ELABORACION DE MERMELADA DE MORA BALANCE DE MASAS Y ENERGIA
La NTC-285 define como mermelada “ producto de consistencia pastosa, semisólida o gelatinosa, obtenido por la cocción y concentración de una o de más frutas enteras, concentrados de frutas, pulpas de frutas, jugos de frutas o sus mezclas, al que se ha adicionado edulcorantes naturales, con la adición o no de agua y de aditivos permitidos por la legislación nacional vigente ” CARACTERISTICAS SENSORIALES
COLOR: debe ser uniforme, característico de la fruta procesada sin que presente color extraño por elaboración defectuosa OLOR: propio de la fruta procesada y libre de olor extraños SABOR: distintivo distintivo y propio de la fruta procesada pero libre libre de cualquier sabor extraño CONSISTENCIA: producto de cuerpo pastoso, firme y esparcible APARIENCIA: los componentes deben estar distribuidos uniformemente en el producto, totalmente libre de materias extrañas
CARACTERISTICAS FISICOQUIMICAS
Según la NTC-285 las mermeladas deben cumplir con los requisitos fisicoquímicos estipulados en la siguiente tabla:
.FLUJOGRAMA DE PROCESO
Recepcion de la materia prima
Las frutas frescas y sanas
Grado de madurez optimo
Limpieza
Con agua para elminar impurezas
Metodos de inmersion y aspersion
Desinfeccion
Usando hipoclorito de sodio
Concetracion de 25 PPM por un minuto
Escaldado
A 85˚C por 3 minutos
Despulpado
Eliminacion de semillas
Separador
Coccion
Pulpa + tercera parte de azucar
Mezlador
Adicion de pectina
pectina mezclada con azucar
Concentrar
Hasta alcanzar minimo 60˚ Brix
Temperatura entre 60-70˚C
Adicion de acido citrico
Adicion de acido citrico
Adicion de sorbato de potasio
Envasado
Se envasa en caliente para aprovechar fluidez
Divisor
Mezlador
Evaporador
Enfriamiento
UNIDADES DE PROCESAMIENTO
SEPARADOR: con el fin de obtener pulpa de mora sin semillas
MEZCLADOR: Para mezclar las diferentes materias primas que se emplean en proceso CALDERA: con el fin de producir vapor de agua para emplearse en la evaporación EVAPORADOR: Con el fin de concentrar las diferentes mezclas obtenidas en el proceso y obtener las condiciones deseadas del producto final
MATERIAS PRIMAS
Según NTC 285 los ingredientes utilizados para la elaboración de una mermelada son: frutas, edulcorantes y aditivos FRUTAS: MORA El porcentaje mínimo de fruta que debe contener se especifica en la NTC 285. (Tabla 2) La mora seleccionada para la elaboración de la mermelada será una mora con grado de madurez 5, frutos con 86% de agua y 14% de sólidos, tiene aproximadamente 7.93˚Brix y un pH de 3.5 Las moras contienen alrededor 8% de semillas La cantidad de los sólidos en la mora corresponde en 9.8% de carbohidratos, 1.44% de proteínas, 0.39% lípidos y 0.69% de cenizas La mora es clasificada como una fruta moderadamente rica en pectina EDULCORANTE: AZUCAR Esta juega un papel muy importante en la elaboración en el proceso de gelificacion, impide fermentación y cristalización. Contiene un 99,5% de sólidos y 0.5% de agua, este contenido de solidos corresponde en su totalidad a hidratos de carbono. ADITIVOS: PECTINA: es la encarga de la gelificacion de la mezcla, la calidad de la pectina se expresa en grados y esta indica la cantidad de azúcar que un kilo de pectina puede gelificar en condiciones de 65% de azúcar a pH: 3-3.5. Compuesta de 85% de solidos Para el proceso se usa pectina comercial de alto metoxilo que forman geles a pH entre 1 y 3,5, con contenidos de azúcar entre el 55% como mínimo y el 85%. Las pectinas comercializadas comúnmente tienen una calidad de 150
ACIDO CITRICO: Se emplea para graduar el pH inicial de la fruta hasta llevarla a 3.5 para garantizar la conservación del producto. Es importante garantizar el pH en este rango para garantizar la gelificacion. SORBATO DE POTASIO: Se utiliza como conservante, es aprobado por la NTC285 FORMULACION
En las mermeladas de frutas se permite la presencia de semillas comestibles La cantidad de fruta que debe contener la mezcla final se estipula en la Tabla 2 El contenido máximo de conservante máximo 1000mg/kg o 0,05g/ml Contenido de alcohol etílico en volumen total (% V/V) a 15 °C de máximo 0,5 No debe contener antisépticos Debe estar libre de bacterias patógenas El contenido máximo de cascara sana y limpia, finamente dividida en trozos longitudinales en la mermelada podrá ser de hasta el 1,5% en fracción de masa. El contenido de fruta es de un 50% al igual que de sacarosa mientras que el contenido de pectina es de 0,3% No podrán ser coloreadas artificialmente Por cada kg de mora Azúcar Pectina Ácido cítrico Sorbato de potasio
800-1000 g 10 g 2g 1000 mg
PROBLEMA PROPUESTO
En una empresa se cuenta con 2500kg de mora con un grado de madurez 5 para la elaboración de mermelada, para esto se dispone de los equipos necesarios para el proceso, se tiene un separador en el que se logra eliminar el 98% de las semillas que contiene la mora, un mezclador con un % de pérdidas del 15% conectado a un evaporador que opera a 40kPa con una eficiencia de 75% para el funcionamiento de este se alimenta con vapor de agua proveniente de una caldera que opera con propano (g) a 600kPa, 70% de exceso de oxígeno y una eficiencia de 60%, a esta caldera ingresa agua líquida 25˚C y salen gases de emisión de 215˚C y finalmente se emplea un divisor. Se desea conocer la cantidad materias primas a utilizar y cuanto mermelada se obtiene del proceso BALANCES DE MASAS Y ENERGIAS
SEPARADOR En este sistema ingresan 2500kg de mora fresca la cual tiene una composición de 92% de pulpa y 8% de semillas, y se desea obtener una pulpa de mora con 98% de pulpa, para esto se supone que la parte separada son solo semillas 1- Mora Wpulpa=0.92
3- Pulpa de mora Wpulpa= 0.98
Wsemilla= 0.08
Wsemilla= 0.02
2- Semillas Wsemilla=1
Flujos presentes en el sistema son 3: 1. Mora fresca 2. Semillas separadas 3. Pulpa obtenida Balance de masa: m1=m2+m3 Como en el proceso se encuentra un componente de enlace (pulpa) se plantea un balance por este componente: m1w1pulpa=m3w3pulpa Como se conoce la composición y la masa en el flujo 1 y la composición del flujo 3 la solución del problema por el balance de componentes, donde espejando se encuentra que: m3=
Y por medio del balance de masas, es posible hallar la masa de semillas separadas realizando una sustitución del valor obtenido para m 3, entonces: m2=m1-m3 Masa 2 Masa 3
153,06 2346,94
Kg Kg
MEZCLADOR Al mezclador ingresa la pulpa de fruta separada para mezclarse con parte del azúcar en una relacion1:1 y con la pectina.
5. Mezcla 2. Azúcar Wsol=1
3. Pectina Wsol=0, 85 Wagua=0, 15
Wsol=? Mezclador
Wagua=?
4. Perdidas=15%
El sistema cuenta con 5 flujos: 1. 2. 3. 4. 5.
Pulpa de mora Azúcar Pectina Pérdidas Mezcla
Balance de masas: m1+m2+m3=m4+m5 En el proceso se cuenta con un componente de enlace (Wagua) entonces se realiza el balance para este: m1W1agua + m3W 3agua = (m4+m5)W agua Se conoce la masa y la composición en 1 y la composición en 3. Nos dan una pérdida del 15% %P=
+ +
100
Según la formulación por cada kg de mora se adicionan 10g de pectina entonces pasamos esos g a kg: 10g x = 0,001 Entonces con regla de tres podemos concluir los kg de pectina utilizados 1kg mora
0,001kg
pectina
2346,94 kg mora x kg pectin = =
2346,94 ∗ 0,001 1
= 2,35
Entonces conociendo todas las masas que entran, del %P despejamos m 5 =
% 100
( ) = 704,4345
Conociendo m4 del balance de masas despejamos m5: m5=m1+m2+m3-m4 = 3991,80 kg Conociendo m5 del balance por componente de enlace despejamos W 5agua
=
= 0,49
Ahora como los componentes se dan por la fórmula 1= despejamos = 1 − = 1 − 0,07 = 0,51
EVAPORADOR CON CALDERA La mezcla resultante del proceso anterior ingresa a 30˚C al evaporador donde se desea concentrar hasta 65˚Brix 5 4 1- Propano
Caldera
8 9
2
6
3
Evaporador
7
En el sistema hay 9 flujos que corresponden a: 1. Combustible propano gaseoso 2. Aire 3. Agua liquida 4. Vapor saturado 5. Gases de emisión 6. Alimento 7. Condensado 8. Agua evaporada 9. Producto concentrado Para saber qué cantidad de vapor saturado ingresa al evaporador primero se debe realizar balances en la caldera C3H8 + aO2 → bCO2 + cH2O QCOMB= Q APROVECHADO + QNOAPROVECHADO QCOMB=N1COMB|ΔHCOMB|
Q APROVECHADO= (magua Cpagualiquida (T4-T3) + magua ΔHVAP QNOAPROVECHADO= QPERDIDO + QSENSIBLE ge % =
ℎ
*100
Del porcentaje de eficiencia de la caldera hallamos N 1 1 =
100 %
∗ ( ∗ (4 − 3) ∆)
Por relaciones estequiometrias: NGASTADASO2= a*N1 NproducidasCO2= b* N1 NPRODUCIDASH2O= c*N1 Conociendo la masa de aire que entra al evaporador se plantean los balances en este: Balances de masas: m6=m8+m9 Balance de componentes: m6w6sol=m9w9sol m4=m7=mvap=magua %AE= m4/m6w6agua %R=m 9/m6 Cp6alim
4.175
kj/kg ˚C
mvap
1178,879
kg
m9
3132.028
kg
%Revap
78.46
%
%AE
43.95
%
Tabla 2