

nados.

• Menor peso que los anteriores, lo cual reduce el costo de transporte.

121 6.3.4. Envases de plástico En los últimos 20 o 30 años se ha incrementado de manera sobresaliente el uso de plásticos como materiales de envase para alimentos.

Existe una gran variedad de polímeros (plásticos) que se emplean solos o en combinación con otros materiales, obteniéndose una inmensa gama de envases rígidos, semirrígidos y flexibles. Entre las características de los plásticos que han propiciado su rápida y cada vez mayor utilización como envases para alimentos se encuentran las siguientes:

• Su costo es relativamente bajo.

• Pesan poco, lo cual significa un ahorro en costos de transporte y distribución.

Tienen una alta resistencia a la corrosión.

•

Pueden moldearse con precisión en diversas formas.

• • Son irrompibles.

• Pueden emplearse en cadenas de llenado a gran velocidad.

Las propiedades físicas de los plásticos presentan diferencias notorias con respecto a los materiales de envase tradicionales, como el metal o el vidrio. Los polímeros suelen ser más blandos y flexibles, además de que muestran “desplazamiento” o movimiento al ser sometidos a tensiones, principalmente a elevadas temperaturas (lo cual debe tomarse en cuenta al diseñar los cierres para envases plásticos). El proceso de fabricación de los polímeros también influye de manera determinante en su resistencia y sus propiedades de deslizamiento. A continuación se mencionan algunas características que deben ser consideradas para identificar la utilidad de los materiales plásticos como envases de alimentos:

• Permeabilidad al vapor de agua, al oxígeno y a otros gases y com-

puestos volátiles.

• Estabilidad de sus propiedades físicas frente a cambios de tempera­ tura, humedad, etc., lo cual determina si son capaces de soportar temperaturas de esterilización, congelación u otras condiciones.

Sellabilidad.

• • Resistencia a las grasas.

• Resistencia a factores mecánicos como tensión, corte o punciones.

• Trasmisión de olores y sabores al alimento.

• Apariencia y transparencia.

• Costo.

122

cap. 6. operaciones de envasado

Entre los materiales plásticos más utilizados en la fabricación de envases se hallan los siguientes: Polietileno. El polietileno de baja densidad es químicamente inerte, termosellable y se retrae por calentamiento. Es impermeable al vapor de agua, pero bastante permeable a los gases. Es probablemente el plástico más barato. Su mayor utilización es en películas o bolsas flexibles, como las que se usan para envasar arroz y frijol.

El polietileno de alta densidad es más resistente, más grueso, menos flexible y más quebradizo que el de baja densidad, pero es más impermea­ ble que éste a los gases y al vapor de agua. Su temperatura de reblandeci­ miento es más elevada (121 °C), por lo que puede esterilizarse con calor.

El polietileno de alta densidad puede emplearse para la fabricación de envases o bolsas flexibles (0.03-0.015 mm de grosor), las cuales son muy resistentes al desgarre y la tensión. Se ocupan en el envasado de productos de panadería y de frutas secas como uvas, ciruelas, nueces y coco rayado, entre otros. Asimismo, pueden fabricarse envases rígidos y semirrígidos de polietileno de alta densidad, como las botellas en las que se envasa vinagre, botes para sal y barriles para jugos y concentrados de frutas de pequeña o gran capacidad.

Polipropileno. El polipropileno orientado es una película translúcida, brillante y muy resistente a la tensión y la punción. Es bastante impermeable al vapor de agua, a los gases y a los olores. Es termoplástico, por lo que puede estirarse. Aunque puede usarse como envase flexible, posiblemente sea más común en la obtención de envases rígidos capaces de soportar el tratamiento térmico en autoclave. Los recipientes de polipropileno son muy utilizados para envasar salsa cátsup, salsas picantes, mostaza y mantequilla líquida, ya que son inastillables, impermeables al oxígeno y vapor de agua, pueden llenarse en caliente y se comprimen manualmente para sacar con facilidad su contenido.

Poliéster. Los polímeros de ésteres son películas con muy alta resis­ tencia y muy poco peso. Existen varios tipos de poliésteres, lo cual depende de los alcoholes y ácidos de los que estén formados. Probablemente, el poliéster más común sea el tereftalato de polietileno (PET, por sus siglas en inglés), que tiene aplicaciones tanto para envases rígidos como semirrígidos y flexibles. Las botellas rígidas de PET se emplean ampliamente en el envasado de bebidas gaseosas (refrescos) y no gaseosas, agua embotellada, aceite, jugos y vinos. Asimismo, el PET es muy útil en bandejas para ensaladas, frutas, pastelería y alimentos preparados. Puede también aprovecharse su forma cristalina (CPET) para la producción de envases que soportan altas temperaturas.

6.3. envases más comunes utilizados en frutas

123

Como envase flexible, posee muy buenas características de resistencia, elasticidad y estabilidad en un amplio intervalo de temperaturas (de -40 a 160 °C), por lo que, si bien su precio es más elevado que el del polietileno, resulta muy conveniente para envasar tanto productos congelados como productos que se calientan en agua en ebullición con todo y el envase, como pastas y arroz precocido, hortalizas deshidratadas, etc.

Para este fin, normalmente el poliéster es laminado con polietileno. Las películas de poliéster pueden también tratarse con el fin de obtener envases contráctiles para alimentos.

Cloruro de polivinilideno. La película de cloruro de polivinilideno (PVDC, por sus siglas en inglés) es sumamente impermeable a gases y vapor de agua y es resistente a grasas. Aunque puede utilizarse como tal en la fabricación de envases flexibles y rígidos (estos últimos poseen poca resistencia a la presión interna, por lo que no son adecuados para bebidas gaseosas, pero sí para envasar aceite y concentrados de frutas), su principal uso es como recubrimiento de laminados o de envases rígidos, con objeto de mejorar su impermeabilidad.

El sarán, que es un copolímero de cloruro de polivinilideno y cloruro de polivinilo, es muy usado como envase flexible por sus características de contractibilidad (adquiere la forma del producto), termosellabilidad, impermeabilidad y resistencia física cuando está contraído. Es útil para el envasado de productos como frutas deshidratadas, salchichas, jamón y muchos más.

Poliestireno. El poliestireno cristal es un polímero del estireno que consiste en una película quebradiza, muy transparente y muy permeable a los gases. Es útil para conservar yoghurt. Debido a que tiene una alta resistencia a la radiación, se ocupa bastante en charolas y envases de productos que requieren calentarse en horno de microondas, aunque recientemente se ha dudado de la seguridad del poliestireno para este uso, a causa de la migración al alimento de compuestos no deseables para la salud humana durante el calentamiento de este material en horno de microondas.

El poliestireno espumado o expandido es sumamente ligero y tiene una gran capacidad de aislamiento térmico. Por ello resulta adecuado para contener productos que se cocinan o calientan en el envase, como sopas y comidas preparadas.

124 6.3.5. Envases combinados Con objeto de aprovechar las propiedades particulares de los materiales de envase y eliminar o reducir sus deficiencias o inconvenientes, es común el uso de recipientes que combinan dos o más materiales. A excepción del recubrimiento del cartón para fabricar envases rígidos y semirrígidos combinados (véase el apartado 6.3.3), normalmente los envases combinados son flexibles y se obtienen mediante películas recubiertas, películas laminadas o películas coextruidas.

Películas recubiertas. En ocasiones, algunas películas se cubren con otros polímeros o con aluminio para mejorar su impermeabilidad o para hacerlas termosellables. Así, la nitrocelulosa se recubre por una o ambas caras con una película de celulosa para hacerla impermeable al vapor de agua y a los olores.

Con un recubrimiento muy delgado de aluminio (llamado “metalización”), se obtiene una buena impermeabilización frente a los aceites, los gases, el vapor de agua, los olores y la luz. Las películas metalizadas son más baratas y flexibles que el papel aluminio de igual permeabilidad.

Es común metalizar películas de celulosa (como la envoltura de chocolates), polipropileno o poliestireno (como la envoltura de papas y otros productos fritos), entre otras.

Películas laminadas. La fabricación de envases laminados constituidos por dos o más películas mejora su aspecto, su impermeabilidad y/o su resistencia mecánica. Generalmente, la laminación se realiza por adhesión (o pegado en seco) de cada una de las láminas que componen el envase. Algunos ejemplos de los laminados más utilizados para el envasado de alimentos se muestran en el cuadro 6.3.

Películas coextruidas. Estas películas se elaboran por extrusión simultánea de dos o más capas de distintos polímeros, lo cual les confiere algunas ventajas en comparación con los otros tipos de películas combi­ nadas. Las películas coextruidas se distinguen en que son muy impermea­ bles y de características similares a las multilaminadas, pero son más delgadas que las anteriores, por lo que resultan más económicas y no corren el riesgo de despegarse o de separarse en capas.

Debido a que, para la fabricación de películas coextruidas, sólo pueden utilizarse polímeros de estructura química, fluidez y viscosidad en estado líquido semejantes, estas películas están restringidas a tres grupos de polímeros:

125 Cuadro 6.3 Tipo de laminado (del interior al exterior del envase)

Usos

Cloruro de polivinilideno-propile- Productos de panaderías, frutas secas, no recubierto de polietileno de baja hortalizas congeladas. densidad.

Polipropileno orientado-polietileno Bolsas esterilizables. de baja densidad.

Celofán-polietileno de baja densidad-celofán.

Pasteles, pan, café.

Acetato de celulosa-papel-aluminio-polietileno de baja densidad.

Sopas deshidratadas.

Poliéster metalizado-polietileno de baja densidad.

Leche en polvo, hojuelas de papa deshidratadas, alimentos congelados, café.

Tereftalato de polietileno-aluminio-polipropileno.

Bolsas esterilizables.

Polietileno de baja densidad-aluminio-papel.

Sopas deshidratadas, hortalizas deshidratadas, chocolate.

Nylon-etileno de densidad mediacopolímero de buteno.

Alimentos que se cocinan dentro del envase.

Fuente: Fellows, 1994.

1. Olefinas (polietileno de baja y alta densidad y polipropileno).

2. Estirenos (poliestireno-acrilonitrilo-butadieno-estireno).

3. Polímeros de cloruro de vinilo.

Los anteriores pueden mezclarse entre sí para obtener diferentes películas (cuadro 6.4).

6.4. Cierre de envases La principal función de un envase para alimento es la protección que brinda a sus contenidos y al consumidor. El alimento en un envase sellado herméticamente está protegido:

a) Contra la contaminación por microorganismos, insectos u otras sustancias o materias extrañas que pueden causar la descomposición o afectar la apariencia o sabor del producto.

126 Cuadro 6.4 Tipo de coextruido

Usos

Poliestireno de alto impacto-tereftalato de polietileno.

Margarina y mantequilla.

Poliestireno-cloruro de polivinilidenopoliestireno.

Jugos de frutas y productos lácteos.

Polipropileno-sarán-polipropileno.

Alimentos esterilizados.

Poliestireno-vinilacetato de etileno-polietileno.

Carne y fruta.

Fuente: Fellows, 1994.

b) Contra la ganancia o pérdida de humedad. c) Contra la absorción de oxígeno, gases y olores. d ) Contra la luz (lo cual es importante, ya que algunos alimentos contienen pigmentos que son susceptibles a reacciones fotoquímicas indeseables) cuando el envase no es transparente.

Desde un punto de vista comercial, con los envases sellados se obtienen otras ventajas, a saber:

a) Permiten la mecanización a velocidades altas para el manejo, llenado, sellado y etiquetado. b) Pueden exhibirse ventajosa y fácilmente por parte del comercian­ te minorista. c) Pueden almacenarse y usarse fácilmente por parte del consumidor.

De acuerdo con las regulaciones de enlatado de la FDA y el USDA: “Un envase sellado herméticamente se define como un envase que ha sido diseñado con el propósito de evitar en forma segura la entrada de microorganismos y mantener la esterilidad comercial de su contenido después del procesamiento.” (The Food Processors Institute, 1993.)

Dada la importancia que reviste el sellado hermético en la conservación segura de los alimentos, en esta sección se abordan los principios generales para la formación y evaluación de la calidad del cierre, los cuales son aplicables a envases de acero, bimetálicos y de aluminio. También se presenta información específica para los cierres de envases de vidrio y de otros tipos.

127 6.4.1. Cierre de envases metálicos

(engargolado) La invención de Peter Durand, en el año 1810, de las latas de estaño para la preservación de alimentos tuvo un efecto revolucionario no sólo en las prácticas de envasado, sino también en la vida diaria y, especialmente, en los hábitos alimentarios de la sociedad. Hasta antes de 1900, las latas constaban de un cuerpo cilíndrico, una tapa (anillo) y un fondo (disco); la abertura en el anillo era la perforación por donde se introducía el producto (fig. 6.3). En estos envases se colocaba un disco pequeño con un agujero diminuto en el centro y, después de desplazar el aire del espacio de cabeza por medio del calentamiento de la lata y su contenido, se daba un punto de soldadura al pequeño agujero para cerrar completamente el envase.

Figura 6.3. Lata de tapa perforada, utilizada hasta 1900. (Fuente: The Food Processors Institute, 1993.)

El desarrollo de la lata conocida como de extremo abierto o “sanitaria”, alrededor de 1900, significó un avance tecnológico importante ya que se facilitó el proceso mecánico de su fabricación, llenado y cerrado, de manera que se incrementó rápidamente la producción. En esta lata, el sello lateral todavía era soldado, pero los extremos se aseguraban al

128

cap. 6. operaciones de envasado

cuerpo por “enganche” (o doble sello, como se conoce hoy día). Este sello hermético era definitivamente más confiable. En años recientes se han desarrollado nuevas tecnologías que permiten disponer de latas de acero de tres piezas con sello lateral de soldadura autógena y latas de dos piezas sin sellos.

En las enlatadoras nacionales es común referirse al cerrado de las latas con el término engargolado. Engargolar denota el ensamblaje de piezas por medio de gárgoles o de ranuras y pestañas (el gárgol es una ranura de una pieza en la que encaja el canto de otra). Por tanto, el objetivo del engargolado es el de cerrar herméticamente las latas sanitarias para preservar la calidad y sanidad de sus contenidos.

Manufactura de la lata. La fabricación moderna de latas es una operación altamente mecanizada en la que los cuerpos de las latas se forman a velocidades que alcanzan las 600 unidades por minuto. La manufactura de latas consta de los siguientes pasos: 1. Se aplican el barniz interior y la litografía exterior a las hojas planas de acero estañado.

2. Las hojas se cortan al tamaño adecuado para el cuerpo de las latas.

3. Estos “cuerpos blancos” se introducen en una máquina manufacturadora de cuerpos, la cual corta, forma pestañas y enrolla la lámina entrelazando los lados opuestos (fig. 6.4).

4. Las pestañas enlazadas se aplanan y sueldan formando un cilindro (debe aplicarse una cubierta protectora en el interior sobre el sello lateral soldado). Actualmente, la mayoría de las latas metálicas para productos de alimentos tiene sellos laterales soldados mediante el sistema de soldadura autógena, lo cual representa otro avance tecnológico con respecto a la soldadura tradicional ya que permite eliminar el plomo del contenido de la lata y del ambiente de la fábrica; además, la soldadura autógena utiliza significativamente menos metal en la sobreposición de la unión lateral, lo que constituye un ahorro importante de acero estañado (fig. 6.5). Con la finalidad de evitar que este sello lateral perjudique el valor nutricional y sensorial de los productos envasados, es imprescindible proteger el sello interior mediante la aplicación de recubrimientos especiales en forma líquida o en polvo (fig. 6.6).

5. Se rebordean y ensanchan los bordes de ambos extremos del cuerpo de la lata. Cuando es necesario, se aplica una segunda cubierta de barniz en el interior del cuerpo formado de la lata.

129

Figura 6.4. Secuencia en la manufactura de latas. (Fuente: Jackson y Shinn, 1979.)

0.4 mm

3 × 2.2 mm

Solapado de la costura soldada

Solapado de la costura soldada con estaño

Figura 6.5. Soldadura autógena utilizada en la costura lateral de las latas. (Fuente: Soudronic, Catálogo.)

130

Figura 6.6. Recubrimientos especiales de la costura lateral de las latas.

(Fuente: Soudronic, Catálogo.)

6. Las latas se prueban bajo presión de aire en un equipo que rechaza automáticamente cualquier lata que tenga sellos imperfectos.

7. Las tapas se cortan de tiras de hojas de estaño barnizadas o sin barniz. El filo del extremo se enrolla (dobla) para formar una muesca (gárgol) en la que se aplica, por medio de boquillas, un material a base de hule líquido pesado. Este material funciona como junta o empaque cuando se seca, y favorece la hermeticidad del sellado entre el cuerpo y la tapa (fig. 6.7). La cantidad de compuesto usado depende del diámetro de la tapa, el tipo de método de esterilización aplicado y el estilo del envase. Por último, una de las tapas es sellada en la lata por el fabricante y la otra por el industrial de la planta enlatadora después del llenado de la lata.

En algunos cuerpos de latas se usan anillos de expansión en su circun­ ferencia, principalmente en latas grandes, para aumentar su resistencia al manejo rudo, a las tensiones de estibado y a la presión interna generada durante la esterilización. Estos anillos fortalecen el cuerpo de la lata, pues la convierten en una columna de cuerpos de lata más cortos.

Doble sello o sello hermético. El doble sello es la parte de la lata que se forma cuando se unen el cuerpo de ésta y la tapa; por consiguiente, cada doble sello está conformado por tres espesores del componente de la tapa y dos espesores del componente del cuerpo de la lata, con el compuesto sellador atrapado entre éstos para formar un cierre hermético (fig. 6.8).

El doble sello se forma en dos operaciones que realiza la máquina selladora (engargoladora), llamadas comúnmente primera operación y segunda operación; de ahí el nombre de doble sellado. La engargoladora consta de una placa base, una mordaza selladora, un rodillo de primera operación, por lo menos, y un rodillo de segunda operación. La placa base o

131

Figura 6.7. Compuesto sellador en el interior del doblez de las tapas.

(Fuente: Jackson y Shinn, 1979.)

Figura 6.8. Corte transversal del doble sello de una lata.

132

cap. 6. operaciones de envasado

mandril sostiene el cuerpo de la lata, mientras que la mordaza sostiene la tapa de la lata en su sitio en el cuerpo de la lata y actúa como un apoyo para la presión del rodillo del doble sellado (fig. 6.9).

Mandril de cierre

Rodillo sellador de la segunda operación

Tapa

Rodillo sellador de la primera operación

Cuerpo del envase Placa soporte

Figura 6.9. Diseño básico de una máquina de cerrado por doble sello (engargoladora). (Fuente: Brennan et al., 1980.)

Primera operación. Se realiza con un rodillo que tiene una acanaladura de contornos especiales. En esta operación, la pestaña de la tapa se entrelaza con la pestaña del cuerpo de la lata (enganchado). Un sello de la primera operación de buena calidad debe tener el gancho al gancho de la tapa, el borde de la pestaña del cuerpo (que se convierte en gancho del cuerpo) bien adentrado en el radio del gancho de la tapa, y la pestaña de la tapa, adyacente o tocando la pared del cuerpo de la lata (fig. 6.10a).

Segunda operación. En este caso, el rodillo tiene una acanaladura con un perfil diferente al del rodillo anterior; es más plana y está diseñada para comprimir los ganchos preformados, estirar las arrugas en el gancho de la tapa, distribuir el compuesto sellador y, sobre todo, desarrollar el grado de ajuste del doble sello (fig. 6.10b).

133

a)

b) Sello normal de la primera operación

Segunda operación (el compuesto llena los vacíos)

Figura 6.10. Doble sello formado en: a) la primera operación; b) la segunda operación.

Evaluación de la calidad del doble sello. La integridad del doble sello terminado puede juzgarse mediante la medición y evaluación de las partes que ayudan al doble sellado o forman parte de él. El doble sello debe ser inspeccionado por un técnico de cierres entrenado para asegurar cierres herméticos en la producción diaria. Las inspecciones normalmente incluyen exámenes visuales (defectos evidentes del cierre como sellos cortados o afilados, pestañas aplastadas, sellos falsos, daño a la pared de la profundidad de la tapa) y exámenes de desmontaje en los que se emplean herramientas e instrumentos de precisión para medir en milésimas de pulgada cada una de las estructuras específicas que comprenden el sello: profundidad del fondo de la tapa, grosor del sello, ancho del sello, gancho del cuerpo y de la tapa, traslape y grado de ajuste.

Las regulaciones del USDA permiten el uso de dos métodos para realizar el examen de desmontaje del doble sello: el sistema del micrómetro y el sistema óptico.

Sistema del micrómetro. En este caso, tienen que efectuarse tres mediciones alrededor del doble sello y a aproximadamente 120° de separación, excluyendo la unión del sello lateral y por lo menos a media pulgada de distancia del sello lateral. En el sistema del micrómetro, se requieren las siguientes medidas u observaciones (fig. 6.11):

134 Sello formado por el rodillo de la primera operación

Sello formado por el rodillo de la segunda operación

Depresión del fondo

Gancho de la tapa

Sobreposición

Gancho del cuerpo

Ancho (largo altura)

Depresión del fondo

Ancho (largo altura)

Grosor

Cuerpo de la lata Tapa

Cuerpo de la lata

Tapa

Mediciones mínimas

Cálculo del largo de la sobreposición

* Ancho (no es esencial si se mide ópticamente la sobreposición) Grosor (por micrómetro) Depresión del fondo de la tapa (deseable pero no esencial) * Gancho del cuerpo * Gancho de la tapa (requerido si se usa micrómetro) * Sobreposición (esencial si se usa el sistema óptico) * Grado de ajuste o arrugamiento

LS = GT + GC + G - A

* Requerimientos esenciales

** En la práctica general puede usarse 0.010 in como grosor de la hojalata

donde: LS = Largo de la sobreposición GT = Gancho de la tapa GC = Gancho del cuerpo ** G = Grosor de la tapa A = Ancho. Altura, longitud del sello

Figura 6.11. Mediciones requeridas para evaluar la calidad del doble sello. (Fuente: Rangana, 1978.)

• Largo del gancho de la tapa.

• Largo del gancho del cuerpo.

• Ancho (altura).

• Grosor.

• Ajuste (observaciones por arrugas).

6.4. cierre de envases

135

Las siguientes determinaciones son optativas:

• Sobreposición (por la fórmula).

• Depresión o profundidad de la tapa.

La fórmula utilizada para calcular la sobreposición o traslape cuando se realizan mediciones con micrómetro es la siguiente: Longitud teórica de la sobreposición = GT + GC + G - A donde:

GT = Gancho de la tapa.

GC = Gancho del cuerpo de la lata.

G = Grosor de la tapa (por conveniencia, se considera que el grosor de la tapa es de 0.010").

A = Ancho (altura) del sello.

Sistema óptico. En este sistema se puede emplear un proyector de sellos o un magnificador de sellos, el primero de los cuales es muy efectivo para la medición directa del sello (fig. 6.12). En la imagen proyectada de la sobreposición, es posible efectuar una medición directa del gancho de la tapa y del gancho del cuerpo, aunque está limitada a la observación de una sección transversal del sello. No se elimina la necesidad de un desmontaje del sello para hacer una evaluación total y completa.

El magnificador de sellos es similar, pero en forma de lápiz, con una fuente de luz acoplada; contiene una escala visible con la que puede leerse directamente en milésimas de pulgada, en la sección transversal expuesta del doble sello, el largo del gancho del cuerpo, el gancho de la tapa y la sobreposición.

Los procedimientos ampliamente detallados para la evaluación de cierres de envases están publicados en manuales de The Food Processors Institute.

La forma cilíndrica de latas sanitarias de doble sellado de diferentes alturas y diámetros aún predomina en la mayoría de las que se emplean como recipientes de alimentos. Sin embargo, hay varios diseños especiales:

• Latas de apertura con llave (productos cárnicos).

• Latas aerosoles (crema y productos presurizados).

• Latas con cubierta (tapa) deslizable (manteca, fruta congelada y alimentos secos, que no requieren un doble sello).

136

Figura 6.12. Proyector para la evaluación del doble sello.

6.4.2. Cierre de envases de vidrio El vidrio es un envase conveniente para alimentos sólo si está adecua­ damente cerrado. Los cierres para envases de vidrio pueden ser de una gran variedad de tipos (de rosca, de “jalar” y tapones corona) y de materiales (metal, plástico, corcho y papel). Posiblemente, los cierres más utilizados para productos de frutas y hortalizas en envases de vidrio sean los cierres metálicos, aunque también se emplean cierres de plástico y láminas flexibles de aluminio y papel.

Los cierres metálicos pueden ser de aluminio, hojalata (acero estañado) o acero sin estaño (TFS), normalmente laqueados o recubiertos (a menudo con resinas termoplásticas de PVC) tanto interna como ex-

6.4. cierre de envases

137

ternamente para proteger el metal de la corrosión; suelen disponer en su interior de un anillo de revestimiento para proporcionar un cierre hermético. Los cierres metálicos para envases de vidrio pueden dividirse en dos categorías: cierres sin salida de aire y cierres con salida de aire.

Los cierres sin salida de aire aseguran un cierre hermético inmediato, el cual se mantiene durante el tratamiento térmico con sobrepresión controlada. Es común que estos cierres se fabriquen de hojalata o TFS. La colocación del cierre se efectúa casi siempre mediante inyección de vapor, tanto en el espacio libre de los envases, para crear vacío, como en los propios cierres, para esterilizar su superficie interna y reblandecer el anillo de revestimiento, facilitando el cierre hermético.

Los cierres sin salida de aire se utilizan, normalmente, en frascos provistos de rosca, con varios comienzos que permiten que el consumidor los abra con facilidad y pueda volverlos a cerrar. Entre las ventajas de estos cierres puede mencionarse que aseguran el mantenimiento del producto en condiciones óptimas y evitan el posible ingreso de elementos extraños al contenido (polvo, microorganismos), debido a que cierran herméticamente desde su colocación. Entre sus desventajas están la nece­ sidad de mantener condiciones rigurosas de llenado y de cierre hermético para asegurar un vacío permanente en el interior del envase y el control de la sobrepresión durante la operación de esterilización (fig. 6.13a).

Los cierres con salida de aire por lo común se fabrican de aluminio y no cierran herméticamente al ser colocados sobre el envase, sino que sólo se remachan o moldean al cuello del mismo. Durante el tratamiento térmico, estos cierres permiten la salida de aire al elevarse la presión interna en el envase. Cuando éste se enfría, al terminar el calentamiento comienza a crearse un vacío en el interior del envase y la presión interna desciende por debajo de la atmosférica, lo cual empuja el cierre hacia abajo, cerrando herméticamente la tapa sobre el cuello del envase de vidrio. Durante la esterilización, en la que suelen alcanzarse temperaturas hasta de 121 °C, la presión en el interior del envase puede resultar elevada, por lo que es necesario aplicar una sobrepresión en el interior del autoclave para controlar la velocidad e intensidad del escape de aire.

Si la sobrepresión es demasiado baja, pueden producirse pérdidas excesivas de producto envasado y deformación del propio cierre. Si aquélla es demasiado alta, la velocidad de escape de aire puede ser demasiado lenta y no conseguirse un nivel final aceptable de vacío, además de que puede deformarse el cierre.

En términos generales, las ventajas de los cierres con escape de aire son su fabricación más sencilla (además de que precisan acabados menos complicados en el cuello del envase de vidrio) y el hecho de que permiten

138

cap. 6. operaciones de envasado

utilizar envases demasiado llenos, debido al escape de aire. En cambio, presentan la desventaja de que, habitualmente, son colocados por máquinas de cabezal múltiple giratorio que precisan mayor mantenimiento que las máquinas cerradoras directas (usadas para los cierres sin salida de aire) y cuyo ajuste es muy crítico para dejar salir el aire durante el tratamiento térmico y conseguir la hermeticidad en el envase frío. También estos cierres suelen requerir abridores o palancas para abrirlos y, por lo general, no pueden volver a colocarse en el envase (fig. 6.13b).

a)

b) Figura 6.13. Cierres para envases de vidrio: a) sin salida de aire; b) con salida de aire.

Los cierres de plástico se han utilizado para productos líquidos embotellados como salsas y vinagres y para algunas hortalizas en salmuera o encurtidas, envasadas en frascos de boca ancha. Básicamente, existen dos tipos de cierres de plástico, ambos fabricados a partir de resinas modificadas de polipropileno. El primer tipo está constituido por los cierres más sencillos ya que no contienen un compuesto sellante, sino aletas flexibles o anillos moldeados en el interior del cierre que permiten un cerrado hermético. Los cierres del segundo tipo poseen compuestos de recubrimiento basados en PVC que mejoran la hermeticidad del cierre sobre los envases de vidrio, pero la fabricación de estos últimos se complica por la

6.4. cierre de envases

139

aplicación del PVC en caliente sin fundir o deformar el propio cierre.

Aunque se están desarrollando nuevos materiales plásticos para la fabricación de cierres para envases de vidrio, en la actualidad sólo pueden ocuparse en productos llenados en caliente o pasteurizados (no soportan temperaturas de esterilización).

Por último, es posible cerrar algunos productos que se llenan y se cierran en caliente, como las mermeladas y otras conservas, con láminas flexibles de aluminio o papel encerado que se fijan mediante calor sobre los envases. Sin embargo, estos productos casi siempre van provistos de un sobrecierre de plástico o metal, que asegura la inviolabilidad del primero y permite cerrar y abrir el frasco varias veces.

6.4.3. Cierre para otros envases Cierres para envases de plástico Los sistemas de cierre más utilizados para envases rígidos y semirrígidos de plástico son los laminados de metal o plástico, los cierres de doble junta (de apertura fácil) y los cierres de rosca.

Los cierres con lámina de aluminio son muy convenientes por su menor costo y excelente impermeabilidad a gases y agua. Estas láminas de aluminio utilizadas para cierres suelen recubrirse en su cara interior de una película de polímero con objeto de favorecer el cerrado térmico.

En su cara externa, se revisten de una película de poliéster orientado para mejorar su resistencia a la ruptura y a la punción y cerrar los poros que puedan existir en la lámina de aluminio. Un ejemplo del empleo de estos cierres es el de las botellitas de bebidas de frutas destinadas a consumo infantil.

Los cierres con lámina de plástico pueden ser de diversos polímeros, pero casi siempre se utilizan los transparentes (por la preferencia del consumidor ya que permiten ver el producto a través del cierre) y con adecuadas propiedades: barrera a gases, vapor de agua, etc. Como ejemplo de materiales empleados para este propósito, pueden mencionarse: PET orientado, con resina barrera (que aporta robustez física y resistencia al calor) y poliamidas, que sirven de barrera al oxígeno.

El sistema de cierre de doble junta (apertura fácil) aplica básicamente el mismo proceso de cierre que el de las latas metálicas (engargolado), aunque el ajuste de la cerradora y los perfiles de los componentes difieren bastante de aquéllas por las distintas propiedades entre las láminas

140

cap. 6. operaciones de envasado

metálicas y los plásticos. Algunos ejemplos de envases plásticos con cierre de doble junta son aquéllos utilizados para envasar yoghurt, margarina y crema, entre otros.

Los cierres de plástico tipo rosca son similares a los manejados para envases de vidrio, empleándose en este caso cierres sencillos con anillos moldeados en su interior, sin compuesto sellante.

Cierres para envases flexibles Normalmente, los envases flexibles son cerrados mediante la aplicación de bandas adhesivas o, cuando el material es termosellable, mediante cerrado térmico. Pocos son los casos en los que se recurre al sellado por adhesivos ya que, como en el caso del celofán, el aluminio y otros materiales no termosellables, generalmente se prefiere laminarlos con algún plástico (por ejemplo, polietileno) a fin de permitir su cierre térmico.

En su forma más simple, el cerrado térmico consiste en presionar los bordes del envase contra superficies “no adherentes” (como el PTFE o el teflón), calentadas a temperaturas entre 95 y 260 °C, dependiendo del material por termosellar. El grosor del termosello generalmente es de 2 a 5 mm. Existe también la posibilidad de efectuar el termosellado al vacío, donde las superficies calientes se encuentran en el interior de una cámara de vacío para obtener en el envase el vacío deseado previamente a su sellado.

Una de las tecnologías más utilizadas para la conservación de los alimentos consiste en someterlos a un proceso de calentamiento (esterilización comercial o pasteurización) en condiciones determinadas de tiempo-temperatura. Este método de conservación, llamado procesamiento térmico, se realiza en alimentos previamente envasados en recipientes herméticos, o en los alimentos que después van a ser envasados bajo condiciones estériles.

Cabe destacar que la elaboración de productos derivados de frutas y vegetales procesados térmicamente permite aumentar su potencial de conservación, retener sus atributos de calidad deseables y reducir la necesidad de adicionar conservadores químicos; de ahí su importancia como proceso para ofrecer productos sanos e inocuos de larga duración.

Sin embargo, en la elaboración de algunos productos se requiere la adición de acidulantes, antioxidantes y/u otros aditivos en determinadas etapas del proceso, cuya función es la de complementar o reforzar la conservación de la calidad.

Los objetivos del procesamiento térmico se centran en lo siguiente:

• Asegurar la destrucción de microorganismos tanto vegetativos

como esporulados.

Detener las reacciones metabólicas (inhibir la actividad enzimá­ • tica).

141

142

cap. 7. procesamiento térmico

• Facilitar la cocción (puede ser completa o parcial) o mejorar las características sensoriales.

• Mantener el valor nutricional.

Respecto al último objetivo, se ha observado que, por parte de los consumidores, existe un interés cada vez mayor por el valor nutricional y funcional que poseen las frutas y hortalizas, por lo que siempre está presente la preocupación por los cambios que sufren los alimentos a causa del procesamiento.

Son pocos los estudios publicados en los que se comparan los cambios producidos en los nutrientes de los vegetales procesados y los productos frescos, pero todos coinciden en que la vitamina C, la vitamina B y los compuestos fenólicos invariablemente se degradan con el procesamiento.

En los productos enlatados y congelados, la vitamina C sirve para indicar la degradación nutrimental ya que es soluble en agua y sensible al calor, la luz y el O2; por tanto, se pierde fácilmente en la cocción y el procesamiento térmico.

La tiamina y la vitamina B6 también son sensibles al calor y a la luz y se ha encontrado que las pérdidas durante el escaldado y congelación oscilan entre 20 a 60 % y en el enlatado alcanzan hasta 70 %.

Los compuestos fenólicos son solubles en agua y se encuentran concentrados sobre todo en la piel de muchas frutas (manzanas, peras, duraznos, etc.), por lo que la pérdida es significativa al eliminar la piel para procesarlas. Además, como son sensibles al calor, también se ven reducidos con el escaldado y el proceso térmico.

En el caso de los nutrientes liposolubles como los carotenoides y las vitaminas A y E, los reportes indican que son más estables; de la misma manera, los minerales y el contenido de fibra, al ser relativamente inertes, resultan poco sensibles a la degradación por los procesos térmicos.

Por otro lado, aunque los productos frescos son superiores en contenido de vitamina C, hay evidencias de que se presentan cambios en la composición nutrimental desde la cosecha y manejo poscosecha hasta su consumo, lo cual depende de múltiples factores. Simplemente en el almacenamiento refrigerado se ha registrado que ocurren pérdidas importantes, por ejemplo: los chícharos almacenados a 4 °C durante siete días pierden 15 % y los ejotes pierden hasta 77 %; el brócoli almacenado a 0 °C durante siete días no pierde vitamina C pero a 20 °C por el mismo periodo pierde hasta 56 %, por lo que la pérdida adicional por efecto del procesamiento es mínima.

7.1. principios del proceso térmico

143

Debido a estos cambios en las propiedades de los alimentos, resulta necesario optimizar las condiciones bajo las cuales se debe aplicar un proceso térmico. En ese sentido, el propósito de este capítulo es presentar las consideraciones teóricas que forman la base de la aplicación científica de los procesos térmicos a alimentos.

7.1. Conceptos y principios del

proceso térmico En primer lugar, es importante definir los conceptos de esterilización, asepsia, pasteurización, esterilización parcial y esterilización comer­ cial ya que con frecuencia se utilizan equivocadamente como sinónimos, a saber: Esterilización. Eliminación de todo tipo de vida de un objeto o material. Esta definición excluye cualquier técnica que sólo provoque daño a los microorganismos o algún tipo de atenuación que evite su reproducción, pero que los deje vivos.

Asepsia. Exclusión sólo de microorganismos dañinos (o no deseados); por ejemplo, cuando en un medio de cultivo o sustrato estéril se inocula un microorganismo deseado, se dice que se tiene en condiciones asépticas.

Pasteurización. Método para destruir o reducir drásticamente el nivel de los microorganismos patógenos o causantes del deterioro de los alimentos, sobre todo en materiales sensibles al calor (leche, cerveza, etc.). Originalmente, se empleaban temperaturas de 62 °C durante 30 minutos y se procedía a un enfriamiento rápido. Actualmente, se consigue el mismo propósito si se aplica 80 °C durante 15 segundos. Es frecuente la aplicación del término pasteurizado cuando se trata de productos ácidos (jugos de frutas, vinos y hortalizas encurtidas); sin embargo, con estas condiciones de temperatura realmente lo que se obtiene es una esterilidad comercial.

Esterilización parcial. Este término está mal empleado ya que contradice el concepto de esterilización y, por tanto, NO debe emplearse.

Esterilización comercial. Estrictamente hablando, cabe señalar que no es posible obtener una esterilización absoluta en los alimentos y, por esta razón, los procesos térmicos aplicados para conseguir la conservación segura de los productos se rigen por el concepto de esterilización comercial, el cual denota lo siguiente: inactivación o inhibición de microor-

144

cap. 7. procesamiento térmico

ganismos (o sus esporas), evitando que crezcan, para eliminar las posibilidades de daño al alimento o problemas de salud en las condiciones normales de almacenamiento.

Bases de los procesos térmicos Indiscutiblemente, la principal base para establecer los procesos térmicos para cualquier alimento, ya sea envasado en un recipiente hermético o antes de su envasado, es un conocimiento profundo de la microbiología de alimentos. Todos los alimentos crudos, en especial las frutas y hortalizas, suelen contener microorganismos que eventualmente causarán su deterioro a menos que se les controle o destruya. Dado que la preservación de alimentos requiere que los microorganismos sean controlados, es importante conocer su estructura y comportamiento.

Muchos de los microorganismos que se han descubierto e identificado realizan alguna función útil y son necesarios para la elaboración de pan, queso, vino, cerveza, col agria, etc., o para la producción de enzimas, antibióticos, alcoholes y otros productos. Sin embargo, algunos microorganismos específicos causan enfermedades a seres humanos, animales y plantas, ya sea por la invasión directa del microorganismo o por alguna sustancia producida por éste. Los microorganismos de importancia en la conservación de alimentos son los hongos, las levaduras y las bacterias.

Hongos. Estos microorganismos están compuestos por filamentos tubulares multicelulares y muchos de ellos se reproducen por esporas; están ampliamente distribuidos en la naturaleza y, en condiciones adecuadas de humedad, aireación y temperatura, crecen sobre cualquier alimento. Son capaces de sobrevivir en una gran variedad de sustancias y son mucho más tolerantes al frío que al calor.

El deterioro de alimentos en envases cerrados y procesados, causado por hongos, es raro pero no imposible. La mayoría de los hongos tienen poca resistencia al calor y no pueden sobrevivir a los procesos térmicos severos que se aplican a los alimentos de baja acidez. Por ejemplo, el hongo Byssochlamys fulva se ha relacionado con el deterioro de algunas latas de bebidas de frutas y productos a base de frutas. Las formas termorresistentes productoras de esporas de este hongo pueden sobrevivir más de un minuto a 92 °C (198 °F) en alimentos ácidos o acidificados. El crecimiento de hongos en alimentos procesados térmicamente no presenta un problema significativo para la salud pública.

7.1. principios del proceso térmico

145

Levaduras. Son microorganismos unicelulares, usualmente de forma ovoide, más pequeños que los hongos, pero más grandes que las bacterias.

Su tamaño oscila entre 5 y 30 µm y, generalmente, se reproducen por gemación aunque algunas variedades pueden formar esporas dentro de una célula especial. Están asociadas particularmente con alimentos líquidos que contienen azúcar y ácidos y son más tolerantes al frío; la mayoría de las levaduras se destruyen por calentamiento a 77 °C (170 °F).

El deterioro de alimentos enlatados por levaduras puede deberse a un procesamiento insuficiente. El crecimiento de levaduras a menudo va acompañado de producción de alcohol y grandes cantidades de dióxido de carbono, el cual infla el envase. El crecimiento de levaduras en alimentos procesados tampoco representa un problema significativo para la salud pública.

Bacterias. Las bacterias son los microorganismos más importantes y problemáticos en el procesamiento de alimentos. La mayoría son inofensivas, pero excretan enzimas que pueden producir cambios indeseables en el producto y, en algunos casos, pueden producir sustancias venenosas. Las bacterias son cuerpos unicelulares cuyo tamaño varía entre 0.5 y 5 µm; las más importantes en el deterioro de alimentos son de forma redonda (cocos) o de forma de bastón (bacilos). Se reproducen por divi­ sión celular cada 20-30 minutos. Las bacterias se dividen en dos grupos, dependiendo de su habilidad para formar esporas; por lo general, los cocos y la mayoría de los bacilos no forman esporas y se les denomina no esporulados; sin embargo, algunos bacilos pueden formar esporas, las cuales constituyen una etapa de reposo no reproductora que permite su supervivencia en condiciones desfavorables. En general, las esporas bacterianas son extremadamente resistentes al calor, frío y agentes químicos; algunas esporas pueden sobrevivir en agua hirviendo a 100 °C (212 °F) por más de 16 horas. Las bacterias difieren en sus requerimientos alimenticios y en sus características de crecimiento en función del oxígeno, temperatura y tolerancia al ácido y agentes químicos. La bacteria más importante para el establecimiento de las condiciones de un proceso térmico seguro es Clostridium botulinum, dado que forma esporas, es anaerobia, produce una toxina letal para el ser humano, se desarrolla a pH mayores de 4.5 y es altamente resistente al calor y a agentes químicos.

Establecimiento del proceso térmico. De lo anterior se desprende que los microorganismos no pueden crecer bajo condiciones ambientales adversas y mueren cuando dicho ambiente se mantiene por un determinado periodo o se torna extremadamente inadecuado.

El factor ambiental que más fácilmente se puede regular para con-

146

cap. 7. procesamiento térmico

trolar la carga microbiana es la temperatura; sin embargo, también se pueden emplear otros agentes, como algunos compuestos químicos, o radiaciones, como rayos UV, microondas, etc. Los alimentos contaminados con microorganismos se someten a altas temperaturas por un tiempo determinado para eliminarlos y evitar la actividad enzimática, modificando la estructura terciaria de las enzimas, con lo cual se previene el deterioro del producto durante su almacenamiento. El man­ tenimiento del producto en un envase sellado herméticamente evita su recontaminación.

El proceso térmico aplicado a los alimentos puede efectuarse en dos diferentes formas: en la primera de ellas, el alimento es colocado en un envase, sellado y posteriormente calentado por un tiempo y temperatura específicos para lograr su esterilidad comercial (proceso conocido como envasado convencional). En la segunda forma, el alimento se calienta por un tiempo y temperatura suficientes para alcanzar la esterilidad comercial y después se coloca en un envase estéril y se sella (lo que se conoce como proceso aséptico). Es importante recalcar que los principios que rigen el procesamiento térmico se aplican por igual tanto al envasado convencional como a los procesos asépticos.

La pregunta que surge de inmediato es: ¿por cuánto tiempo y a qué temperatura debe procesarse un alimento específico, fuera o dentro de un envase específico, para garantizar su esterilidad comercial? El procedimiento para establecer las condiciones del proceso que debe aplicarse no es sencillo, ya que depende de la naturaleza del alimento, las dimensiones y material del recipiente en el que se encuentra envasado (cuando es el caso), los procesos térmicos utilizados, así como las características de crecimiento y supervivencia de los microorganismos que contaminan el alimento.

En consecuencia, el establecimiento de un proceso térmico se basa, principalmente, en dos factores: en primer lugar, en el conocimiento de la resistencia térmica (cantidad de calor requerida para su destrucción) del microorganismo más termorresistente capaz de sobrevivir en un alimento dado (microorganismo base del diseño). En segundo lugar, en la determinación de la velocidad de calentamiento de dicho alimento (penetración de calor). Estos dos factores se emplean para calcular el pro­ ceso y cada uno de ellos depende a su vez de otros factores (cuadro 7.1).

Resistencia térmica de los microorganismos

Penetración de calor en el alimento Proceso calculado

147 Cuadro 7.1. Factores para la determinación de un proceso térmico.

Microorganismo base del diseño

Penetración de calor en el producto

Resistencia térmica del microorganismo más termorresistente capaz de sobrevivir.

Alimento: pH, composición y propiedades físicas.

Envases: grado de vacío.

Concentración inicial del microorganismo en el alimento.

Tipo de alimento: fruta, hortaliza, etcétera.

Manejo previo: método de pelado, con o sin escaldado.

Alimento: composición, contenido de grasa, almidón, y partículas en suspensión.

Viscosidad.

Temperatura inicial.

Envase (si lo hay): tamaño, geometría, material, espacio de cabeza.

Medio o sistema de esterilización empleado: temperatura, agitación, medio de calentamiento (agua, vapor, fuego y aire).

Una vez establecido el proceso para un alimento en particular, será específico para ese único alimento y para su formulación, su método de preparación, el tamaño y el tipo de envase –cuando lo hay– en el cual se procesa, así como el sistema de esterilización utilizado.

Clasificación de los alimentos por su acidez. Como se mencionó anteriormente, los microorganismos se desarrollan en diferentes medios y en distintas formas. La capacidad de crecimiento y la resistencia al calor se ven afectadas por la acidez del medio: a pH ácidos (<4.5) crecen hongos y levaduras, mientras que a pH > 4.5 crecen bacterias. Esto es importante ya que el tratamiento térmico que debe aplicarse a los alimentos ácidos será más ligero que para los no ácidos. En la tabla 7.1 se presenta la clasificación de los alimentos en función de su grado de acidez.

Penetración de calor. Para estar en posibilidades de calcular el tiempo y la temperatura que deben aplicarse a un determinado alimento para obtener una esterilidad efectiva sin afectar (o hacerlo lo menos posible) su calidad, también es preciso conocer el tiempo que requiere el alimen­ to para alcanzar la temperatura deseada y el tiempo que se necesita para enfriarlo, lo cual permite establecer la velocidad de penetración del calor. Los factores que determinan esta velocidad de penetración del calor son:

148 Tabla 7.1. Clasificación de alimentos a partir de su pH. No ácidos Tref* = 250 °F (121 °C) Acidez baja

Acidez media

Ácidos Tref = 212 °F (100 °C) Ácidos

Acidez alta

pH ≥ 5.3

pH: 5.3-4.6

pH: 4.5-3.7

pH ≤ 3.7

Carne Pescado Leche Vegetales

Espagueti Sopas Espárragos Espinacas

Jitomates Peras Higos Piñas

Col agria Encurtidos Cerezas Cítricos

* Temperatura de referencia.

• Naturaleza (composición) y consistencia del alimento. Es uno de

los factores más importantes ya que condiciona por sí mismo el mecanismo de propagación de calor en su seno. Por ejemplo, el aumento de azúcar retrasa la velocidad, al igual que la presencia de grasa; los alimentos viscosos o en trozos presentan una penetración de calor más lenta.

En el caso de productos envasados también influye lo siguiente:

• El tamaño y la forma del envase. Cuanto más grande sea éste, ma-

yor tiempo se requerirá para que el centro alcance la temperatura deseada.

• El material del envase. La penetración es más lenta en vidrio que en envases metálicos.

Punto frío. Para destruir los microorganismos en un producto con o sin envase, el calor suministrado debe penetrar en todos los puntos del producto o recipiente. Aproximadamente en el centro geométrico del envase o de la masa de producto, se localiza la región que casi siempre es la última en calentarse y que se conoce como punto frío. Es una región crítica ya que es donde hay más probabilidades de que los microorganismos presentes en el alimento sobrevivan.

El diseño de un tratamiento térmico que permita alcanzar la temperatura adecuada en el punto frío asegurará que los demás puntos del producto o recipiente alcancen dicha temperatura; por esta razón, los estudios de penetración de calor se centran en esta región.

7.1. principios del proceso térmico

149

Transferencia de calor. En los alimentos sólidos, el calor se propaga por conducción y, como se sabe, este calentamiento es relativamente lento ya que el calor pasa de una partícula a otra por contacto debido a choques moleculares, lo que provoca el sobrecalentamiento de las partes que están en contacto con las paredes del envase o más cercanas a la fuente de calor. En los alimentos líquidos, el calentamiento se lleva a cabo por convección; esta forma de transferencia de calor es la más rápida ya que se forman corrientes convectivas dentro de la masa líquida, por la disminución de la densidad del producto en las zonas más calientes.

Cuando se envasan productos sólidos en el seno de líquidos, la pe­ netración depende tanto de la proporción sólido-líquido como de la colocación de los sólidos; en este caso, la presencia de huecos permite la formación de corrientes convectivas que facilitan la transferencia de calor.

En productos envasados en los que el calor se trasmite por convección, el punto frío usualmente se localiza sobre el eje vertical entre el centro geométrico y el fondo del envase, lo cual depende de la fluidez del producto; cuando es por conducción, se considera el centro geométrico del envase sobre el eje vertical (fig. 7.1).

En el cuadro 7.2 se mencionan algunos ejemplos de alimentos y la forma en la que se trasmite el calor en ellos.

Calor

Punto frío

Punto frío Punto frío Conducción (sólidos)

Convección (líquidos)

Figura 7.1. Localización del punto frío en envases con alimentos sólidos y líquidos.

150 Cuadro 7.2 Conducción Material pesado (espinacas, frijoles, calabazas).

Líquidos muy viscosos.

Material sólido (carne, pescado).

Convección

Conducción-convección

Productos fluidos (sopas Partículas sólidas en ligeras, jugos, néctares). líquidos muy viscosos Partículas sólidas (cremas). en líquidos claros (hortalizas en salmuera).

Cabe señalar que lo que debe buscarse al aplicar un tratamiento térmico a un producto es su calentamiento y enfriamiento rápidos, pues esto permite:

• Evitar o reducir el oscurecimiento.

• Evitar o reducir la pérdida del valor nutritivo.

• Evitar el sabor a quemado o sobrecocido.

Determinación del punto frío. La velocidad a la cual se calienta un alimento puede medirse con aparatos que registran el cambio de temperatura con respecto al tiempo conforme se va calentando el producto. Las determinaciones se llevan a cabo mediante la colocación de termopares en varios puntos laterales de un intercambiador de calor o de un envase, o en varios envases (cada una con un termopar, pero en un punto diferen­ te), o bien en la tapa en el caso de los envases de vidrio; los termopares están conectados a un registrador. De esta manera, los datos tiempo-temperatura se capturan y se obtienen gráficas como las mostradas en la figura 7.2.

Al comparar las gráficas obtenidas de diferentes ubicaciones de los termopares en un mismo envase o producto, aquella en la que se observe un calentamiento más lento será la que represente el punto frío.

El diseño de tratamiento térmico que permita alcanzar la temperatura adecuada en el punto frío asegura que los demás puntos alcancen dicha temperatura.

Principio del termopar. Cuando dos varillas de metales distintos se ponen en contacto por sus extremos para formar un circuito cerrado y una de las uniones se mantiene a una temperatura más elevada que la otra, se genera una corriente eléctrica cuya magnitud depende de la diferencia de la temperatura entre ambas uniones.

Consideraciones prácticas de la penetración de calor en productos envasados.

151 120 Serie 1 Serie 2

Temperatura (˚C)

100 80 60 40 20 0

1

4

7

10 13 Tiempo (min)

16

19

Serie 1 Calentamiento y enfriamiento fuera del envase.

Serie 2 Calentamiento y enfriamiento dentro del envase.

Figura 7.2. Curva de calentamiento y enfriamiento en el punto frío.

Cuando los productos envasados se tratan térmicamente en autoclaves de tipo estacionario (batch), es importante tomar en cuenta que, en la práctica, la autoclave experimenta un proceso de calentamiento al igual que el envase y el producto, por lo que se requiere un ajuste, debido al tiempo de arranque (el tiempo que tarda una autoclave estacionaria en alcanzar la temperatura de proceso), ya que mientras se alcanza dicha temperatura se tiene un cierto efecto térmico letal, el cual se estima en 42 % de ese tiempo y, por consiguiente, se establece un “cero corregido” en los cálculos. Este cero se logra restando 42 % del tiempo que el autoclave requiere para alcanzar la temperatura de operación o proceso, o bien añadiendo 58 % del tiempo de arranque al tiempo en que se prendió el vapor.

Curva de calentamiento. La trasmisión del calor, ya sea a un alimento dentro de un envase o al alimento en sí mediante un intercambiador de calor, generalmente ocurre por los mecanismos de conducción, de convección o por una combinación de éstos, dependiendo del tipo de alimento. Se ha demostrado que el punto frío se aproxima en forma exponencial a la temperatura del medio de calentamiento (Tc ). Al relacionar la diferencia de temperatura del medio de calentamiento menos la temperatura del punto frío a un tiempo cualquiera (Tc - T ) contra

152

cap. 7. procesamiento térmico

el tiempo y graficando en papel semilogarítmico, se obtiene una línea recta (fig. 7.3). log Tc T

Tc T0 Tc Ti

1000

100

10

1 0

fh

10

20

30

40

50 t (min)

Figura 7.3. Curva de calentamiento.

Considerando que la ecuación de una línea recta es y = mx + b, en­ tonces, de acuerdo con la figura 7.3: y = log Tc - T donde:

x = Tiempo.

Tc = Temperatura medio de calentamiento.

T0 = Temperatura inicial extrapolada.

Ti = Temperatura inicial.

T = Temperatura deseada.

Si la recta se extrapola para intersecar el eje Y, la intersección es igual al log (Tc - T0) y la ecuación es: log (Tc - T ) = mt + log (Tc - T0)

7.1. principios del proceso térmico

153

La pendiente (m) puede definirse como: m =

y2 - y1 log (Tc - T2) - log (Tc - T1) log (Tc - T2)/(Tc - T1) = = x2 - x1 t2 - t1 t2 - t1

y a la pendiente generalmente se le caracteriza con el término fh, el cual se define como el tiempo (min) necesario para que la curva de calentamiento atraviese un ciclo logarítmico. En otras palabras, t2 - t1 = fh cuando la diferencia TC - T se ha reducido a un décimo de su valor original, esto es: log

Tc - T2 = log 0.1 = -1 Tc - T1

entonces

m=-

1 fh

y la ecuación queda como log (Tc - T ) = -

t T - T0 + log(Tc - T0) y tc = fh log c fh Tc - T

donde tc = Tiempo de calentamiento.

Esta ecuación se refiere a un valor extrapolado teórico, respecto a T0. Cuando la ecuación se establece en función de datos experimentales (por ejemplo, la temperatura inicial real), es necesario definir el término J, así: J=

Tc - T0 → Tc – T0 = J(Tc – Ti ) Tc - Ti

J se considera un factor adimensional que representa el retraso del calentamiento, llamado también factor lag, por lo que la ecuación queda entonces: Tc = fh log J

Tc - Ti Tc - T

Con esta ecuación, es posible determinar los valores de fh y J para un alimento y envase particulares a partir de la historia térmica y predecir la rapidez de calentamiento para el mismo producto y el mismo envase en situaciones con distintos valores de Ti y T del medio de calentamiento (o autoclave).

En la práctica, las curvas de calentamiento se grafican en papel semilogarítmico pero invertido, graficando directamente T frente a t, siempre

154

cap. 7. procesamiento térmico

y cuando la escala logarítmica de temperatura se comience a marcar a partir del valor de Tc menos 1 grado, o bien de Tc menos 0.1 grados si se cuenta con mediciones muy precisas de temperatura, como se muestra en la figura 7.4 (que corresponde, en la parte de calentamiento, a voltear 180° la figura 7.3). La ventaja de este procedimiento es que se puede graficar la temperatura directamente (en lugar de Tc - T ).

Curva de enfriamiento. Para el ciclo de enfriamiento, se grafica en papel semilogarítmico la temperatura del punto frío menos la temperatura del medio de enfriamiento (TE ) contra tiempo. Siguiendo un procedimiento de análisis similar al del calentamiento, la ecuación final que describe el enfriamiento es la siguiente: te = fc log J

TH - TE T - TE

donde:

TE = Temperatura media de enfriamiento. te = Tiempo de enfriamiento.

TH = Temperatura extrapolada hasta intersecar el eje Y. T = Temperatura inicial al comenzar el enfriamiento. fC = Tiempo en min para que (T - TE ) sea reducida en un ciclo logarítmico.

J = Factor lag de enfriamiento.

En la práctica, para obtener la curva de enfriamiento se grafican directamente los datos de las temperaturas registradas del punto frío (sin invertir la hoja), como se muestra en la figura 7.4, dando al último ciclo logarítmico el valor de TE más 1 grado. La razón por la que se sustrae un grado de temperatura en el calentamiento y se adiciona en el enfriamiento para graficar tiene como único propósito establecer la escala logarítmica de 1-10-100-1000 para el calentamiento (escala invertida) y 1000-100-10-1 para el enfriamiento (escala sin invertir), dado que en el primer caso se grafica TC – T y en el último T + TE .

En la figura 7.5 se presentan las curvas de penetración de calor (lecturas de temperatura contra tiempo en papel semilogarítmico durante el calentamiento) que se obtienen con diferentes formas de transferencia de calor. Como puede observarse, el calentamiento por convección es la forma más rápida de transferencia de calor en el procesamiento térmico de productos envasados.

155 147 168 Temperatura calentamiento 138 (°F)

78

Temperatura enfriamiento (°F)

69 fc 148

fh

40 10

20

50

Tiempo (min)

Figura 7.4. Curvas de calentamiento y enfriamiento en papel semilogarítmico.

T (°F) 249

T (°F) 249

T (°F) 249

240

240

240

150 50

150 50

150 50

750

20

40

60 t (min) Convección

750

20

40

60 t (min) Conducción

750

20

60 t (min) Convección-Conducción

Figura 7.5. Curvas de penetración de calor en alimentos con diferentes formas de trasmisión de calor. (Fuente: Nefco, 1984.)

40

156 Resistencia térmica de los microorganismos Cuando se habla de resistencia térmica, se hace referencia al tratamiento del tiempo y la temperatura a los cuales puede sobrevivir un microorganismo. Se acepta que un microorganismo está muerto cuando es incapaz de reproducirse. Como ya se mencionó, la resistencia térmica de los microorganismos depende de varios factores, que pueden dividirse en dos categorías amplias: las características de crecimiento de los microorganismos y la naturaleza del alimento.

Parámetros cinéticos. En teoría, la destrucción térmica de microorganismos, enzimas, nutrimentos y características sensoriales de los alimentos describe una cinética de primer orden, por lo que depende exclusivamente del componente en cuestión. Asimismo, dicha destrucción sigue una función de tipo logarítmico, lo cual significa que, para un determinado intervalo de tiempo, siempre se destruye un mismo porcentaje de cada componente o población microbiana.

Matemáticamente, la cinética de primer orden puede expresarse con­ forme a la ecuación -

dC = KT C dt

(1)

donde: -

dC = Velocidad de destrucción microbiana. dt C = Concentración de microorganismos presentes.

KT = Constante de la velocidad de reacción.

Integrando la ecuación 1 entre los límites C0 al tiempo cero (t0 ) y C al tiempo t, se tiene C

-

∫

C0

dC = KT dt

t

∫ dt

(2)

t0

y resolviendo la integral, se tiene -1n C + 1n C0 = KT (t - t0)

(3)

7.1. principios del proceso térmico

157

o bien: log C = log C0 -

KT t 2.303

(4)

La representación gráfica de la ecuación 4 (fig. 7.6) es la curva de sobrevivientes, en la cual se observa que, a una temperatura letal constante, el tiempo necesario para reducir en 90 % la población microbiana corresponde al tiempo requerido para que la curva de supervivencia microbiana atraviese un ciclo logarítmico. Este tiempo se conoce como tiempo de reducción decimal o valor D, un parámetro muy importante en el diseño y optimización de procesos térmicos.

De la gráfica anterior se obtiene una relación entre la constante de velocidad de reacción KT y el tiempo de reducción decimal D a partir del valor numérico de la pendiente: m =m =

KT 2.303

1 -log C0 - log C1 -log (C0/C1) = =D D D

C0

102

K m T 2.303

101

100

10 1 D 10 2

T1

T2

t (min)

Figura 7.6. Cinética de primer orden para la destrucción de microorganismos o cualquier sistema biológico (curva de sobrevivientes).

158

cap. 7. procesamiento térmico

Igualando términos: -

1 KT =D 2.303

por tanto, D =

2.303 KT

o sea, el valor D está dado por la inversa de la pendiente de la curva.

Desviaciones de la curva de sobrevivientes. Como ya se mencionó, la curva de destrucción térmica de los microorganismos es de tipo logarítmico y puede expresarse matemáticamente. Sin embargo, en la práctica se han detectado desviaciones a la línea recta característica cuando se grafica el logaritmo del número de sobrevivientes contra el tiempo de calentamiento a una temperatura letal constante, por lo que, al realizar determinaciones de resistencia térmica e interpretar los datos obtenidos, es muy importante que se tengan presentes aquellos factores conocidos que ocasionan desviaciones a la típica curva de sobrevivientes (fig. 7.7a), como los siguientes: Calor de activación para la germinación de esporas. Algunas, si no es que todas las esporas de bacterias, requieren una activación para germinar y el calor es un activador efectivo para este propósito. El grado de calentamiento que se requiere para la rápida activación de una población dada de esporas depende de la especie bacteriana y de la naturaleza del medio en el que se encuentran, así como de la edad, la temperatura de calentamiento y otros factores aún desconocidos. De cualquier manera, es suficiente decir que, para una rápida germinación, la llamada curva de sobrevivientes observada no será una recta. En la figura 7.7b se ilustra la curva típica que se obtiene. Una curva similar puede producirse cuando se presenta una combinación de activación de esporas y muerte de éstas; es decir, durante los primeros minutos de calentamiento, algunas esporas se están destruyendo a la misma velocidad con que otras están siendo activadas para germinar (fig. 7.7c).

Cultivo mezclado. Cuando se tengan en un cultivo dos o más especies o cepas de diferente resistencia térmica, la curva de sobrevivientes definitivamente no será una recta. En la figura 7.7d se ilustra el tipo de curva que podría esperarse en este caso. La primera pendiente de la curva describe la muerte del organismo de menor resistencia y la segunda la muerte del más resistente.

7.1. principios del proceso térmico

159

Naturaleza del medio de cultivo. En la figura 7.7e se puede apreciar cómo la naturaleza de un medio de almidón puede alterar significativamente la curva de sobrevivientes.

Cuanto más termorresistente sea un microorganismo, más elevado será el valor de D y, por consiguiente, se requerirá mayor tiempo para alcanzar una reducción de 90 % en la población (fig. 7.8a); además, dado que los microorganismos mueren en todas las temperaturas superiores a la letal mínima, lo harán más rápidamente a temperaturas más altas, de manera que D sirve para comparar las velocidades de destrucción para un mismo microorganismo a diferentes temperaturas (fig. 7.8b).

Cálculo del valor D El valor D se puede calcular con la ecuación: D=

t log a - log b

donde: ∆t = Tiempo de calentamiento. a = Concentración o número de microorganismos iniciales. b = Concentración o número de microorganismos finales.

Se acostumbra indicar la temperatura de proceso con un subíndice; por ejemplo, si la temperatura de proceso es de 250 °F (121 °C), se indicaría de la siguiente manera: D250 °F o D121 °C. Se tiene en cuenta que el valor D es específico para cada temperatura, entonces, si se relacionan gráficamente diferentes valores de D, o bien múltiplos de este valor con sus correspondientes temperaturas, se obtiene la curva de tiempo de muerte térmica (TMT), es decir, la representación de la resistencia de un microorganismo o cualquier sistema biológico ante diferentes temperaturas letales (fig. 7.9).

El inverso de la pendiente de la curva TMT está representado por el valor z, el cual equivale al intervalo de temperatura necesario para que la curva atraviese un ciclo logarítmico.

El valor z se utiliza para caracterizar la dependencia de un factor biológico (microorganismo, enzima, característica sensorial, etc.) con respecto a la temperatura. En otras palabras, es una medida del efecto causado por un cambio en la temperatura sobre la resistencia de algún

Log sobrevivientes

Número de sobrevivientes

160

Tiempo

Tiempo

Log sobrevivientes

Log de sobrevivientes

a) Curva típica de sobrevivientes

Tiempo

Tiempo c) Curva de sobrevivientes cuando se presenta activación y muerte de esporas

Log sobrevivientes

Log de sobrevivientes

b) Curva de sobrevivientes cuando se requiere aplicar calor de activación

d) Curva de sobrevivientes con cultivo mezclado

Con almidón

Sin almidón

e) Modificación en la curva de sobrevivientes al modificar el medio

Figura 7.7. Desviaciones de la curva de sobrevivientes.

(Fuente: Stumbo, 1976.)

161

102

a)

D1 D2

104

D3

101 100 1

2

t (min)

D1 = 0.4 min (microorg. 1) D2 = 0.7 min (microorg. 2) D3 = 1.2 min (microorg. 3)

Log sobrevivientes

103

103

b)

102 101

D260

F

D250

D230

F

F

10

0

t (min)

Figura 7.8. Valores de D: a) a una misma temperatura letal, y b) a temperaturas mayores que la letal. (Fuente: Valle y Merson, 1983.)

Tiempo de muerte térmica (min)

Log sobrevivientes

104

100

m 1z

10 2

1

220

240 T2

260

280

T(ºF)

T1

Figura 7.9. Curva de tiempo de muerte térmica (TMT).

162

cap. 7. procesamiento térmico

componente del alimento. Los valores de z pequeños indican variación o cambios significativos en componentes con poco cambio de temperatura (existe gran dependencia de la temperatura). Los valores de z grandes indican que se requieren cambios grandes de temperatura para lograr la misma variación de algún componente. El valor de z representa un incremento de grados Fahrenheit o centígrados y no un valor real de temperatura. Para convertir valores z de °F a °C se divide entre 1.8 y de °C a °F se multiplica por el mismo factor.

En el caso de la destrucción microbiana, el TMT se representa con el valor F (TMT = F ), el cual es un múltiplo del valor D. Esto significa que mientras D es el tiempo necesario para reducir en 90 % la población microbiana, el valor esterilizante F representa el tiempo requerido para reducir la carga microbiana por un múltiplo de D. Esto es, la concentración teórica más alta que se puede tener de Clostridium botulinum es 10°, es decir, una espora/ml, y la concentración mínima que teóricamente se desea alcanzar es de 10-12 esporas/ml; entonces se tiene que Freq = D (log a - log b) = D (log 100 - log 10-12) = 12D valor dado en minutos que representa el tiempo requerido para reducir en 12 ciclos la población.

En realidad, la concentración final indica la probabilidad de encontrar esporas en un alimento, por ejemplo: si la concentración inicial es una espora por mililitro (10°) y se tiene una lata de 1000 ml, para alcanzar el mínimo proceso 12D se tendría una probabilidad de 1/109 latas con una espora viable que podría producir toxinas letales. Entonces

Freq = D (log 103 - log 10-9) = D [3 - (-9)] = 12D o D (log 103 – log x) = 12D ∴ –log x = (12 – log 103) = 12 – 3 = 9 –log x = 9; log x = -9 ∴ x = 10-9 = 1/109

El valor de F es específico de cada temperatura y microorganismo, por lo que debe escribirse conjuntamente con la temperatura a la cual se calculó y el valor z correspondiente al microorganismo utilizado como z base de evaluación del tratamiento térmico F Tref .

En general, se puede expresar z F Tref = D log

a

 b  = D × factor

7.1. principios del proceso térmico

163

Para alimentos de baja acidez (con pH mayor o igual a 4.6 y aw mayor que 0.85) se toma el Clostridium botulinum como índice de procesamiento, debido a su toxicidad; pero también es usual emplear un microorganismo sustituto que sea más termorresistente, como Clostridium sporogens (PA 3679), pues la reducción de una concentración de 105 esporas/ml de éste a menos de una espora/ml es equivalente a la reducción de 12D para C. botulinum.

Con respecto a los alimentos de alta acidez (con pH < 4.0), el C. botulinum no representa problema alguno, pues no crece en condiciones tan bajas de pH y, por tanto, el tratamiento deberá basarse en el microorganismo más termorresistente que pudiera causar daño a la salud, o bien a las características del alimento durante su almacenamiento.

Se ha visto que, en cuanto a los productos de frutas, el microorganismo contaminante más termorresistente es el Byssochlamys fulva, por lo que generalmente se le toma como índice de procesamiento.

En el caso particular de estos productos, la concentración máxima de microorganismos que se toma como base para calcular el valor esterilizante de F es 6D, equivalente a la destrucción de 106 microorganismos/ml.

A continuación se mencionan otros microorganismos termorresistentes, tomados como base de procesos térmicos:

• Alimentos poco ácidos o de acidez media.

– Bacillus sterothermophillus (FS 1518).

– C. sporogens (PA 3679).

• Alimentos ácidos.

– B. coagulans, C. pasteurians.

– C. Thermosacharoliticum.

• Alimentos altamente ácidos.

– Lactobacillus spp.

– Leuconostoc spp.

En la tabla 7.2 se presentan los datos de z y D para algunos de los microorganismos más utilizados en el cálculo de procesos térmicos. Siempre hay que tomar en cuenta que la composición del alimento influye en la resistencia térmica de los microorganismos.

164 Tabla 7.2. Resistencia térmica de algunos microorganismos importantes en el procesamiento de alimentos.

Valor z [°C (°F)]

Microorganismos

Alimentos de baja acidez o semiácidos (pH mayor que 4.5) Termófilos (esporas) B. stearothermophilus C. thermosaccharolyticum C. nigrificans Mesófilos (esporas) Clostridium botulinum (tipos A y B) C. sporogens (grupo) (incluido PA 3679)

Valor D[(°C), (°F)] [min] D121 °C (250 °F)

12.2 °C (22 °F) 8.8 °C (16 °F) 8.8 °C (16 °F)

4.00 3.00 2.00

10 °C (18 °F) 10 °C (18 °F)

0.21 1.50

Termófilos (esporas) B. coagulans (mesófilo facultativo)

10 °C (18 °F)

D121 °C (250 °F) 0.07

Mesófilos (esporas) B. polymyxa y B. macerans C. pastiurianum (anaerobio butírico)

8.8 °C (16 °F) 8.8 °C (16 °F)

Byssochlamys fulva

5.5 °C (10 °F)

Alimentos ácidos (pH entre 4.0-4.5)

Alimentos altamente ácidos (pH menor que 3.7) Bacterias no esporulantes Lactobacillus spp Leuconostoc spp y levaduras y mohos

D100 °C (212 °F) 0.50 0.50 D85 °C (185 °F) 5.00 D66 °C (150 °F)

5.5 °C (10 °F)

1.00

Fuente: Stumbo, 1976.

Optimización del procesamiento térmico Dado que al aplicar un proceso térmico para lograr la destrucción microbiana se provoca simultáneamente una degradación en los factores de calidad nutricional y sensorial del producto, es de gran importancia optimizar el proceso para lograr la máxima retención de estos factores de calidad y, además, garantizar una vida de anaquel estable para el producto.

En la participación de los parámetros cinéticos en la optimización de un proceso térmico hay que considerar lo siguiente: la termorresistencia

7.1. principios del proceso térmico

165

de las vitaminas y de los factores de calidad sensorial es mucho mayor que la termorresistencia de las células vegetativas y las esporas. La dependencia térmica de células vegetativas, esporas y enzimas termolábiles es aproximadamente seis veces mayor que la de las vitaminas y las cualidades sensoriales. Esto significa que, con un mismo incremento de temperatura, la velocidad de destrucción de microorganismos y enzimas termolábiles será mucho mayor que la propia para factores de calidad nutricional y sensorial. Esta diferencia en cuanto a la dependencia en la temperatura de los distintos componentes de los alimentos constituye el criterio para optimizar un proceso térmico en función de la máxima retención nutritiva y sensorial.

Puesto que se debe determinar el tiempo de calentamiento necesario para obtener la esterilidad comercial (asegurar la destrucción de microorganismos patógenos de un alimento), se tiene lo siguiente: De la curva de sobrevivientes se sabe que d (log n) 1 , =dt DT

d (log n) = -

dt DT

(5)

n = Número de esporas por unidad de volumen y de la curva TMT, d (log D) 1 =dT z

(6)

El valor de D está en función de la temperatura y, por tanto, DT cambia según se avance en el proceso. Para definir esta dependencia de D respecto a la temperatura, se integra la ecuación anterior bajo los límites arbitrarios de T y DT y Tref DTref DT

∫

DTref

-1 log D = z

T

∫ dt

Tref

(T - Tref) log DT - log DTref = z

Tref - T DT log = z DTref

 

DT = DTref 10

Tref - T z

(7)

166

cap. 7. procesamiento térmico

Sustituyendo la ecuación 7 en la 5, b

∫ a

d (log n) =

-1 DTref

t

∫ 0

dt 10

(Tref - T) z

Resolviendo la integral del lado izquierdo,

log b - log a = -

1 DTref

z F Tref = DTref (log a - log b) =

t

∫ 0

dt 10

t

∫ 0

(Tref - T) z

dt 10

(Tref - T) z

(8)

Esta ecuación define el valor para un proceso térmico, es decir, z F Tref , y es la más importante para el cálculo del tiempo en un proceso térmico.

Expresa la destrucción térmica que se lleva a cabo en un proceso en relación con lo siguiente: 1. La concentración inicial y final de esporas (lado izquierdo de la ecuación).

2. Tiempo-temperatura del proceso (lado derecho de la ecuación). z F Tref = es el tiempo en minutos a la temperatura de referencia (Tref) que logrará un nivel establecido de destrucción de microorganismos en el punto crítico (punto frío) de un producto para garantizar su esterilidad comercial. z F Tref = DTref × factor z Para determinar el valor de F Tref en un proceso térmico, se necesita evaluar el lado izquierdo de la ecuación.

Generalmente, para determinar el tiempo de esterilización comercial se usa C. botulinum como referencia para el caso de alimentos no ácidos. Un 12D para C. botulinum equivale a 5D para PA 3679 y PA 1518 u 8D para C. sporogens.

Cuando Tref = 250 °F (121 °C) y z = 18 °F (10 °C), el valor de F se representa como:

7.2. cálculo del procesamiento térmico

167

F0 = F250°F o F121°C, y, de la curva TMT, se tendría: log o



(250 - T) F Tz = z z F 250

F Tz = 10 z F 250



(250 - T ) z

=

TMTT 1

(9)

(10)

Cuando la temperatura de calentamiento empleada en un proceso dado es diferente de la Tref , entonces debe calcularse la F requerida (Freq) para dicho proceso, tomando como base la ecuación número 10 (como se detalla en el apartado 7.2.1).

Freq = F Tz tiempo en minutos a una temperatura dada (T ) que logrará la misma destrucción de microorganismos en el punto crítico que la loz grada por F Tref .

F depende del número inicial y final de microorganismos, por lo que no puede establecerse F en el proceso cuando no se asegura una esteri­ lidad comercial. Sin embargo, si un proceso ha demostrado su confiabilidad, es posible utilizar Fproc como Freq .

F requerido (Freq ) es el que da esterilidad al producto.

F proceso (Fproc) es el calculado.

Si Fproc < Freq , puede haber problemas con microorganismos patógenos.

7.2. Cálculo del procesamiento térmico 7.2.1. Procesamiento térmico dentro

del envase Se han desarrollado diferentes métodos con el propósito de calcular el proceso térmico para alcanzar la esterilidad comercial de un alimento.

Estos métodos pueden clasificarse en dos grupos: 1. Métodos matemáticos: fórmula de Ball.

2. Métodos gráficos: general, general mejorado y nomograma.

De estos métodos, los que habitualmente se utilizan son el de la fórmula de Ball y el general mejorado, por lo que en esta sección se presentará cada uno con un ejemplo específico para el caso de las frutas y hortalizas.

168

cap. 7. procesamiento térmico

Para el empleo de cualquiera de los métodos antes mencionados, es necesario el conocimiento de dos datos específicos para el producto que se está evaluando:

a) El valor esterilizante F Tz para el microorganismo base de diseño, a una temperatura dada. b) La historia térmica o de penetración de calor del producto en cuestión.

Método de la fórmula de Ball Fue desarrollado por C. Olin Ball (durante 1923-1928) y ha sido simplificado por la compañía American Can, aunque incurriendo en pequeñas imprecisiones; sin embargo, se ha ganado rapidez en las operaciones.

Este método permite calcular el tiempo de proceso aplicando los datos de tiempo de destrucción térmica del microorganismo y de penetración de calor, tanto para productos dentro de envases de cualquier material y tamaño, como para productos sin envasar y a cualquier temperatura de proceso, siempre que los tiempos de destrucción térmica y las velocidades de penetración de calor, al representarse gráficamente en papel semilogarítmico, den líneas rectas.

Procedimiento. Partiendo de la curva de calentamiento de la figura 7.10 (recuérdese que el papel semilogarítmico está invertido), se tiene que t = fh log

J=

TC - T0 C - T

T



TC - T0 TC - Ti

TC - T0 = J (TC - Ti);

el valor de TC - Ti se denomina I, y el valor de TC - T0 se llama JI : El valor señalado en la gráfica como g equivale a (TC - Tmáx), donde:

Tmáx = Temperatura máxima que alcanza el alimento durante el pro ceso.

TC = Temperatura de proceso o temperatura del medio de calentamiento.

169 Tc T

T

g Tc T al final del calentamiento

249

240 fh

TAA 58 %

l Tc Ti

150

Jl Tc T0p

42 %

T0p 0 Prendido del vapor

10

Cero corregido

20

30

40

50

t(min)

B Tiempo del proceso

TAA = tiempo de ajuste del autoclave T0p = temperatura seudoinicial

Apagado del vapor

Figura 7.10. Curva de calentamiento en papel semilogarítmico.

El valor de log g se obtiene de las tablas de Valle y Merson (1983).

El valor de B es el tiempo de proceso (min).

B = fh (log JI - log g) Ball define fh , donde fh = tiempo en min para que la recta cruce un ciclo U logarítmico, y U = Tiempo en minutos para alcanzar la destrucción de microorganismos a una temperatura de proceso y a una Freq .

U = freq × Fi En el valor de Tc - TE = m + g , friamiento

TE = Temperatura del medio de en-

170

cap. 7. procesamiento térmico

Ejemplo: El estudio de resistencia térmica y penetración de calor para granos de elote en salmuera envasados en latas núm. 2 1/2 es el siguiente: t (min)

T (°F)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

140 142 158 180 200 214 224 230 233.3 234.9 236.5 237.4

Resistencia térmica: D212 °F = 2 min, z = 18 °F Concentración inicial de esporas: 5700 esporas/lata Tc = 239 °F TE = 60 °F Tiempo de arranque del autoclave: 12 min Tref = 212 °F

Para calcular el tiempo de proceso por el método de la fórmula de Ball, se siguen estos pasos: 1. Se grafican en papel semilogarítmico y en forma invertida las temperaturas, partiendo de TC - 1 (fig. 7.11).

En el primer ciclo, las temperaturas disminuyen de 1 en 1, en el segundo ciclo disminuyen de 10 en 10 y en el tercer ciclo lo hacen de 100 en 100. Se unen los puntos para obtener una línea recta.

2. De la gráfica se obtiene el valor de fh (tiempo en que la recta re­ corre un ciclo logarítmico).

fh = (35 - 9) = 26 min

3. De la ecuación para determinar el tiempo de proceso se tiene:

B = fh (log JI - log g)

JI = TC – T0, donde T0 = temperatura seudoinicial que se obtiene de la gráfica al corregir el tiempo. tiempo corregido = tiempo de arranque × 0.58, ∴ t corregido = 12 min (0.58) = 6.96 min.

7.2. cálculo del procesamiento térmico

171

4. El tiempo corregido se interpola en la gráfica para obtener la temperatura seudoinicial T0:

T0 = 119 °F

∴ JI = 239 – 119 = 120 °F 5. Para determinar log g se recurre a las tablas de Stumbo (1976). f Sin embargo, antes se debe obtener el valor de h y el de U TC –TE = m + g.

U = Freq × Fi , donde Freq = D (log a - log b) (de la ecuación 8)

Si se hace la suposición de que el número final de esporas es 1 por lata,

∴ Freq = 2 min (log 5700 - log 1) = 7.5117 min.

El valor de Fi se obtiene de las tablas de Stumbo (1976). Como datos del problema se tienen: Tref = 212 °F y z = 18 °F. Se busca en la tabla y se tiene que Fi = 0.0315. ∴ U = (7.512 min)(0.0315) = 0.237 min y

fh 26 min = = 109.7 U 0.237

TC - TE = m + g = 239 - 60 = 179 °F

De las gráficas de Valle y Merson (1983) se obtiene el valor de f log g, interpolando el valor obtenido de h , de donde U log g = 1.35 ºF ⇒ B = fh (log JI - log g) = 26 min (log 130 ºF - 1.35 ºF) = 19.76 min es decir, el tiempo de proceso requerido es

B = 19.76 min

Nota: Para facilitar los cálculos del ejemplo anterior se utilizó una con-

centración final de espora/ml, aunque sería mejor suponer 10-3 espora/ lata ya que una sola espora es suficiente para contaminar el producto. En cambio, si se usa la concentración final indicada, sería 1/103 lata; o sea, una de 1000 latas se contaminará.

172 T ºF 238 237 236 235 234 233 232 231 230 229 219 209 199 189 179 169 159 149 139 109 39 61 161 171 5

6.9

9 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Tiempo (min)

Figura 7.11. Curva de calentamiento correspondiente al cálculo del tiempo de proceso por el método de la fórmula de Ball.

Método general mejorado Este método se deriva del método general descrito por W. D. Bigelow en 1920, que fue la primera metodología científica para calcular el proceso térmico. Se basa en el hecho de que cada punto de las curvas de calentamiento y enfriamiento, correspondientes a la historia térmica de un producto, ejerce un efecto letal para el microorganismo contami-

7.2. cálculo del procesamiento térmico

173

nante de dicho producto, por lo que el cálculo del proceso térmico implica la integración gráfica del efecto letal de tales puntos. Este método se fue modificando hasta llegar a lo que actualmente se conoce como método general mejorado, que se apoya en el principio de que diferentes combinaciones de tiempo y temperatura pueden lograr el mismo efecto letal sobre un microorganismo dado.

El método general mejorado se apoya en las ecuaciones provenientes de la curva de tiempo de muerte térmica (TMT), ecuaciones 9 y 10, y toman como temperatura de referencia (Tref ) 250 °F (121 °C): log



(250 - T) F Tz = z z F 250



F Tz = 10 z F 250

(250 - T) z

=

(9)

TMTT 1

(10)

El tiempo de muerte térmica a la temperatura T, calculado a partir de (250 - T ) z

, equivale a 1 minuto a 250 °F (F = 1). Es decir, se establece un 10 valor arbitrario de F = 1 como base de cálculo del proceso. Por ejemplo, si se utiliza una temperatura de proceso de 232 °F (111 °C) y z = 18 °F (10 °C), entonces 10

(250 - T ) z

(250 - 232)

= 10

= 101 = 10 =

18

TMTT 1

lo cual significa que 10 min a 232 °F equivalen en letalidad a 1 min a 250 °F, o bien, mediante el recíproco del término TMTT /1, se obtiene 1 = TMTT

1 10

(250 - T ) z

1

= 10

(250 - 232) 18

=

1 = 0.1 10

lo cual significa que 1 min a 232 °F equivale a 0.1 min a 250 °F. El término 1/TMTT es la velocidad letal, valor letal o letalidad y se utiliza en el procedimiento para calcular los tiempos de proceso térmico. El valor letal o letalidad es función de la temperatura del producto y z.

En muchos casos, como en el tratamiento térmico de productos ácidos, una F250 °F a una temperatura de referencia de 250 °F no es muy adecuada, y aun en productos no ácidos pueden utilizarse valores FT de referencia a temperaturas diferentes de 250 °F.

174

cap. 7. procesamiento térmico

En estos casos, si se conoce de antemano el valor FT 1 a una temperatura dada (T1) para el microorganismo con el valor z correspondiente, podrá calcularse un nuevo valor FT 2 para una nueva temperatura T2, con las siguientes ecuaciones (tomando como base la ecuación 10): (T1 - T2) F Tz 2 z = 10 z F T1

F Tz 2 = 10

(T1 - T2) z

× F Tz 1

(11) (12)

donde:

T2 = Temperatura a la que se desea efectuar el tratamiento térmico.

T1 = Temperatura de referencia para el tratamiento térmico.

FT2 = Valor esterilizante buscado (a T2).

FT1 = Valor esterilizante conocido (a T1). z = Valor z del microorganismo utilizado como base del proceso.

El procedimiento para aplicar el método general mejorado requiere los datos de penetración de calor y la conversión de la temperatura del producto a letalidad. Las temperaturas de la penetración de calor deben registrarse en el punto frío del producto o envase, a intervalos regulares de tiempo, tanto durante el calentamiento como en el enfriamiento. En el caso de productos previamente envasados y esterilizados en autoclaves estacionarias, debe registrarse el tiempo requerido para alcanzar la temperatura de proceso (tiempo de arranque).

La conversión de la temperatura del producto a valores letales o letalidad se efectúa con la siguiente ecuación: L = 10

(T - Tref ) z

(13)

donde:

L = Valor letal o letalidad.

T = Cada una de las temperaturas registradas durante el calentamiento y enfriamiento del producto.

Tref = Temperatura de referencia.

Por tanto, el valor Fproc (F de proceso) será:

175 t

Fproc =

∫

t

∫

Ldt = 10

0

(T - Tref ) z

t

dt =

∑

10

(T - Tref ) z

dt

(14)

0

0

Hay dos maneras de resolver esta ecuación y obtener el valor F Tz del proceso (Fproc):

a) Obtener los valores letales correspondientes a cada combinación tiempo-temperatura y, posteriormente, graficar éstos contra el tiempo, de lo cual resulta la curva de letalidad, donde el valor F es igual al área bajo dicha curva. El cálculo del área bajo la curva puede efectuarse de diversas formas: una de ellas es dar valor a un cuadro unitario y contar el número de estos cuadros unitarios existentes bajo la curva; otra forma es pesar el área unitaria y hacer la relación con el peso total del área bajo la curva. b) Si las temperaturas durante la penetración de calor se registran cada minuto, entonces dt = 1 y, por consiguiente, t

Fproc =

∑

t

Ldt =

0

t

Fproc =

∑ 0

∑

10

dt

0

t

L × 1 min =

(T - Tref ) z

∑

10

(T - Tref ) z

× 1 min

(15)

0

Es decir, bastará con efectuar la sumatoria de los valores letales correspondientes a dichas temperaturas para de esta manera conocer el valor esterilizante Fproc .

Ejemplo 1 Se desea determinar el tiempo de proceso térmico requerido para néctar de durazno (pH = 4.0) en envases de hojalata núm. 1½ (301 × 411), procesado a 92 °C (agua en ebullición en la Ciudad de México), cuyos datos de penetración de calor (en el punto frío) son los siguientes:

176 Calentamiento

Enfriamiento

Tiempo (min)

Temperatura (°C )

Tiempo (min)

Temperatura (°C )

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

80.6 80.8 81.5 82.5 83.4 84.5 85.3 86.0 86.8 87.3 87.8 88.3 88.7 89.2 89.5 89.7

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

88.8 87.3 86.1 85.0 83.9 80.5 78.4 75.0 69.1 65.3 62.8 58.2 55.0 52.3 50.1 47.6

Solución Por tratarse de un producto ácido (pH inferior a 4.5), se considera como microorganismo base de diseño a B. fulva, con los siguientes valores de z y D (conforme a la tabla 7.2).

B. fulva: D85°C = 5 min z = 5.5 °C (10 °F)

Se considera también que para este caso es suficiente un factor de 6D. Por tanto,

F Tz = 6D 5.5 °C

F 85 °C = (6 × 5 min) = 30 min (Freq a 85 °C) Como el proceso se efectúa a 92 °C (y no a 85 °C), es necesario obtener Freq (F requerida) a 92 °C, para lo cual se utiliza la ecuación 12, cuya sustitu­ ción por los valores correspondientes da

177 F

5.5 °C 92 °C

= 10

(85 - 92) 5.5

× 30 min = 1.65 min (Freq a 92 °C)

Es importante recalcar que Freq a 85 °C equivale a la Freq a 92 °C, ya que con cualquiera de las dos se logra la misma destrucción de B. fulva.

A continuación se procede a determinar el valor letal de cada combinación tiempo-temperatura de los datos de penetración de calor, con la ecuación 13 y el valor FT correspondiente a esa temperatura con la ecuación 14. Como en este caso las temperaturas están registradas cada minuto, el valor FT para cada temperatura es igual al valor letal a esa temperatura multiplicado por 1 minuto; es decir, en valor numérico es igual al valor letal (ecuación 15).

Después se efectúa la sumatoria de cada valor FT obtenido con el o los anteriores y resulta lo que se puede denominar “F acumulado”, tanto para el calentamiento como para el enfriamiento. Para facilitar la determinación del tiempo de proceso requerido, la FT acumulada para el enfriamiento se toma desde el último punto leído hasta el inicial, es decir, de manera inversa a su suceso.

Finalmente, la Fproc en los diferentes tiempos se determina de la siguiente manera: Fproc (min n) =

FT acumulada hasta el F acumulada en + T min n del calentamiento el enfriamiento

El tiempo de proceso necesario para el producto en cuestión será cuando Fproc = Freq ya que entonces se cumple con

Fproc TMT = =1 Freq 1

Como ya se mencionó, Fproc nunca debe ser menor que Freq porque esto significaría un tratamiento térmico insuficiente (TMT/1 < 1), con el consecuente riesgo de contaminación.

Los datos calculados para este ejemplo se presentan en la tabla 7.3, teniéndose que el cálculo del FT acumulado es: Para el calentamiento:

• Del minuto 0 al minuto 1

178

cap. 7. procesamiento térmico

Temperatura = 80.6 °C (temperatura inicial del producto

o con la que inicia el minuto 0) L = 10

(80.6 - 92) 5.5

= 8.45 E-03

5.5 °C

F Tz = F 80.6 °C = L × 1 min = (8.45 E-03)(1 min) = 8.45 E-03 min F acumulado = z T

t

∑ F = F (min 0) = 8.45 E-03 min z T

z T

0

• Del minuto 1 al minuto 2 Temperatura = 80.8 °C (temperatura del producto con

la que inicia el minuto 1)

(80.8 - 92) L = 10 5.5 = 9.2 E-03

5.5 °C

F Tz = F 80.8 °C = L × 1 min = (9.2 E-03)(1 min) = 9.2 E-03 min F Tz acumulado =

t

∑ F = F (min 0) + F (min 1) z T

z T

z T

0

F Tz acumulado = 8.45 E-03 min + 9.2 E-03 min = 0.01766 min y así sucesivamente para cada minuto hasta finalizar el calentamiento.

Para el enfriamiento:

• Del minuto 31 al minuto 30:

Temperatura = 47.6 ºC

(47.6 - 92) L = 10 5.5 = 8.0 E-09 5.5 °C

F Tz = F 47.6 °C = L × 1 min = (8.0 E-09)(1 min) = 8.0 E-09 min

t F Tz acumulado = F Tz (min 31) = 8.0 E-09 min

∑ 0

• Del minuto 30 al minuto 29:

Temperatura = 50.1 °C

(50.1 - 92) L = 10 5.5 = 2.4 E-08

179 5.5 °C

F Tz = F 50.1 °C = L × 1 min = (2.4 E-08)(1 min) = 2.4 E-08 min

t F Tz acumulado = F Tz = F Tz (min 31) + F Tz (min 30) 0

z F T acumulado = 8.0 E-09 min + 2.4 E-08 min = 3.2 E-08 min

y así sucesivamente hasta “comenzar” el enfriamiento.

∑

Para obtener la Fproc Fproc (min n) =

FT acumulada en el F acumulada en + T calentamiento hasta el min n el enfriamiento

Por tanto, Fproc (min 15) = 2.19267 min (calentamiento) + 0.5856 min (enfriamiento) = 2.7782 min

5.5 °C lo cual es mayor que el valor de F 92° = 1.65 min requerido, en función de

TMTT Fz 2.7782 = zT → >1 1 F req 1.65 Fproc (min 14) = 1.81089 min (calentamiento) + 0.5856 min (enfriamiento)

= 2.3964 min, que continúa siendo mayor que el valor de F 5.5 °C 92° requerido

2.3964 >1 1.65 Fproc (min 13) = 1.45977 min (calentamiento) + 0.5856 min (enfriamiento)

= 2.0453 min 2.0453 >1 1.65 Fproc (min 12) = 1.15009 min (calentamiento) + 0.3237 min (enfriamiento)

[véase pie de la tabla 7.3].

1.4738 Fproc = 1.4738 min y < 1, lo que significa un proceso insuficiente.

1.65 Por ende, el tiempo requerido para este producto en particular es de 13 minutos.

180

cap. 7. procesamiento térmico

Es decir, para asegurar su esterilidad comercial, el producto debe permanecer 13 minutos en el medio de calentamiento (a 92 °C), e inmediatamente proceder a su enfriamiento.

Ejemplo 2 Si, en dado caso, la F de proceso obtenida por el tiempo total de calentamiento y enfriamiento de los datos de penetración de calor no fuese suficiente para llegar al F Tz requerido para tal proceso, entonces es preciso aumentar el número de minutos necesarios (a la última temperatura de calentamiento obtenida en los datos) para obtener un valor igual o mayor que el F Tz requerido. Con objeto de ilustrar este último procedimiento, a continuación se presenta un ejemplo simplificado: 5.5 °C Si el producto por procesar requiere una F 92 °C = 1.65 min y se tienen los siguientes valores (resumidos) de penetración de calor, valores F Tz y F Tz acumulado:

Tiempo (min)

Temperatura (°C)

z T

F (min)

F Tz acumulado (min)

Calentamiento 0 . . .

10

65.0 . . .

89.0

1.2E-05 . . .

0.2848

1.2E-05 . . .

0.9643

Enfriamiento 11 . . .

20

86.5 . . .

70.0

0.1000 . . .

1.0E-04

0.4100 . . .

1.0E-04

De los datos anteriores se desprende que a los 10 minutos de proceso (10 min en el medio de calentamiento y su posterior enfriamiento) se tiene:

181 Tabla 7.3. Valores de FT y Fproc correspondientes a la historia térmica de néctar de durazno en envases de hojalata núm. 1½.

F Tz (min) T - 92 5.5

Tiempo (min)

Temperatura (°C )

L = 10 F Tz = (L × 1 min)

F Tz acumulado (min) t

∑ 0

F Tz

Fproc ⇔ Freq

Calentamiento 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

80.6 80.8 81.5 82.5 83.4 84.5 85.3 86.0 86.8 87.3 87.8 88.3 88.7 89.2 89.5 89.7

8.45 E-03 9.20 E-03 0.012233 0.01874 0.02731 0.04329 0.06510 0.08111 0.11338 0.13978 0.17233 0.21246 0.25119 0.30968 0.35111 0.38178

8.45 E-03 0.01766 0.02999 0.04873 0.07604 0.11933 0.17984 0.26095 0.37433 0.51411 0.68644 0.8989 1.15009 1.45977 1.81089 2.19267

*1.4738 < 1.65 2.0453 > 1.65 2.3964 > 1.65 2.7782 > 1.65

Enfriamiento 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

88.8 87.3 86.1 85.0 83.9 80.5 78.4 75.0 69.1 65.3 62.8 58.2 55.0 52.3 50.1 47.6

0.26193 0.13978 0.08458 0.05337 0.03367 8.1 E-03 3.3 E-05 8.1 E-04 7.0 E-05 1.3 E-05 4.9 E-06 7.1 E-07 1.8 E-07 6.1 E-08 2.4 E-08 8.0 E-09

0.5856 0.3237 0.1839 0.09933 0.04596 0.01229 4.2 E-03 8.9 E-04 8.8 E-05 1.8 E-05 5.8 E-06 9.8 E-07 2.7 E-07 9.3 E-08 3.2 E-08 8.0 E-09

* El enfriamiento empezaría a los 87.3 °C y no a los 88.8 °C ya que a los 12 minutos la temperatura alcanzada es de 88.7 °C.

182 Fproc =

F Tz acumulado en el F z acumulado en + T calentamiento el enfriamiento

Fproc (min 10) = 0.9843 min + 0.4100 min = 1.3943 min 5.5 °C que es un valor inferior a F 92 °C = 1.65 min y, por tanto, representa un tratamiento térmico insuficiente.

En cambio, si se deja el producto un minuto más en el medio de calentamiento (temperatura mínima del producto = 89 °C), entonces se tiene:

F Tz de un minuto F acumulado adicional en el F z acumulado en Fproc = + + T en calentamiento calentamiento el enfriamiento (con 89 °C) z T

Fproc (min 11) = 0.9843 min + 0.2848 min + 0.4100 min = 1.6791 min, lo cual representa un tratamiento térmico suficiente ya que 1.679 min > 1.679 1.65 min, o > 1.

1.65 Así, el tiempo de calentamiento requerido para este producto es de 10 min + 1 min = 11 min.

Productos cuya curva logarítmica de penetración de calor es una línea quebrada Algunos productos, como aquellos con alto contenido de almidón, presentan un aumento importante en su viscosidad después de alcanzar cierta temperatura durante su procesamiento térmico (debido a la gelatinización del almidón), por ejemplo, algunas sopas, cremas, salsas y rellenos de fruta para pays, a los que se les adiciona almidón u otros hidrocoloides como espesantes. En estos casos, cuando se grafican los datos de penetración de calor contra tiempo en papel semilogarítmico, se obtiene, en la etapa de calentamiento, una línea quebrada, después de la fase lag correspondiente.

Cuando esto se presenta, el cálculo del tiempo de procesamiento térmico puede efectuarse mediante el método general mejorado, tal como fue descrito previamente, o bien puede aplicarse el método de la fórmula con algunas modificaciones, considerando que en la curva de calentamiento se tendrán ahora dos valores de fh ( fh1 y fh2) en lugar de uno solo.

7.2. cálculo del procesamiento térmico

183

Ejemplo: Determinar el tiempo de procesamiento térmico requerido para sopa de chícharo (pH = 5.2) en latas núm. 303 (303 × 406), procesada en autoclave estacionaria a 121 °C (Pvapor = 1.08 kg/cm2) con un tiempo de arranque de 6 minutos y posteriormente enfriada con agua a 20 °C, cuyos datos de penetración de calor son los siguientes:

Calentamiento

Enfriamiento

Tiempo (min)

Temperatura (°C )

Tiempo (min)

Temperatura (°C )

Tiempo (min)

Temperatura (°C )

Tiempo (min)

Temperatura (°C )

0

85.0

12

113.1

23

117.0

33

57

1

86.3

13

114.0

24

113.0

34

53.2

2

87.6

14

114.9

25

108.7

35

49.8

3

93.3

15

115.6

26

99.6

36

46.7

4

97.8

16

116.2

27

91.3

37

43.9

5

101.6

17

116.8

28

83.9

38

41.4

6

104.7

18

117.3

29

77.3

39

39.2

7

106.0

19

117.7

30

71.4

40

37.2

8

107.8

20

118.1

31

66.0

41

35.5

9

109.4

21

118.5

32

61.3

10

110.8

22

118.8

11

112.0

Solución 1. Independientemente del método que se utilice para el cálculo del tiempo de proceso, primeramente se calcula el F Tz requerido:

Por tratarse de un producto no ácido (pH = 5.2), se considera que Cl. botulinum es el microorganismo base del proceso.

184

cap. 7. procesamiento térmico

Conforme a la tabla 7.2, Cl. botulinum tiene z = 10 °C (18 °F); D121 °C = 0.21 min;

factor D por considerar: 12; por lo que

10 °C F 121 °C = 12 D121 °C = 12 × 0.21 min = 2.52 min 2. Cálculo del tiempo de procesamiento térmico por el método de la fórmula.

Se grafican en papel semilogarítmico los datos de penetración de calor (recordando que para la etapa de calentamiento el papel está invertido).

Temperatura de calentamiento (ºC) 120.9

Temperatura de enfriamiento (ºC) 1020

120.8 120.7

320 220

120

120

119 118 111

fh1

101 91

50 40 30

fc fh2

23 22

21

21 0

10

20

30

40

50

Tiempo (min)

En este caso: B = fh1 (log JhIh) + ( fh2 - fh1)(log gbh) - fh2 (log g)

7.2. cálculo del procesamiento térmico

185

donde: B = Tiempo de proceso requerido (min). fh1 = Tiempo (min) para que la primera recta de la curva de calentamiento atraviese un ciclo logarítmico.

fh2 = Tiempo (min) para que la segunda recta de la curva de calentamiento atraviese un ciclo logarítmico.

gbh = Valor g correspondiente al tiempo en que se corta la primera recta = T0 - Tmáx .

Tmáx = Temperatura en la que corta la primera recta de calentamiento.

gh2 = Valor g al final del calentamiento (se obtiene de tablas con el f valor calculado de h ).

Uh2

U, Ih , Jh , Tc , To , Ti , TE , TH , Te = como se describieron anteriormente.

Nota: Debido a la necesidad de utilizar tablas cuyos valores de temperatura están dados en grados Fahrenheit, es recomendable en este caso manejar todas las temperaturas en dicha unidad.

Así, se tiene de los datos:

de la curva:

Tc = 121 °C = 250 °F Ti = 85 °C = 185 °F TE = 20 °C = 68 °F Te = 117 °C = 242.6 °F

U = FTref × Fi

fh1 = fh2 = T0 = TH = Tmáx =

U = 2.52 min × 1 = 2.52 min Jh =

Tc - T0 250 °F - 165.2 °F = = 1.3; Fi = 10 250 °F - 185 °F Tc - Ti

Ih = Tc - Ti = 250 °F - 185 °F = 65 °F Jc =

TH - TE 314.6 °F - 68 °F = = 1.41 Te - TE 242.6 °F - 68 °F

Tc - Tmáx = 250 °F - 222.8 °F = 27.2 °F

13 min 18.1 min 74 °C = 165.2 °F 157 °C = 314.6 °F 106 °C = 222.8 °F

(250 °F - 250 °F) 18 °F

= 100 = 1

186

cap. 7. procesamiento térmico

En la tabla “fh /U - Jc - g” correspondiente a z = 18 °F (Stumbo, 1976), se localiza el valor de fh /Ubh (fh /U ) con los datos de Jc = 1.41 y gbh ( g) = 27.2 °F, obteniéndose: fh = 125 Ubh Se localiza en la tabla “g - log g - r ” (Stumbo, 1976) el valor de r (factor de proporcionalidad) correspondiente, con los datos: g ⇒ gbh = 27.2 °F y log g ⇒ log gbh = 1.434, obteniéndose r = 0.55 Se procede a calcular el valor fh = Uh2

fh2 r ( fh2 - fh1) U+ fh Ubh

=

fh con la ecuación Uh2 18.1 min

2.52 min

0.55(18.1 min - 13 min) 125

= 7.12

Con este valor y Jc = 1.41, se localiza nuevamente en la tabla “fh /U - Jc - g” para z =18 °F, el valor de gh2, obteniéndose gh2 = 8.0 °F. Finalmente, se sustituyen valores en la ecuación para obtener el tiempo de proceso: B = 13 min (log 1.3 × 65 °F) + (18.1 min - 13 min) log 27.2 °F - 18.1 min log 8 °F B = 16.02 min, que “estrictamente” corresponderían a 17 minutos de proceso.

3. Cálculo del tiempo de procesamiento térmico por el método ge­ neral mejorado.

En este caso se tendría que (T - 121 °C)

Valor letal = L = 10 F Tz = L × 1 min Facumulado =

t

∑F 0

z T

10 °C

187 TempeTiempo ratura (min) (°C)

Valor letal (min)

F Tempeacumulada Tiempo ratura (min) (min) (°C)

Calentamiento

Valor letal (min)

F acumulada (min)

Enfriamiento

0

85.0

0.000251

2.51E-04

24

117.0

0.398107

0.624050

1

86.3

0.000339

5.90E-04

25

113.0

0.158489

0.225943

2

87.6

0.000457

1.05E-03

26

108.7

5.89E-02

6.74E-02

3

93.3

0.001698

2.75E-03

27

99.6

7.24E-03

8.57E-03

4

97.8

0.004786

7.53E-03

28

91.3

1.07E-03

1.32E-03

5

101.6

0.011482

1.90E-02

29

83.9

1.95E-04

2.54E-04

6

104.7

0.023442

4.25E-02

30

77.3

4.27E-05

5.86E-05

7

106.0

0.031623

7.41E-02

31

71.4

1.10E-05

1.59E-05

8

107.8

0.047863

0.121941

32

66.0

3.16E-06

4.95E-06

9

109.4

0.069183

0.191124

33

61.3

1.07E-06

1.80E-06

10

110.8

0.095499

0.286624

34

57.0

3.98E-07

7.20E-07

11

112.0

0.125893

0.412516

35

53.2

1.66E-07

3.23E-07

12

113.1

0.162181

0.574697

36

49.8

7.59E-08

1.57E-07

13

114.0

0.199526

0.774224

37

46.7

3.72E-08

8.12E-08

14

114.9

0.245471

1.019694

38

43.9

1.95E-08

4.41E-08

15

115.6

0.288403

1.308097

39

41.4

1.10E-08

2.46E-08

16

116.2

0.331131

1.639228

40

39.2

6.61E-09

1.36E-08

17

116.8

0.380190

2.019418

41

37.2

4.17E-09

6.98E-09

18

117.3

0.426580

2.445998

42

35.5

2.82E-09

2.82E-09

19

117.7

0.467735

2.913733

20

118.1

0.512861

3.426594

21

118.5

0.562341

3.988935

22

118.8

0.602560

4.591495

23

119.0

0.630957

5.222452

188

cap. 7. procesamiento térmico

Se tiene que: 10 °C z F Tref = F 121 °C = 2.52 min

y

Fproceso debe ser ≥ FTref

y como FT acumulado FT acumulado + = Fproceso en el calentamiento en el enfriamiento A los 16 min: 1.639 min + 0.6240 = 2.263 min < 2.52 min A los 17 min: 2.019 min + 0.6240 = 2.643 min > 2.52 min Por tanto, el tiempo de proceso requerido es de 17 minutos.

4. Finalmente, dado que el proceso se efectúa en una autoclave estacionaria con un tiempo de arranque de 6 minutos, independientemente del método de cálculo del tiempo de proceso, éste debe corregirse:

Tiempo de proceso corregido = tiempo de proceso calculado - 42 % del tiempo de arranque.

Tiempo de proceso corregido = 17 min - (0.42 × 6 min) = 14.48 ⇒ 15 min.

Así, el tiempo de proceso, a partir de que la autoclave alcance la temperatura de 121 °C, debe ser de 15 minutos.

Por último, es importante recalcar que el tiempo de tratamiento térmico determinado por cualquiera de los métodos descritos será válido siempre y cuando se mantengan constantes todas las variables implícitas; si se modifica alguna de ellas, como la temperatura inicial del producto, la formulación de éste (grados Brix, pH, viscosidad, etc.), las características del envase (material, geometría, capacidad), el espacio libre de cabeza en el envase, la temperatura del medio de calentamiento o la temperatura del medio de enfriamiento, deberá obtenerse una nueva historia de penetración de calor y con ella realizar el correspondiente cálculo del tiempo de proceso requerido.

189 7.2.2. Procesamiento térmico fuera

del envase Cuando el tratamiento térmico se aplica a productos fluidos antes del envasado en intercambiadores de calor (métodos indirectos) continuos, por lo general el producto se calienta rápidamente hasta una determinada temperatura, se mantiene a esa temperatura por un tiempo preestablecido y enseguida se enfría de manera acelerada. En estos casos es frecuente considerar los valores letales del calentamiento y enfriamiento como factores de seguridad y determinar el valor F del proceso únicamente con base en el tiempo de mantenimiento.

En estos sistemas, para conseguir que el tiempo de mantenimiento requerido sea suficiente para todas las partículas contenidas en la masa del fluido, deben tomarse en cuenta no sólo la capacidad del sistema y la velocidad con que el fluido se bombea a través de él, sino también las características reológicas del producto que determinarán la forma en que éste fluirá a través del sistema.

Es importante mencionar que, cuando la pasteurización o esterilización comercial de productos fluidos se realiza antes del envasado, es posible aplicar procesos de alta temperatura en corto tiempo, lo cual facilita la optimización del proceso térmico dada la diferencia en la dependencia térmica (valor z) entre la inactivación microbiana y la destrucción de nutrientes y factores de calidad sensorial.

Sin embargo, si la temperatura de proceso es demasiado elevada y, en consecuencia, los tiempos de proceso son muy cortos, puede alcanzarse un punto donde el tratamiento destruya esporas microbianas pero no inactive enzimas termorresistentes (ETR). Esto ocurre debido a la diferencia en las constantes de velocidad de reacción para dichas enzimas en comparación con las esporas. A bajas temperaturas, la velocidad de destrucción de las ETR es mayor que para las esporas, pero, conforme se incrementa la temperatura, la velocidad de destrucción de las esporas aumenta más rápidamente que la de las ETR. Puede llegarse entonces a una temperatura tal que el proceso basado en la destrucción de esporas no inactive las ETR, lo que puede ocasionar deterioro del producto por actividad enzimática durante su almacenamiento.

En estos casos, la determinación del proceso térmico debe basarse en la inactivación de ETR y no en la destrucción de esporas. La temperatura a la cual la velocidad de destrucción de ETR es igual a la de las esporas normalmente se encuentra entre los 135 y los 145 °C (270 a 290 °F).

Cuando los productos son procesados a temperaturas superiores a éstas,

190

cap. 7. procesamiento térmico

es difícil calcular con precisión las condiciones para lograr la destrucción de esporas y ETR causando un daño mínimo a nutrientes y atributos de calidad.

El cálculo de las condiciones de operación para el tratamiento térmico de productos fluidos en intercambiadores de calor comprende lo siguiente:

a) Determinar el área de transferencia de calor y las condiciones de operación requeridas para calentar el producto, desde su temperatura inicial hasta la temperatura de proceso empleada (sección de calentamiento), y posteriormente enfriarlo desde dicha temperatura hasta aquella a la que el producto debe salir del equipo para su inmediato envasado (sección de enfriamiento). b) Con base en el valor F Tz proceso (min) requerido (ya sea para el microorganismo o para la enzima más termorresistente), determinar el tiempo de mantenimiento del producto a la temperatura de proceso, lo cual será función del área del equipo y de la velocidad de flujo del producto en la sección de mantenimiento.

El cálculo de las secciones de calentamiento y enfriamiento se efectúa mediante el balance de calor en dichas secciones.

Para la sección de calentamiento se tiene: Q = ma Cpa T = ma Cpa (Tp - Ta) Q = ms λs Q = AU Tml T1 = Ts - Ta T2 = Ts - Tp (Ts permanece constante ya que sólo se trasmite calor latente de condensación.) Tml =

T1 - T2 1n(T1/T2)

donde: Q= ma = Cpa = Tp = Ta = ms =

Velocidad de transferencia de calor (kcal/h).

Velocidad másica de producto alimentado (kg/h).

Calor específico del producto (kcal/kg °C).

Temperatura de proceso (°C).

Temperatura de alimentación del producto (°C).

Velocidad másica de vapor de calentamiento (kg/h).

7.2. cálculo del procesamiento térmico

λs = A= U= Ts = Tml =

191

Calor latente de condensación de vapor (kcal/kg). Área de transferencia de calor (m2).

Coeficiente global de transferencia de calor (kcal/hm2 °C).

Temperatura del vapor de calentamiento (°C).

Temperatura media logarítmica.

Para la sección de enfriamiento, se tiene Q = ma Cpa T = ma Cpa (Tp - TE) Q = me Cpe T = me Cpe (Te2 - Te1) Q = AU Tml Tml =

T1 - T2 1n(T1/T2)

T1 = Tp - Te1 T2 = TE - Te2 donde: TE = Temperatura del producto a la salida del enfriamiento (°C). me = Velocidad másica del medio de enfriamiento (kg/h).

Cpe = Calor específico del medio de enfriamiento (kcal/kg °C).

Te1 = Temperatura inicial del medio de enfriamiento (°C).

Te2 = Temperatura final del medio de enfriamiento (°C).

El cálculo de la sección de mantenimiento depende del tipo de intercambiador de calor utilizado. Para un intercambiador de calor de tubos, el tiempo de residencia del producto en la zona de mantenimiento de temperatura se calcula de la siguiente manera: tmedio = A1L F donde: tmedio = tiempo medio de residencia del fluido (min) en este caso: A1 = πr 2

(16)

192

cap. 7. procesamiento térmico

Al = área de la sección transversal del tubo de mantenimiento (m2) y como L = longitud del tubo de mantenimiento (m) F = velocidad de flujo volumétrico (m3/min) Vmedia =

F A1

(17)

r = radio interno del tubo de mantenimiento (m).

Vmedia = velocidad media del fluido (m/min).

Sustituyendo la ecuación 17 en la 16: tmedio =

L Vmedia

(18)

Sin embargo, cuando se trata del cálculo de procesos térmicos, debe emplearse el tiempo de residencia de la parte del fluido con mayor velocidad de flujo, es decir, la parte que permanece menos tiempo en el tubo de mantenimiento (tmin), ya que esta porción del fluido recibe un menor tiempo de calentamiento y, por consiguiente, es la que tiene mayor probabilidad de supervivencia de microorganismos; normalmente corresponde a aquella que se localiza en el centro geométrico del tubo.

Así, la ecuación 18 se convierte en tmin =

L Vmáx

(19)

tmin = Tiempo mínimo de residencia del producto en el tubo de mantenimiento (min) = F Tz .

Vmáx = Velocidad máxima del fluido (m/min)

y se tiene que:

• Para fluidos newtonianos en flujo laminar: Vmáx = 2Vmedia

(20)

7.2. cálculo del procesamiento térmico

193

• Para fluidos no newtonianos en flujo laminar: Vmáx =

(3n + 1) Vmedia n+1

(21)

donde n = índice de flujo (de tablas)

• Para fluidos newtonianos en flujo turbulento: Vmáx =

Vmedia (0.0336log Re) + 0.662

(22)

recordando que Re =

DVδ µ

(23)

donde: Re = Número de Reynolds (adimensional).

D = Diámetro del tubo (m).

V = Velocidad de flujo (m/s). δ = Densidad del fluido (kg/m3 ). µ = Viscosidad del fluido (Pa s)

⋅

y que

Re < 2100 ⇒ flujo laminar 2100 < Re < 4000 ⇒ zona de transición Re > 4000 ⇒ flujo turbulento

Ejemplo Se requiere tratar térmicamente, para su posterior envasado aséptico, un jugo de frutas (pH = 4.3) en un intercambiador de calor conti­ nuo que consta de cuatro tubos horizontales de 3 pulgadas (medida nominal) y cuyo diámetro interno es de 0.07289 m. El intercambiador de calor consta de una sección de calentamiento, una de mantenimiento y una de enfriamiento, de acuerdo con el esquema que se presenta a continuación.

El tratamiento térmico se efectúa a 95 ºC y a una velocidad de flujo del producto de 20 l /min (para alimentar el sistema de envasado). De-

194

cap. 7. procesamiento térmico

terminar la longitud de los tubos de cada sección del intercambiador de calor para obtener la esterilidad comercial del jugo que entra al sistema a 35 ºC y que debe salir a 26 ºC para su envasado.

Vapor

Agua fría

Producto sin esterilizar

Producto esterilizado

Condensado

Envasado

Agua de salida

Sección de Sección de Sección de calentamiento mantenimiento enfriamiento

Datos del producto:

⋅

µ = 7Cp = 0.007Pa s δ = 1070 kg/m3 Cpa = 0.82 kcal/kg ºC F = 20 l /min = 0.33 l /s = 3.3 E-04 m3/s = 1.18 m3/h ma = F δ = (1.18 m3/h)(1070 kg/m3) = 1271.16 kg/h

⋅

Datos del equipo: U (calentamiento) = 1200 kcal/h m2 ºC. U (enfriamiento) = 980 kcal/h m2 ºC. r (de un tubo) = D/2 = 0.03645 m.

Número de tubos = 4.

Datos de operación: Presión de vapor de calentamiento = 1.4 kg/cm2 que proporciona una Ts = 126 ºC (de tablas de vapor) λs = λ126 ºC = 522 kcal/kg

7.2. cálculo del procesamiento térmico

195

Medio de enfriamiento: agua Te1 = 2 ºC Te2 = 12 ºC Cpe = 1.0 kcal/kg ºC Solución 1. Cálculo de la sección de calentamiento: Q = (1271.16 kg/h)(0.82 kca/kg ºC)(95 ºC - 35 ºC ) = 62 541.07 kcal/h Q 62541.07 kcal/h ms = = = 119.8 kg/h de vapor de calentamiento λs 522 kcal/kg T1 = 126 °C - 35 °C = 91 °C T2 = 126 °C - 95 °C = 31 °C 91 °C − 31 °C Tml = = 55.72 ºC 1n(91 °C/31 °C) A=

Q 62 541.07 kcal/h = = 0.935 m2 UTml (1200 kcal/hm2 °C)(55.72 °C)

Dado que el equipo consta de cuatro tubos: Atubo = 2πrL = πDL A4 tubos = 4πDL A 0.935 L= = = 1.02 m 4πD 4π(0.07289) 2. Cálculo de la sección de enfriamiento: Q = (1271.16 kg/k)(0.82 kcal/kg ºC)(95 ºC – 26 ºC) = 71 922.23 kcal/h me =

119.87/min 71 922.23 kcal/h = 7192.22 kg/h = de agua (1 kcal/kg°C)(12 °C - 2 °C) enfriamiento

T1 = 95 ºC - 2 ºC = 93 ºC T2 = 26 ºC - 12 ºC = 14 ºC Tml =

79 93 °C − 14 °C = = 41.72 ºC 1n(93 °C/14 °C) 1n(6.643)

196 A=

71 922.23 kcal/h = 1.76 m2 (8980 kcal/hm2 °C)(41.72 °C)

L=

A 1.76 m2 = = 1.92 m 4πD 4π(0.07289)

3. Cálculo de la sección de mantenimiento: Como la temperatura de proceso es de 95 °C, debe tomarse el microorganismo como base del tratamiento térmico y no la enzima más termorresistente.

Por tratarse de un producto ácido (pH = 4.3), se considera que Byssoch­ lamys fulva es el microorganismo base de diseño, cuyos valores de z y D, de acuerdo con la tabla 7.2, son z = 5.5 °C D85 ºC = 5 min Se considera un factor D = 6, por lo que 5.5 °C = 6D = (6)(5 min) = 30 min.

F 85 °C

Como la temperatura de proceso es de 95 °C y no de 85 °C, de la ecua­ ción 12, F

5.5 °C 95 °C

= 10

(85 °C - 95 °C) 5.5 °C

× 30 min = 0.456 = 27.36s

y de acuerdo con el criterio antes mencionado, de considerar únicamente el tiempo de mantenimiento como valor letal: 5.5 °C tmin = F 95 °C = 27.36s =

L Vmáx

Por tratarse de un intercambiador de calor de tubos, se utilizan las ecuaciones 16 a 23: Vmedia =

F F = A1 πr 2

Como el equipo posee cuatro tubos: Vmedia =

3.3E - 04 m3/s F = = 0.02 m/s 4πr 2 4π(0.03645 m2)

7.2. cálculo del procesamiento térmico

197

Con objeto de calcular Vmáx , se determina el tipo de flujo de acuerdo con el valor de Reynolds correspondiente: Re =

3 DVδ (0.07289 m)(0.02 m/s)(1070 kg/m ) = = 222.83 0.007 Pa s µ

⋅

222.83 < 2100 ⇒ se tiene flujo laminar por lo que Vmáx = 2Vmedia = 2(0.02 m/s) = 0.04 m/s L Vmáx L = tmin Vmáx = (27.36 s)(0.04 m/s) = 1.09 m

tmin =

⋅

Por consiguiente, para obtener la esterilidad comercial del jugo de frutas con las condiciones descritas en este ejemplo, los tubos de cada una de las secciones del intercambiador de calor deben tener las siguientes longitudes: Sección de calentamiento: 1.02 m Sección de mantenimiento: 1.09 m Sección de enfriamiento: 3.84 m y el tiempo de permanencia del jugo en cada una de las secciones será como sigue: Para la sección de calentamiento: tmin =

1.02 L = = 25.5 Vmáx 0.04 m/s

Para la sección de mantenimiento: 5.5 °C tmin = F 95 °C = 27.36 s

Para la sección de enfriamiento: tmin =

1.92 L = = 48 s Vmáx 0.04 m/s

198

cap. 7. procesamiento térmico

Lo anterior da un tiempo total de proceso de 100.86s = 1.68 min ≅ 1.7 minutos.

Finalmente, es importante mencionar que, con objeto de reducir el gasto energético de las operaciones de calentamiento y enfriamiento, es común incluir en los intercambiadores de calor una sección de precalentamiento-preenfriamiento para aprovechar el propio calor del fluido que se está procesando.

7.3. Equipo para el procesamiento

térmico 7.3.1. Productos envasados La industria alimentaria produce una amplia gama de productos envasados en distintos recipientes, por lo que se requieren diversas técnicas de tratamiento térmico, diferentes diseños de esterilizadores y autoclaves, así como la adaptación de procedimientos operativos para cada caso en particular.

7.3.1.1. Requerimientos básicos de equipos

para tratamiento térmico Alimentos ácidos. Para el tratamiento térmico de productos ácidos (pH de 4.5 o menor), como la mayoría de los productos de frutas, encurtidos, etc., generalmente se aplican temperaturas de 100 °C o menores (por lo que este proceso también se denomina pasteurización), debido a que si se utilizaran temperaturas mayores (vapor a presión), los tiempos de proceso requeridos serían tan cortos que no se podría tener un control exacto de éste y normalmente se provocaría un sobreproceso del pro­ducto.

Para este fin, por lo general se ocupan sistemas de tratamiento térmico a base de baños de agua caliente, ya sean continuos o discontinuos.

Debido al empleo de temperaturas moderadas de proceso y de agua como medio de calentamiento, estos sistemas resultan convenientes para casi cualquier tipo de envase, como latas metálicas y envases de vidrio, plásticos y flexibles.

Alimentos de baja acidez en envases metálicos. Los productos de baja acidez (pH superior a 4.5), como la mayoría de los productos de hor-

7.3. equipo para el procesamiento térmico

199

talizas, requieren para su tratamiento térmico de temperaturas superiores a 100 °C con objeto de reducir los tiempos de proceso. Es habitual que estos productos sean tratados con vapor a presión, a temperaturas de 121 °C o superiores. La autoclave o retorta es el equipo más común para este tipo de proceso, principalmente cuando se trata de productos envasados en latas metálicas.

Alimentos de baja acidez en envases de vidrio, de plástico o flexibles. Para esterilizar productos de baja acidez (pH de 4.5 o mayor) envasados en frascos de vidrio, plásticos semirrígidos con tapas selladas por calor, bolsas flexibles o bandejas de metal, se necesitan temperaturas de esterilización elevadas (121 °C o superiores). Sin embargo, estos envases o sus cierres tienen una limitada resistencia a la presión interna generada durante el calentamiento. Cuando la presión interna del envase es mayor que la externa, éste podría romperse, como en el caso del vidrio; deformarse o hincharse, como ocurre con los envases de plástico; o bien perder la integridad del cierre, como sucede con los envases flexibles.

Para estos casos, se recurre a lo que se denomina sobrepresión, la cual se refiere a un exceso de presión que se ejerce en la autoclave además de la ya ejercida por el medio de calentamiento a una temperatura de proceso dada. Así, en una autoclave de vapor a 121 °C, la presión es de 1.05 kg/cm2; cualquier exceso de presión que se suministre a la autoclave corresponde a una sobrepresión.

La sobrepresión puede ser proporcionada en una autoclave mediante mezclas vapor/aire o vapor/agua y se requiere para mantener la integridad del envase. Cada tipo de envase puede requerir una cantidad de sobrepresión diferente en tiempos distintos durante los ciclos de calentamiento y enfriamiento. Mucha sobrepresión al inicio puede producir el colapso o la distorsión permanente de los envases plásticos. Una sobrepresión insuficiente durante el procesamiento o el enfriamiento puede hacer que los envases se hinchen, lo cual puede dañar sus sellos, afectar las características de calentamiento del producto o interferir con los patrones de circulación de agua en el autoclave. Asimismo, factores como la temperatura de llenado del producto, el espacio libre del envase, el vacío en el envase, la temperatura de proceso y el aire atrapado en el pro­ ducto pueden afectar la sobrepresión requerida.

Los sistemas de esterilización con sobrepresión son prácticamente los mismos que para el procesamiento térmico de envases metálicos, con la diferencia de que como medio de calentamiento se utilizan mezclas vapor/aire en proporciones calculadas para alcanzar la temperatura necesaria en el vapor y la sobrepresión de aire para mantener la integridad del envase.

200

cap. 7. procesamiento térmico

Con el fin de asegurar la mezcla correcta de vapor y aire, estos equipos deben estar provistos de ventiladores que dispersen el vapor y el aire, de tal manera que se elimine la posibilidad de que se formen bolsas frías en la cámara de tratamiento térmico (esto ocurre debido a que la densi­ dad del aire es mayor que la del vapor de agua, por lo que hay una tenden­ cia natural a la formación de estratos o bolsas de aire).

Otra manera de procesar productos de baja acidez en envases de vidrio, de plástico o flexibles es mediante el uso de agua sobrecalentada (mezcla agua/vapor) como fluido calefactor. Este sistema se diferencia del uso de vapor por la inercia térmica del agua: en comparación con el vapor, la elevación y disminución de la temperatura es mucho más lenta cuando se emplea agua, pero el calentamiento y enfriamiento por agua evitan el choque térmico en el envase durante estos procesos.

7.3.1.2. Descripción de equipos para el

tratamiento térmico Los sistemas para el tratamiento térmico de alimentos pueden clasificarse en varias formas. Una de ellas es la siguiente: 1. Sistemas discontinuos, llamados también sistemas batch, en los que el equipo se carga con los envases, se cierra (si es necesario) y posteriormente se inicia un ciclo de tratamiento, y 2. Sistemas continuos, en los cuales los recipientes entran y salen del sistema en forma continua. Cada uno de estos sistemas posee ventajas y desventajas sobre el otro.

Los sistemas discontinuos se utilizan básicamente cuando el volumen de producción no es muy grande y/o cuando el monto de inversión de capital no alcanza para un sistema continuo. Algunas ventajas de los sistemas discontinuos para el tratamiento térmico son las siguientes: presentan una mayor flexibilidad para el tratamiento de diversos tipos y tamaños de envases, así como para distintas capacidades de producción, se requieren menores gastos de inversión en instalaciones, y el control del proceso es más sencillo. Sin embargo, sus desventajas consisten en los mayores costos de mano de obra, mayor gasto de agua y energía y menor eficacia en su uso, así como menor uniformidad en el tratamiento térmico entre cada uno de los lotes.

Por su parte, los sistemas continuos son menos flexibles y la inversión requerida es más elevada que para los discontinuos, pero si la capacidad de producción puede mantenerse elevada y por ende el grado de utilización del sistema, entonces el ahorro energético y de mano de obra hace que sea una inversión rentable.

201 Sistemas discontinuos Baño de agua caliente. Los sistemas discontinuos para el tratamiento térmico de productos ácidos envasados llegan a componerse simplemente de tanques o depósitos abiertos con agua calentada directa o indirectamente con vapor hasta la temperatura de proceso, en los que el producto se introduce en canastillas operadas mediante sistemas de poleas o similares, como se muestra en la figura 7.12. El agua debe ser continuamente recirculada para evitar la aparición de zonas calientes y frías. Una vez finalizado el calentamiento, será posible efectuar el enfriamiento de los envases en el mismo tanque si se sustituye el agua caliente por fría o si se utiliza una tina de enfriamiento separada.

Figura 7.12. Tanque abierto con baño de agua caliente. (Fuente: Dixie Canner Equipment, Catálogo de equipo.)

202

cap. 7. procesamiento térmico

Otros sistemas aplican agua en forma de lluvia. Esta técnica requiere el empleo de un sistema externo de inyección de vapor o de un sistema intercambiador de calor fuera del equipo que calienten el agua hasta la temperatura precisa antes de introducirla a la cámara de procesamiento por pulverización. Es imprescindible lograr una adecuada distribución del agua ya que, en caso contrario, puede producirse estratificación y ocasionar que algunos productos reciban un tratamiento térmico inadecuado.

Autoclaves. Las autoclaves calentadas con vapor a presión son el sistema más utilizado en el procesamiento térmico de productos enlatados de baja acidez. En ellas, el producto se coloca en canastillas inmediatamente después del cierre de las latas y se introduce en el cuerpo de la autoclave, construida de metal resistente a la presión y provista de entradas para vapor, agua y aire y con bocas de salida para purgar el aire y drenar el equipo. Existen diseños verticales u horizontales de autoclaves discontinuas, uno de los cuales se ilustra en la figura 7.13.

Escape de aire

Aire comprimido

Flujo del exceso de agua

Aparato de control

Válvula manual

Válvula de control automático Vapor de agua Agua de refrigeración Desagüe Figura 7.13. Autoclave discontinua vertical. (Fuente: Brennan et al., 1980.)

7.3. equipo para el procesamiento térmico

203

La esterilización en autoclave es, en esencia, una operación cíclica que comprende las siguientes fases:

• Purga de la autoclave.

• Elevación de la temperatura.

• Mantenimiento de la temperatura.

• Enfriamiento.

La purga consiste en eliminar el aire presente inicialmente en la auto­ clave mediante la introducción de vapor a través de ésta, manteniendo abiertas las válvulas de purgado y drenado. Esta operación es importante ya que, si la esterilización se realiza en presencia de aire, se reduce considerablemente el coeficiente de transferencia de calor y, por la diferencia de peso, el aire tiende a acumularse en el fondo de la autoclave, provocando la heterogeneidad del tratamiento térmico.

La elevación de la temperatura se efectúa con la autoclave purgada y totalmente cerrada y es controlada mediante una válvula reguladora de presión de vapor.

Cuando la autoclave alcanza la temperatura de esterilización, el man­ tenimiento estable de ésta se controla por medio de una válvula de modulación o termostato. A pesar de que el tiempo real de esterilización se inicia cuando la autoclave ha alcanzado la temperatura de operación (generalmente a 121 °C), los envases reciben calor durante la elevación de la temperatura, por lo que este tiempo debe considerarse en la estimación de la letalidad del tratamiento.

El enfriamiento constituye una fase crítica en el proceso tanto para evitar el sobreprocesamiento del producto como para la integridad de los envases, debido al riesgo de apertura e hinchamiento de los recipientes a causa del desequilibrio de la presión, ya que el descenso de la temperatura en el interior de los envases y, por ende, de su presión interna es mucho más lento que en el exterior, de modo que este desequilibrio se traduce en una sobrepresión en el interior del envase. Para evitar este tipo de problemas, durante el enfriamiento se introduce en la autoclave una contrapresión de aire comprimido que contrarresta el déficit externo de presión.

Autoclaves rotatorias. Algunas autoclaves discontinuas por vapor están diseñadas de modo que provocan en las latas un movimiento rotatorio sobre su eje horizontal, con el fin de agitar el producto y con ello acelerar la transferencia interna de calor. Estos equipos se denominan rotatorios; el movimiento del envase se ilustra en la figura 7.14.

204

Figura 7.14. Movimiento de los envases en un autoclave rotatoria.

(Fuente: Hersom y Hulland,1974.)

Las autoclaves rotatorias son especialmente efectivas cuando el producto por calentar es un fluido viscoso (como sopas o cremas concentra­ das, salsa o puré de tomate, etc.) ya que en estos casos el calentamien­to se efectúa básicamente por convección y el movimiento acelera de manera considerable esta trasmisión y evita el sobrecalentamiento del producto en contacto con las paredes del envase. Por el contrario, en productos sólidos en los que la trasmisión de calor se efectúa sobre todo por conducción, la agitación del producto no tiene un efecto significativo.

Sistema Lagarde. Otro tipo de autoclaves, como el sistema Lagarde, posee en su interior un ventilador para forzar la entrada de vapor a la autoclave y aumentar la velocidad de la transferencia de calor a los recipientes. Asimismo, esta autoclave resulta conveniente para el proceso a sobrepresión con vapor/aire requerido para la esterilización de productos envasados en vidrio, en plástico o en envases flexibles, en los que la ventilación tiene la doble función de distribuir el medio calefactor y evitar la formación de bolsas de aire a causa del mayor peso de aire en relación con el vapor, con objeto de lograr un calentamiento uniforme.

Autoclave steriflow. Es un tipo de autoclave estática, discontinua y horizontal, basada en la utilización de una fuerte lluvia de agua reciclada y sobrecalentada, en lugar de vapor, para la esterilización de productos envasados que se encuentran dentro de cestas o canastillas. En este equipo, ilustrado en la figura 7.15, el calentamiento del agua se realiza mediante

7.3. equipo para el procesamiento térmico

205

un intercambiador de calor de placas alimentado con vapor. La misma agua sirve para el enfriamiento, pues se alimenta el intercambiador de calor con agua fría. El enérgico chorro de agua empleado permite cierta rapidez de la transferencia de calor y, por tanto, cierta homogeneidad de los tratamientos térmicos. Debido a la utilización de agua como medio de calentamiento, este equipo conviene tanto para las latas metálicas como para envases de vidrio, plástico o flexibles.

El steriflow existe también en versión rotatoria, en la cual la cesta que contiene los envases gira alrededor del eje horizontal de la cámara de esterilización en un tambor rotatorio. La velocidad de rotación puede regularse de 5 a 25 rpm.

Salida de agua de refrigeración Entrada de agua de refrigeración Entrada de vapor Puerta

Distribuidor de agua

Cesto

Intercambiador de calor

400 litros de agua para esterilizar hasta 15 000 latas de un kg

Bomba para reciclado del agua

Válvula manual de drenaje Agua de relleno para ajustar el nivel Escape de aire Entrada de aire comprimido Salida de condensado

Figura 7.15. Autoclave steriflow. (Fuente: Rees y Bettinson,1994.)

Sistemas continuos Cuando el volumen de producción de una industria es abundante, los sistemas de esterilización discontinuos no resultan eficaces ya que provocan cuellos de botella en la producción y, lo que es más grave, la

206

cap. 7. procesamiento térmico

temperatura inicial del alimento en el envase puede disminuir demasiado antes de su introducción al esterilizador y, por ende, recibir un tratamiento térmico insuficiente. Para estos casos, el procedimiento más conveniente tanto desde el punto de vista operativo como del económico es el empleo de sistemas de esterilización continuos, entre los que pueden mencionarse los siguientes: Tratamiento térmico por agua. Para el tratamiento térmico a base de baños de agua caliente, utilizado para la esterilización (o pasteurización) de productos ácidos en envases metálicos, de vidrio, plástico o flexibles, pueden emplearse sistemas continuos que consisten en largos contenedores de agua provistos en su interior de bandas transportadoras con velocidad variable, las cuales se ajustan al tiempo de proceso requerido para un producto en particular. Los contenedores, por lo general, están divididos en secciones controladas individualmente que se emplean para el calentamiento y enfriamiento de los envases.

Esterilizador rotatorio. En este sistema, conocido también como sterilmatic, los envases por procesar entran en una cámara de vapor mediante una válvula giratoria autosellable y se van colocando en compartimientos u oquedades situados en la circunferencia de una rueda giratoria. Una espiral unida permanentemente a la cara interior de la cámara hace avanzar los envases a través de la cámara de vapor, como se observa en la figura 7.16. En este sistema, la agitación producida en los envases es una combinación de acciones de giro y resbalamiento a medida que los envases pasan alrededor de la hélice.

Estos esterilizadores poseen una alta capacidad (hasta 500 latas/min) y proporcionan una uniformidad excelente del proceso. Sin embargo, como continuamente se procesa un gran número de envases, cualquier desperfecto en el sistema representa un serio problema.

El esterilizador sterilmatic puede usarse tanto para latas como para recipientes de vidrio, aunque estos últimos deben ser cargados a los compartimientos antes de iniciar el procesamiento para evitar el golpeteo entre ellos.

Esterilizador hidrostático. Se basa en que el compartimiento o cámara de vapor en la cual se efectúa la esterilización permanece bajo la presión de dos columnas de agua en forma de U, como puede apreciarse en la figura 7.17. La temperatura de esterilización es la del vapor saturado a la presión de la cámara de esterilización. Los envases por esterilizar se introducen en el sistema mediante un transportador continuo con barras portadoras para sujetarlos. Los envases entran por la columna de precalentamiento y se someten a temperaturas y presiones progresivamente mayores; recorren a continuación la cámara de esterilización durante

207 Resaltes guía del rotor

Rotor

Latas (vista frontal)

Latas

Resaltes guía en espiral del miembro estático (vista lateral)

Figura 7.16. Esterilizador rotatorio automático continuo.

(Fuente: Brennan et al., 1980.)

el tiempo requerido (regulado por la velocidad del transportador) y, finalmente, salen por la columna de enfriamiento, donde se someten a presiones y temperaturas progresivamente menores.

La presión dentro de la cámara de esterilización se logra por la presión hidrostática de la columna de agua (a ello se debe su nombre). A mayor temperatura de esterilización se ejerce mayor presión y, por consiguiente, mayor altura de las columnas de agua requerida. Por ejemplo, la altura de las columnas de agua de las secciones de alimentación y descarga suele ser de 11 hasta 30 metros de altura por encima de la interfaz vapor-agua para proporcionar una presión de 1.05 a 1.2 kg/cm2 en la cámara de procesamiento, operada a una temperatura entre 121 y 130 °C. Sin embargo, debido a que en el procesamiento de productos ácidos, como aquéllos a base de frutas, se utilizan menores temperaturas de proceso, se requieren entonces columnas más cortas.

Aunque en principio el esterilizador hidrostático provoca una agitación mínima del envase, pueden emplearse sistemas que lo agiten continuamente. El esterilizador hidrostático es muy utilizado en la industria de conservas por su capacidad y su gran versatilidad ya que puede manejarse todo tipo de envases: latas metálicas, botellas de vidrio o de materiales plásticos, etcétera.

208 Precalentamiento

Cámara de vapor

Enfriamiento por aire

Ducha de agua Columna subida Altura hidrostática Entrada de latas

Columna de bajada

Salida de las latas esterilizadas

Baño de enfriamiento Figura 7.17. Esterilizador hidrostático. (Fuente: Fellows, 1994.)

Sistema hydrolock. Como se observa en la figura 7.18, este sistema consta de un cilindro horizontal a lo largo del cual se transportan los recipientes, latas metálicas o frascos de vidrio mediante cadenas que entran al cilindro, el cual es capaz de soportar altas presiones, a través de una puerta a presión con cierre hidráulico. En el cilindro o cámara de esteri­ lización circula vapor o vapor-aire impulsado por ventiladores para asegurar un tratamiento adecuado. Posteriormente, la cadena se sumerge bajo el cierre hidráulico, que provoca un preenfriamiento en los envases, los cuales atraviesan de nuevo la puerta a presión para recibir un segundo enfriamiento atmosférico.

Cuando se manejan envases metálicos, el medio de calentamiento utilizado es vapor; se pueden obtener hasta 140 °C con tiempos de permanencia más breves, mientras que cuando se manejan envases de vidrio o plástico, se utiliza sobrepresión mediante vapor-aire con objeto de evitar el choque térmico.

Sistema de autoclave de tambor y espiral. Este tipo de autoclaves permite

209 Latas en vapor a presión Alimentación de latas

Descarga de latas

Agua

Agua

Bomba de recirculación de agua

Sello rotatorio a presión

Figura 7.18. Sistema de esterilización hydrolock.

(Fuente: López, 1981.)

el tratamiento continuo de latas sometidas a cierta rotación, agitando el contenido de éstas y logrando con ello una transferencia de calor más rápida. Este sistema consta de dos cámaras o tambores giratorios (que rotan a una velocidad de 6 rpm), los cuales poseen en su interior una espiral por donde las latas se desplazan con un movimiento helicoidal.

El desplazamiento de las latas a través de la autoclave se muestra en la figura 7.19.

Cada cámara está conectada con la otra mediante un mecanismo de válvula de transferencia. La primera de ellas se encuentra a presión atmosférica y sirve para el precalentamiento de las latas. En la segunda cámara, la presión es más alta y es aquí donde tiene lugar el tratamiento térmico. Posteriormente, las latas pasan a una sección de enfriamiento.

El medio calefactor suele ser vapor, aunque existen sistemas en los que la operación se realiza por inmersión en agua caliente; además, con estos sistemas pueden procesarse envases de vidrio.

Esterilizador de flama. Este sistema, conocido como proceso steriflame e ilustrado en la figura 7.20, se ha aplicado en productos como leche, chícharos, zanahorias, frutas, alubias y champiñones enlatados. Las latas se precalientan en una cámara de vapor y pasan a la cámara de esterili-

210

Salida

Entrada

Figura 7.19. Desplazamiento de latas a través de un autoclave de tambor y espiral. (Fuente: Rees y Bettison, 1994.)

zación, en la que giran a 120 rpm aproximadamente sobre una flama de gas a 1300 °C. Con ello, las latas se calientan rápidamente hasta la temperatura de esterilización (97-125 °C en 45 segundos), después de lo cual pasan a una cámara de retención, calentada con vapor, y finalmente a través de una sección de refrigeración con agua.

Una desventaja de este sistema consiste en que es muy difícil controlar la temperatura en el centro de los productos y con ello los valores de esterilización, aunque para combatir este problema se ha recurrido a la pulsación del ciclo de calentamiento, con objeto de permitir el equilibrio térmico dentro del recipiente. Por otra parte, es casi imposible controlar la presión interna en el envase, lo que limita el empleo de la esterilización por flama a latas de pequeño tamaño, pues son más resistentes.

Con todo, se trata de un sistema poco costoso en infraestructura, de uso fácil y rápido, y que por trabajar a elevadas temperaturas y tiempos cortos rinde productos de alta calidad.

7.3.2. Productos antes del envasado Los sistemas descritos en las secciones anteriores operan procesando térmicamente el producto que se encuentra dentro de un envase para lograr una esterilidad comercial. Este procedimiento se conoce como en-

211 Calentador de vapor

Flamas de gas Sección de retención

Entrada de latas

Salida de latas Espreas de agua Figura 7.20. Esterilizador de flama. (Fuente: López, 1981.)

latado convencional. Por su parte, el desarrollo de la técnica denominada high temperature short time (HTST) ha permitido aplicar tratamientos térmicos a productos líquidos no envasados y, más recientemente, a productos sólidos. El procedimiento HTST precisa la elevación rápida de la temperatura, así como el enfriamiento igualmente rápido de los productos, lo que sólo es posible cuando se elimina la geometría del envase y se sustituye por la geometría de un intercambiador de calor diseñado para la transferencia rápida de calor y sin grandes gradientes de temperatura.

Además de la rapidez y homogeneidad del calentamiento, el tratamiento térmico fuera del envase ofrece la ventaja de eliminar toda restricción asociada al recipiente.

Como contraparte, hay que reconocer que la realización de tratamientos térmicos fuera del envase resulta mucho más delicada que la de los procesos clásicos de esterilización. Los envases deben esterilizarse por separado y, sobre todo, llenarse asépticamente, hecho que impone el empleo de equipo más complejo y de personal capacitado.

7.3.2.1. Descripción del equipo Los alimentos líquidos o más o menos pastosos pueden calentarse por contacto directo con vapor, o bien calentarse indirectamente en intercambiadores de calor.

212

cap. 7. procesamiento térmico

Procedimientos directos. La principal ventaja de los procedimientos directos radica en que permiten trabajar la elevación de temperaturas y los enfriamientos particularmente rápidos en tiempos cortos; son los tratamientos ultra high temperature (UHT). En estos procesos existen dos varia­ciones posibles: 1. Vapor en el producto y 2. Producto en el vapor.

En el primer caso, se inyecta vapor a alta presión en un conducto en el cual el producto circula con un flujo constante (fig. 7.21); y en el segundo, el líquido se pulveriza en una cámara en la que se introduce vapor a sobrepresión (fig. 7.22). Entre las ventajas, cabe señalar que no se presentan problemas de sobrecalentamiento ni de sobrecocción ya que el producto nunca está en contacto con una superficie más caliente que él, no hay incrustación de producto en las superficies de calentamiento y se pueden tratar productos más viscosos que en los intercambiadores de calor. Sin embargo, precisan del empleo de vapor limpio, sin impurezas o capaz de alterar el sabor del producto, lo cual implica el uso de generadores de vapor especiales; por otro lado, el enfriamiento al vacío por evaporación rápida provoca una sensible pérdida de aroma.

Procedimientos indirectos. En estos procesos, el calentamiento y el enfriamiento se obtienen mediante un intercambiador de calor, generalmente de placas, tubular o de superficie barrida (o raspada). Estos equipos funcionan de manera continua y se emplean normalmente para tratar productos fluidos.

Intercambiadores de calor de placas. Son los más utilizados en la industria alimentaria y están constituidos por un conjunto de placas acanaladas independientes. Las placas están encajadas y ajustadas en un bastidor y dispuestas de tal manera que cada par de placas adyacentes Entrada de producto

Entrada de vapor

Salida de producto

Figura 7.21. Procedimiento directo de esterilización por vapor en el producto. (Fuente: The Food Processors Institute, 1993.)

213

Vapor Entrada de producto

Figura 7.22. Procedimiento directo de esterilización de producto en el vapor. (Fuente: The Food Processors Institute, 1993.)

forma una vía; los dos fluidos (líquido a tratar y fluido intercambiador de calor) circulan alternativamente por las vías. Las placas están equipadas con juntas que evitan todo tipo de mezcla entre los fluidos. La distancia entre placas varía de 3 mm para productos poco viscosos hasta 7 mm para los más viscosos (fig. 7.23). Entre las ventajas que presentan estos intercambiadores se encuentran las siguientes: ahorro de espacio al utilizar equipos pequeños, pero que ofrecen, al mismo tiempo, grandes superficies de intercambiador de calor; la facilidad para desmontarlas simplifica la inspección visual y la limpieza mecánica. Entre sus desventajas pueden mencionarse las siguientes: precisan el uso de bombas de alta presión y sólo se pueden tratar fluidos relativamente poco viscosos y con bajo contenido de sólidos en suspensión ya que de lo contrario se corre el riesgo de obstruir las vías.

Intercambiadores de calor tubulares. Son el tipo más clásico y sencillo de intercambiadores de calor. Están constituidos por un tubo o por haces tubulares (que pueden estar unidos en ambos extremos por codos, aunque en ocasiones esto provoca pérdidas de presión en el sistema y acumulación de producto en los codos). Existe una gran variedad de diseños de estos intercambiadores, incluidos los intercambiadores de tubos concéntricos (que son una combinación entre los de placas y los tubula-

214

cap. 7. procesamiento térmico

res) (fig. 7.24). En ellos, el producto y el fluido térmico circulan por dos tubos concéntricos, uno que ocupa el espacio central y otro el espacio anular. La principal ventaja de este tipo de intercambiadores es su gran velocidad de circulación y el régimen más turbulento que el de placas, lo que permite tratar productos más viscosos y evitar incrustaciones. Entre las desventajas hay que mencionar que son mucho más voluminosos que los anteriores.

Figura 7.23. Esquema de un intercambiador de placas.

(Fuente: The Food Processors Institute, 1993.)

A = tubo triple

B = tubo doble

Medio de calentamiento o enfriamiento

Producto

Intercambiador de calor tubular Figura 7.24. Esquema de dos diseños de intercambiadores de calor tubulares. (Fuente: Rees y Bettison, 1994.)

7.3. equipo para el procesamiento térmico

215

Intercambiadores de calor de superficie barrida. Se emplean fundamentalmente para productos muy viscosos: purés, jugos concentrados, helados, etc. Están constituidos por elementos tubulares dispuestos en forma vertical; el fluido térmico circula en un tubo anular, mientras que el producto, que circula en un tubo central, es agitado por un rotor equipado por elementos “rascadores” que eliminan continuamente los depósitos que se van incrustando en la superficie del intercambiador (fig.

7.25). Aunque son costosos, su utilización se hace imprescindible en numerosos casos.

Entrada medio de transferencia de calor

Rotor

Salida de producto

Entrada de producto Figura 7.25. Esquema de un intercambiador de calor de superficie barrida. (Fuente: The Food Processors Institute, 1993.)

7.3.2.2. Sistema de envasado aséptico El establecimiento del proceso para un sistema aséptico comprende la esterilización del producto y el equipo de procesamiento, incluidos la tubería pertinente, la esterilización del material de empaque y del equipo de envasado, así como el mantenimiento de condiciones estériles en todo el sistema. A continuación se presentan algunas definiciones de términos que permiten identificar con mayor precisión un sistema aséptico.

Aséptico. Describe una condición en la cual hay ausencia de microorganismos, incluidas esporas viables. En la industria de alimentos, este término y los de estéril y esterilidad comercial con frecuencia se emplean como sinónimos.

Sistema aséptico. Se refiere a todo el sistema necesario para producir un producto comercialmente estéril contenido en un envase sellado de manera hermética. Este término incluye el sistema de procesamiento del producto y el sistema de envasado.

216

cap. 7. procesamiento térmico

Sistema de procesamiento aséptico. Se refiere sólo al sistema que procesa el producto y lo entrega a un sistema de envasado.

Sistema de envasado aséptico. Se refiere a cualquier equipo que llena un envase estéril con producto estéril y lo sella en condiciones asépticas. Estas unidades también pueden formar y esterilizar el envase. Para que un sistema aséptico para alimentos tenga éxito, se requieren como mínimo estas condiciones: 1. Equipo que pueda ser llevado a una condición de esterilidad comercial.

2. Producto comercialmente estéril.

3. Envases comercialmente estériles.

4. Un ambiente comercialmente estéril dentro de la máquina envasa­ dora, en la cual se junten el producto y los envases estériles y se sellen herméticamente los envases.

5. Verificación, registro y control de los factores críticos.

6. Manejo adecuado de los envases terminados para proteger la integridad del envase.

Puesto que ya se han abordado los aspectos indicados en los números 1 y 2, en este apartado se revisan los requerimientos básicos del sistema de envasado aséptico.

El sistema de envasado aséptico está diseñado para combinar un producto estéril con un envase estéril y formar un producto sellado herméticamente, el cual debe mentenerse estable durante el almacenamiento.

Esterilización de la superficie del envase que entra en contacto con el producto estéril. Actualmente se dispone de una gran variedad de sistemas de envasado aséptico, que se clasifican de la siguiente manera, de acuerdo con el tipo de envase: 1. Envases preformados, rígidos y semirrígidos:

a) b) c) d ) e)

Latas metálicas.

Latas compuestas.

Tazas plásticas.

Envases de vidrio.

Tambores.

2. Envases de papel o cartón laminado y envases plásticos formados a partir de rollo de material.

7.3. equipo para el procesamiento térmico

217

3. Envases de papel laminado parcialmente formados.

4. Envases termoformados que se llenan y sellan.

5. Bolsas preformadas.

6. Envases formados por soplado y moldeado.

En cada una de estas categorías existen diferentes sistemas de envasado y los envases pueden esterilizarse por distintos medios. Por ejemplo, un sistema que utiliza latas metálicas emplea vapor sobrecalentado; las tazas plásticas preformadas pueden esterilizarse por medio de peróxido de hidrógeno y calor o mediante vapor saturado. Los sistemas que usan envases formados a partir de cartón laminado también utilizan peróxido de hidrógeno y calor o peróxido de hidrógeno e irradiación ultravioleta para esterilizarlos. Los envases termoformados que se llenan y sellan pueden esterilizarse con calor seco o con peróxido de hidrógeno y calor.

Asimismo, es posible esterilizar las bolsas plásticas por radiación gamma, por calor seco o con peróxido de hidrógeno.

En resumen, los agentes esterilizantes que se emplean en las unidades de envasado aséptico para esterilizar el material del envase y las superficies internas del equipo incluyen calor, productos químicos, radiación de alta energía o una combinación de todos estos elementos.

Cuando se emplea vapor o agua caliente como agente esterilizante, el método se conoce como calor húmedo. En ciertas situaciones también se usa vapor sobrecalentado o aire caliente, procedimiento que se denomina calor seco; sin embargo, constituye un agente esterilizante mucho menos efectivo que el calor húmedo a la misma temperatura. Los sistemas que usan calor húmedo operan a presiones elevadas en comparación con los sistemas de calor seco, los cuales operan a presiones atmosféricas.

Cuando se emplean agentes químicos, se debe tomar en consideración que la elección depende de una serie de características, que pueden resumirse de la siguiente manera: buena y rápida actividad germicida, no ser corrosivo, compatibilidad con el material de los envases, fácil de eliminar y cierta tolerancia a la contaminación residual.

Los epóxidos y especialmente el óxido de etileno han sido objeto de gran atención. El óxido de etileno es un agente muy efectivo, pero de acción lenta, por lo que no resulta práctica su aplicación en línea; además, es inflamable y presenta riesgos de explosión.

El formaldehído es un agente químico cuya penetración en el material de envase no resulta satisfactoria. El producto germicida más utilizado es, sin duda, el peróxido de hidrógeno (H2O2), si bien su actividad es también lenta a temperatura ambiente, por lo que se usa frecuentemente en combinación con calor, aunque hay cierto riesgo de explosión. Tiene

218

cap. 7. procesamiento térmico

la ventaja de ser fácilmente eliminable de manera mecánica y por calentamiento. Las regulaciones de la FDA especifican que la concentración máxima de peróxido de hidrógeno que puede usarse en superficies en contacto con alimentos es de 35 %; y en lo que respecta a requerimientos de cantidades residuales, no debe haber presente más de 0.5 ppm.

Otros agentes esterilizantes como la luz UV, la radiación gamma o el haz de electrones pueden usarse solos o en combinación con los métodos existentes.

Sistemas de envasado aséptico. Uno de los sistemas más habituales para productos enlatados es el sistema aséptico Dole, el cual consiste en cinco componentes: 1. Un túnel calentado con vapor sobrecalentado, a través del cual pasan las latas vacías; el metal alcanza temperaturas de hasta 220 °C, que se mantiene por 40 segundos. El control de la temperatura es crítico ya que se podrá perder la soldadura lateral si se alcanzan temperaturas de 235 °C. 2. Una sección de enfriamiento en la que el metal caliente se enfría mediante aspersión de agua estéril dirigida hacia la superficie externa de la lata.

3. Un esterilizador de tapas, en el cual los extremos de las latas también se calientan con vapor sobrecalentado; la temperatura que se alcanza es otra vez de 220 °C. 4. Una sección de llenado en la que el producto estéril se descarga en el interior de la lata. El llenado se realiza a una determinada velocidad para mantener el peso correcto del llenado.

5. Un sellador, que consiste en una engargoladora estándar modificada para realizar asépticamente la operación.

El sistema está completamente equipado con controles, registradores y sistemas de alarma (fig. 7.26).

Los sistemas asépticos que emplean envases laminados, en general, recurren a una técnica de formado-llenado y sellado. El material del envase se encuentra en forma de un gran rollo que se coloca en un cargador giratorio; posteriormente, esta cinta pasa a un baño o cubeta con peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) para su esterilización mediante calor suministrado por una resistencia eléctrica y, después, a un sistema formador del envase y a un tubo de llenado del producto, el cual está rodeado por otro tubo por el que circula aire caliente estéril. El nivel de llenado se regula mediante un flotador y, paralelamente, se realiza el cierre del empalme lateral, el cierre transversal de los envases y el corte

7.3. equipo para el procesamiento térmico

219

para separarlos. Los principios generales empleados en equipos de este tipo se muestran en la figura 7.27.

Zona aséptica. La zona aséptica es el área en la cual el envase estéril se llena con el producto estéril y se sella. Esta zona empieza en el punto donde el material de empaque se esteriliza o donde el material de empaque preesterilizado se introduce en la máquina. El área termina después de que el sello se coloca en el envase y el producto sale del área estéril. La esterilidad de esta zona podrá protegerse de contaminación si se le mantiene bajo una presión positiva de aire u otro gas estéril.

Figura 7.26. Sistema Dole de envasado aséptico. (Fuente: Hersom y Hulland, 1974.)

Material para tapas

Material Decor

Rueda de material plástico

Baño de peróxido de hidrógeno

Entrada de aire

Solución de peróxido de hidrógeno

Productos estériles

Llenado de producto estéril

Tapado de envases

Refrigeración

Calentamiento

Sellado de envases

Figura 7.27. Esquema de una máquina de formado, llenado y cerrado aséptico.

Formación de envases

Baño de peróxido de hidrógeno

Alimentación de tapas

220

El ritmo de vida actual genera una creciente demanda de alimentos con mayor potencial de conservación y facilidad de preparación y consumo. En el caso de los productos hortofrutícolas, esta demanda implica, además, disponer de especies fuera de su temporada de producción.

De los diferentes grupos de alimentos, las frutas y hortalizas representan la principal fuente de vitaminas y fibra cruda para la dieta humana; y su conservación como productos transformados mediante la aplicación de un proceso térmico ha representado un verdadero reto por el hecho de tratar de conservar no sólo sus variadas y delicadas características estéticas y sensoriales, sino también, sobre todo, su valor nutricional.

En este contexto, el conocimiento de los cambios físicos y fisicoquímicos, así como de las reacciones químicas y bioquímicas que pueden ocurrir durante todas las operaciones implícitas en el procesamiento de estos productos debe orientarse a la retención de aquellas características que sean de mayor interés en el producto final, de tal manera que sea posible garantizar al consumidor un alimento sano y de alto valor nutricional.

Aunque la decisión de aplicar un tratamiento térmico convencional (dentro del envase) o uno “relámpago” (fuera del envase) mediante el envasado aséptico depende, por lo general, de las instalaciones de la planta procesadora, de la posibilidad de ésta para efectuar inversiones, de su volumen de producción, etc., siempre es conveniente identificar los procedimientos y equipos que proporcionen el mejor producto terminado.

Conforme a este enfoque, es bien sabido que los tratamientos térmicos de alta temperatura-corto tiempo conservan en mayor grado las caracte-

221

222

conclusiones

rísticas antes mencionadas en comparación con el tratamiento térmico convencional, especialmente cuando se trata de alimentos sensibles al calor, como es el caso de las frutas y de algunas hortalizas, por lo cual es muy recomendable que, siempre que los productos derivados de éstas lo permitan (por fluidez, viscosidad, ausencia de sólidos de gran tamaño, etc.), se utilicen los primeros.

Finalmente, hay que señalar que también es importante involucrar y educar al consumidor mediante una información clara y detallada, en las etiquetas o leyendas de los productos procesados, de las características nutricionales del producto, así como de los procesos y propiedades de los envases utilizados, de manera que, a través de las preferencias o exigencias de los consumidores, se estimule a los procesadores a elaborar productos de alta calidad.

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Abrasión, 64. Véase también Pelado mecánico Aceite esencial, 76-77 Acero dulce, 109 libre de estaño (TFS), 108 chapa de, 111 Acetato de celulosa, 120. Véase también Envases de papel y cartón Ácido benzoico, 46 Acidulantes, 42 Aditivos, 41 Agitación, 52 Agotado, 99. Véase también Envasado, operaciones de métodos de, 104 propósitos, 99-100 Agua calidad del, para procesamiento, 40 caliente, baño de, 201 en la elaboración de jarabe, empleo de, 88 tratamiento térmico por, 206 Alimento(s) fluidos, 99 naturaleza del, 148 por su acidez, clasificación de los, 147 sólidos, 99 Almíbar. Véase Jarabe Ams, C., 29 Ams, M., 29

Appert, N., 28-29 Asepsia, 143 Aséptico, 215 sistema, 215 de envasado, 216, 218 agentes esterilizantes empleados en un, 217 de procesamiento, 216 Dole, 218-219f Autoclave(s), 199, 202 de tambor y espiral, 208, 210f esterilización en, 203 purga de la, 203 rotatorias, 203-204 steriflow, 204-205 Azúcar invertida, 85 líquida. Véase Jarabe pesado morena, 85 refinada, 85 Bacterias, 145 Ball, C. O., 30, 168 fórmula de, 167-168 Barniz blanco universal, 115. Véase también Lacas epoxi-fenólicas Bigelow, W. D., 172 Calentamiento-enfriamiento-llenado (HCF), proceso de, 30 Calor

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ÍNDICE ANALÍTICO

húmedo, 217 intercambiador de, 193-194, 211 de placas, 212, 214f de superficie barrida, 215 tubulares, 213-214f penetración de, 147 curva(s) de, 154-155f logarítmica de, productos cuya, es una línea quebrada, 182 seco, 217 transferencia de, 149 Canister, 29 Carborundo, 64 Cartón laminado, 120. Véase también Envases de papel y cartón Catalasa, 80. Véase también Enzimas Celofán, 119. Véase también Envases de papel y cartón Cepillado, 51 Clasificación, 57 criterios de, 62 Color, 38, 42. Véase también Frutas y hortalizas, características fisicoquímicas de natural, fijación del, 80 Colorante(s), 42. Véase también Color definición, 43 orgánico(s) natural(es), 43 permitidos en alimentos, 43 sintéticos, 43 clasificación de, 44 Comercialización, canales de, 22 Composición química, 39. Véase también Frutas y hortalizas, características fisicoquímicas de Compuestos fenólicos, 142 Conservación de productos hortofrutícolas mediante calor, 8 ventajas de la, 7 Conservadores, 45 antibióticos, 47 antimicrobianos, 45 Corrosión, 108 Corte, 63, 69. Véase también Pelado mecánico Cultivo

medio de, 159 mezclado, 158

Daggett, E., 28 Deposición electrolítica, 108 Desintegrador tipo Rietz, 72. Véase también Desmenuzadores Desmenuzadores, 72 Despulpado, 71 Despulpador, 71-72f Dextrinas. Véase Jarabe de maíz Dióxido de azufre, 46 Dole aseptic process, sistema, 30 Donkin, B., 28 Durand, P., 28, 127 Edulcorante, grado relativo de dulzura de un, 86t Engargolado, 127-128 Engargoladora, 130, 132f Enlatado convencional, 211 Envasado aséptico, 27 sistema de, 215 convencional, 146 definición de, 27. Véase también Enlatado convencional de alimentos evolución del proceso de, 30 razones para el, 106 operaciones de, 98 por calor, invención del, 28 productos antes del, 210 Envase(s), 23 bolsa-en-caja, 31 cierre para, 125 de plástico, 139 con lámina de aluminio, 139 de plástico, 139 de doble junta (abre fácil), 139 tipo rosca, 140 de vidrio, 136 de plástico, 138 metálicos, 136-138 flexibles, 140 metálicos. Véase Engargolado combinados, 117, 124

ÍNDICE ANALÍTICO

de acero, 108 recubrimientos para, 112 de aluminio, 116 flexibles, 117 de papel y cartón, 119 de plástico, 121 de vidrio, 118 flexibles, 107 formación de los, 111 más comunes usados en frutas y hortalizas, 106 metálicos, 107. Véase también Lata presión interna del, 101. Véase también Vacío rígidos, 106 sellado herméticamente, 126 ventajas de un, 126 Tetra Pak, 31 Recart, 31 Enzimas, 80 termorresistentes (ETR), 189 Escaldado, 80 control del, 81 métodos de, 81-82 Escurrido del producto lavado, 57 Esmaltes. Véase Lacas Espacio de cabeza, 100. Véase también Agotado desplazamiento del aire del, por vapor, 105. Véase también Agotado, métodos de en el grado de vacío producido, efecto del, 103-104f temperatura del, 101-102 Esporas, calor de activación para la germinación de, 158 Estado sazón, 36 Esterilización, 143 en autoclave, 203 de la superficie del envase que entra en contacto con el producto estéril, 216 Esterilizador de flama, 209, 211f de producto en el vapor, 213f hidrostático, 206, 208f

229

por vapor en el producto, 212f rotatorio, 206-207 Exportaciones, 23-26 Extracción tipo bulbo, sistemas de, 77 Extractor(es) de cuchillas, 75 helicoidal, 73, 75. Véase también Desmenuzadores In-Line (FMC), 77, 79f para cítricos, 76-77 tipo bulbo, 78 Factor lag, 153 Fluidos de alta viscosidad, 99 Formado-llenado y sellado máquina de, 220 técnica, 218 Frutas y hortalizas baja actividad exportadora de, 13 características fisicoquímicas de, 38 fisiológicas de, 35 morfológicas de, 37 deshidratadas, producción y venta de, 21 empresas procesadoras de, 17c clasificación de, 17 mexicanas, 25 multinacionales, 18 factores de éxito de las, 18 mercado mexicano de, 11-12 pérdidas de, en la industria, 14 poscosecha de, 13 preparadas y envasadas producción y venta de, 19-20 uso del agua en la planta procesadora de, 40 Funcionalidad, 39 Gárgol, 128, 130. Véase también Engargolado Grados, 89. Véase también Salmueras, concentración de las Baumé, 89 salométricos, 89 y Baumé, equivalencias entre, 90t Guayacol, 83

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ÍNDICE ANALÍTICO

Hall, J., 28 Hidróxido de sodio, 66-68 peladoras con, 67 High temperature short time (HTST), tratamiento, 211 Hojalata, 108, 111 soldadura en las latas de, 111-112 Hongos, 144 Hortalizas, 33 Hydrolock, sistema, 208-209f Industria alimentaria en México, 15 hortofrutícola de productos procesados, 16 en México, situación de la, 22 Jarabe(s), 84 con alto contenido de fructosa, 86 de maíz, 85-86 para enlatado, preparación industrial de, 86 cálculos para la, 89 pesado, 86 prueba del, 87 de recorte o cut out, 87-88 tipos de, 85 Jugo, 71 de frutas en la elaboración de jarabe, empleo de, 88 extracción de, 73 refinación del, métodos de, 77 Kensett, T., 28 Lacas, 113. Véase también Latas, recubrimientos para epoxi, 115 -fenólicas, 115 fenólicas, 114 oleorresinosas. Véase Oleorresinas sintéticas, 114 vinílicas, 115 Lagarde, sistema, 204 Lámina tipo D, 109 L, 109-110

MR, 109-110 Laminado. Véase Películas laminadas Lata(s), 107, 111 de aluminio, 116 ventajas y desventajas de las, 117 de dos piezas, sistemas de fabricación de, 116 de doble estirado (DRD), 116 de estirado y prensado (DWI), 116 fabricación moderna de, 128 invención de la, 28-29 para frutas y hortalizas, tamaños de, 113t primeras, 127 recubrimientos para, 112-113 sanitaria, 30, 127 soldadura de, 111-112, 129 Lavado por aspersión, 54 con cepillos rotatorios, 54-55f tambor rotatorio para, 54-55f por flotación, 54 -selección, 56f por inmersión, 52 -aspersión, sistema combinado de, 54-56f tina de, 53f Letalidad, 173 Levaduras, 145 Limpieza de la materia prima en húmedo, 52 en seco, 50 por aspiración, 51 por separación magnética, 51 Llenado, 98. Véase también Envasado, operaciones de manual, 98 mecánico, 99 Madurez comestible, 36 de procesamiento, 36 estado de, 62 fisiológica. Véase Estado sazón hortícola, 35 senescente, 36 Martin, W. M., 30 Materia

ÍNDICE ANALÍTICO

balance de, 91, 94-95 prima calidad de la, 33 factores que afectan la, 34 contaminantes de la, 49 definición de, 32-33 destinada al procesamiento, requerimientos de la, 34 limpieza de la, 49-50 recepción de la, 49 Metalización, 124 Método general mejorado, 172 Micrómetro, sistema del, 133 Microorganismos, 29 resistencia térmica de los, 156, 164t curva de sobrevivientes, desviaciones de la, 158 parámetros cinéticos, 156 Molino coloidal, 73 de martillos, 72. Véase también Desmenuzadores Mondado. Véase Pelado manual Nitritos, 47 Normalización, 23 Oleorresinas, 114. Véase también Esmaltes Operaciones preliminares del procesamiento de frutas y hortalizas, 48 Organosoles, 115. Véase también Lacas vinílicas Parabenos, 46 Parry, E., 28 Pasteur, L., 29 Pasteurización, 143 Pearson, método de, 90, 93 Pelado, 62 con vapor, 64. Véase también Pelado térmico manual, 68 mecánico, 63 métodos de, criterios de selección de, 69 por flama, 65. Véase también Pelado térmico

231

químico, 66 térmico, 64 Peladora de banda con hidróxido de sodio, 67f rotatoria con hidróxido de sodio, 67f Películas, 124. Véase también Envases combinados coextruidas, 124 laminadas, 124 tipos, 125c recubiertas, 124 Peroxidasa, 80-81. Véase también Enzimas Poliéster, 122. Véase también Envases de plástico Poliestireno, 123. Véase también Envases de plástico Polietileno, 122. Véase también Envases de plástico tereftalato de (PET), 122 Polifenoloxidasa, 80. Véase también Enzimas Polímeros, 121. Véase también Envases de plástico Polipropileno, 122. Véase también Envases de plástico Polivinilideno, cloruro de, 123. Véase también Envases de plástico Prensa de tornillo. Véase Extractor helicoidal hidráulica, 74 Prensado, 73. Véase también Jugo, extracción de Prescott, S. C., 29 Proceso aséptico, 146 primario, 14 secundario, 14 térmico, 141 bases del, 144 cálculo del, 167 dentro del envase, 167 equipo para el, 198 requerimientos básicos para el, 198 establecimiento del, 145 factores de, 146-147 fuera del envase, 189

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ÍNDICE ANALÍTICO

optimización del, 164 sistemas para el, clasificación de, 200 Propionatos, 46 Pulpa, 71 extracción de. Véase Despulpado refinación de la, 73 Punto frío, 148 curva de calentamiento y enfriamiento en el, 151-154 localización del, 149f-150 Rebanadora, 70f Remolacha, 85 Retorta. Véase Autoclave Sabor, 39. Véase también Frutas y hortalizas, características fisicoquímicas de Sacarosa de caña. Véase Remolacha Salmuera(s), 84, 88 concentración de las, 89 definición, 84 preparación de las, cálculos para la, 89 Sarán, 123. Véase también Envases de plástico Selección, 57-58 métodos de, 58 por color, 61 por forma, 61 por tamaño, 58 Seleccionadora de cables o cintas, 59-60f de rodillos, 59-60f Sello(s) hermético o doble, 130-131, 133f evaluación de la calidad del, 133 mediciones requeridas en la, 134f sistema óptico en la, 135 examen de desmontaje del, 133

magnificador de, 135-136 Shriver, A. K., 29 Sobrepresión, 199 Sólidos en suspensión, 77, 79 Sorbatos, 46 Sulfitos, 46 Tamaño, reducción de, 69 Tamiz de apertura fija, 58 rotatorio, 59f variable, 58 de lecho plano, 51 Tamizado, 50. Véase también Limpieza de la materia prima Termopar, principio del, 150 Textura, 38. Véase también Frutas y hortalizas, características fisicoquímicas de Tiamina, 142 Tiempo de muerte térmica (TMT), curva de, 159, 161 Ultra high temperature (UHT), 212 Underwood, W., 28-29 Vacío, 100. Véase también Agotado grado de, 108 Valor letal. Véase Letalidad Variedades, 35 Vida de almacenamiento prolongada, 8 Vinilos de baja viscosidad, 115. Véase también Lacas vinílicas Vitamina B, 47 B6, 142 C, 142 Zona aséptica, 219