Pigmentos de Los Alimentos

AGRADECIMIENTOS A

mi madre por ser un ejemplo a seguir de trabajo y colaboración con con los demás.  A mi padre por ayudarme y apoyarme siempre con sus consejos y su ejemplo de perseverancia, rectitud y ética.  A mi hermana por la paciencia que me ha tenido.  A Papa Edgar y Mama Mery; Edgar, Renato y Mary por compartir  conmigo lo que saben y poder transferir sus conocimientos a mi vida.  A Dios, al Sr Cautivo y Virgencita de Copacabana por permitirme sonreir nuevamente y tener salud para concluir mis metas.

Gracias a todos!!!

DEDICATORIA

A Dios: por permitirme tener la fuerza para obtener mi Título Profesional. esfuerzo en concederme concederme la oportunidad oportunidad de estudiar estudiar y A mis padres:  por su esfuerzo  por su constant constantee apoyo a lo largo de mi vida. vida.

A mi hermana, parientes y amigos : por sus consejos, paciencia y toda la ayuda que me brindaron para conseguir mi meta.

DEDICATORIA

A Dios: por permitirme tener la fuerza para obtener mi Título Profesional. esfuerzo en concederme concederme la oportunidad oportunidad de estudiar estudiar y A mis padres:  por su esfuerzo  por su constant constantee apoyo a lo largo de mi vida. vida.

A mi hermana, parientes y amigos : por sus consejos, paciencia y toda la ayuda que me brindaron para conseguir mi meta.

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Tema 01: Pigmentos en los Alimentos

INDICE GENERAL TEMA 01: Pigmentos en los Alimentos RESUMEN 5 CAPITULO I: REVISION BIBLIOGRAFICA 8 1.1 INTRODUCCION 8 1.2 JUSTIFICACION 9 1.3 DESARROLLO DEL TEMA 12 1.3.1 1.3.2 13

¿Qué son pigmentos? 12

Principales Pigmentos Naturales 1.3.2.1 Pigmentos Vegetales y Animales

13 1.3.4.1.1 Carotenoides 13 1.3.4.1.1.1 14 1.3.4.1.2

Principales Carotenoides

Clorofilas

17 1.3.4.1.3 Mioglobina 20 1.3.4.1.4 Antocianinas 21 1.3.4.1.5 Betalaínas 22 1.3.3.

1.3.4.1.6 Flavonoides Actividad Antioxidante de los Pigmentos en los Alimentos

1.3.3.1 Clasificacion de Antioxidantes Naturales 25 1.3.4.

Generalidades de los antioxidantes

27 CAPITULO II: CONCLUSIONES 29 CAPITULO III : BIBLIOGRAFIA 30

INDICE DE CUADROS Tabla 1. Pigmentos naturales comúnmente encontrados (Fennema. 1976) 23

23

Tabla 2. Características de Principales Antioxidantes según su origen 26

RESUMEN En el presente trabajo se da a conocer conceptos básicos referidos a este amplio tema, puntualizando lo más importante y de interés para la industria de alimentos. Por todos es sabido que cuando ingerimos un alimento se ponen a funcionar no solo el sentido del paladar y el olfato sino también el resto de ellos, pues de alguna manera sabemos relacionar al alimento con sus características organolépticas  propias que aparte del sabor y el olor, lo pueden ser tu textura y apariencia. Para mejorar la apariencia de algunos alimentos se emplean pigmentos o colorantes que ayudan a cambiar la apariencia del alimento a modo de hacerlo más apetecible a la vista. Es típico el empleo de colorantes artificiales, por lo que sobre todo en aquellos alimentos como bebidas carbonatadas, refrescos en polvo, gelatinas, caramelos, algunos cereales coloreados, etc; son empleados con frecuencia. Sin embargo considerando que se trata de productos químicos que en muchos casos se aplican en dosis controladas, pueden considerarse aditivos tóxicos que se añaden a los alimentos. La industria alimentaria comenzó a emplear estos aditivos luego de estudios que han comprobado que se alcanza un mayor nivel de aceptación en aquellos productos que resaltan los colores en función de los ingredientes o el sabor esperado. Por ejemplo, si compramos una bebida de fresa debemos esperar que sea roja, así mismo de naranja debe ser anaranjada, de piña amarilla, limón en verde y así sucesivamente relacionamos los sabores con los colores.

También existen alimentos cuyo envejecimiento afecta las coloraciones naturales de sus ingredientes, por lo que se emplean colorantes artificiales que contribuyan a enmascarar este proceso. Sin embargo de manera contradictoria, este efecto se convierte en un arma de doble filo cuando consumimos productos que contienen aditivos que pueden afectar nuestra salud. En los últimos años producto del rechazo que han sufrido muchos de estos  productos por los riesgos para la salud, se ha incrementado el uso de colorantes naturales que como su nombre lo indica proceden de fuentes naturales por lo que deben resultar menos dañinos. En ocasiones se adicionan para resaltar los colores naturales del alimento y hacerlo más apetecible a la vista pero a diferencia de los otros no se trata de un compuesto químico que debe aplicarse en pequeñas concentraciones por su nivel de toxicidad. Por tanto, resulta importante que cada consumidor consulte la información nutricional y el listado de los ingredientes que componen los alimentos que se ingieren pues, si de antemano conocemos que hemos tenido episodios alérgicos, migrañas y otros por el consumo de algún colorante, podemos evitarlo si sabemos que no debemos ingerir el alimento que los contiene. Debe incrementarse el empleo de los colorantes naturales tales como antocianinas y flavonoides, carotenoides e incluso la clorofila, todas provenientes de las plantas. Si conocemos los riesgos que implica el empleo de estos productos, es hora de comenzar a tomar conciencia de la importancia que tiene el cuidado de nuestro organismo y el mantenimiento de su salud. La vista permite juzgar el aspecto de un alimento en términos de su forma, textura y color. El aspecto de un alimento es la primera clave de su identificación y con frecuencia predice el grado de satisfacción o placer que se obtendrá en comerlo. El color resulta uno de los factores más importantes responsables de la aceptación o rechazo de los alimentos. Las variaciones en la intensidad de color pueden sugestionar al consumidor, dándole la idea de que el alimento estuvo sujeto a un  proceso mal controlado. El color es una forma de identificar y juzgar la calidad de un  producto. Ante los colorantes sintetizados vía química, los naturales tienen algunas desventajas, como ser: la estabilidad, intensidad de color, etc. Sin embargo, a finales del siglo XX, el mercado ha sufrido un cambio en donde se muestra una fuerte tendencia hacia el consumo de productos de origen natural. Se determina que los colores que presentan los vegetales y animales son debidos a unos compuestos químicos llamados pigmentos. El color que presenta un determinado órgano vegetal o animal depende generalmente del predominio de uno u

otro pigmento o la combinación de ellos. Además, algunos de los pigmentos que condicionan el color están estrechamente ligados a las actividades fisiológicas del  propio vegetal y animal.

Colorantes naturales Los colorantes naturales se clasifican según su procedencia en: vegetales, animales y minerales. Colorantes vegetales Los colorantes vegetales se dividen en 6 grupos: a) Carotenoides: La estructura química básica de la mayoría de estos compuestos es poliénica, de 40 átomos de carbono y se dividen en dos grandes grupos: carotenos y xantofilas ( Fenema 1993).  b) Clorofila: Este es, tal vez, el pigmento más abundante en la naturaleza y se encuentra en los cloroplastos. Es soluble en no polares. Los tipos de clorofila más importantes son la a y b, teniendo una proporción de 3:1 ( Fenema 1993). c) Antocianinas: Son pigmentos hidrosolubles con características de glucósidos, responsables de los colores rojo, anaranjado, azul y púrpura de las uvas, manzanas y fresas (Fenema 1993). d) Flavonoides: Son glucósidos formados por una aglicona que en muchos casos deriva del 2-fenilbenzopirona. Estos pigmentos son amarillos pero, a pesar de que existe un gran número de ellos, no contribuyen de manera importante en el color  de los alimentos (Fenema 1993). e) Betalainas: Este término se refiere a un grupo de aproximadamente 70 pigmentos hidrosolubles con estructura de glucósidos y que se han dividido en dos grandes clases: betacianinas (rojo) y betaxantinas (amarillo) (Fenema 1993). f) Taninos: Son una clase de compuestos fenólicos incoloros amarillo-café que se han dividido en dos grupos: los hidrolizables y los no hidrolizables (Fenema 1993). Colorantes animales Los colorantes animales se dividen en: a) Mioglobina y hemoglobina: Tanto la mioglobina como la hemoglobina son  proteínas conjugadas o hemoproteínas responsables del color rojo del músculo y de la sangre, respectivamente ( Fenema 1993).  b) Cochinilla: Se obtiene a partir del insecto Datylopius coccus que se desarrolla en el nopal. El principio colorante es el ácido carmínico, es una antraquinona de color   púrpura. OBJETIVO :  Determinar el estudio y características de los principales pigmentos de los alimentos.



Establecer las propiedades físico-químicas de los principales pigmentos de los alimentos.

CAPITULO I: REVISION BIBLIOGRAFICA TEMA 01 : PIGMENTOS DE LOS ALIMENTOS 1.1.- INTRODUCCION El color es la primera sensación que se percibe de un alimento, y la que determina el  primer juicio sobre su calidad. Es también un factor importante dentro del conjunto de sensaciones que aporta el alimento, y tiende a veces a modificar subjetivamente otras sensaciones como el sabor y el olor. Los alimentos naturales tienen su propio color, por lo que en principio parecería como ideal su mantenimiento a lo largo del  proceso de transformación. Sin embargo, los consumidores prefieren en determinados alimentos un color constante, que no varíe entre los diferentes lotes de fabricación de un producto. La variabilidad natural de las materias primas hace que este color normalizado solo  pueda obtenerse modificándolo de forma artificial. Por otra parte, muchas sustancias colorantes naturales de los alimentos son muy sensibles a los tratamientos utilizados en el procesado (calor, acidez, luz, conservantes, etc.), destruyéndose, por lo que deben substituirse por otras más estables. Otros alimentos, como los caramelos, o como los productos de alta tecnología aparecidos recientemente en el mercado

como imitaciones, no tienen ningún color propio, y para hacerlos más atractivos deben colorearse artificialmente.

1.2.- JUSTIFICACION Con el propósito de evaluar la situación actual de los pigmentos de los alimentos, y de tal forma brindar mejoras e innovaciones que contribuyan a un alto desempeño de esta, se hace necesario una investigación de los principales pigmentos naturales, considerando la carencia de esta, por el uso de pigmentos artificiales. El termino pigmento es empleado para designar a los colorantes vegetales como animales. Los pigmentos vegetales son los responsables del color de las flores, frutas y legum bres, los que se encuentran localizados en los plastos, vacuolas y en el liquido cito plasmático de las células, extraídos en su conjunto dan lugar a colorantes naturales. Los pigmentos vegetales según su solubilidad, se clasifican en: solubles en aceites y solventes orgánicos y solubles en agua. Los pigmentos están relacionados directamente con el uso de antioxidante, porque estos nos ayudan a prevenir daños en nuestro organismo. Mucha gente consume calorías en exceso, casi no tiene desgaste físico y desconoce la composición de los alimentos que se lleva al estómago, sus beneficios y sus perjuicios, y las consecuencias de todo esto van más allá del aumento de peso. Los alimentos que nos aportan vitaminas, minerales y antioxidantes no nos garantizan eterna salud y juventud, pero está comprobado que contribuyen a  protegernos de las enfermedades cardiovasculares, de la formación de tumores, que refuerzan nuestras defensas y que demoran el envejecimiento celular, lo que no es  poca cosa, menos aún teniendo en cuenta que para incorporar estos nutrientes no es necesaria la ingesta de capsulas ni de alimentos costosos.

CLASIFICACIONES DE LOS PIGMENTOS: SOLUBLES EN ACEITES Y SOLVENTES ORGANICOS Son denominados lipocromos como la clorofila y carotenoides estos pigmentos se encuentran absorbidos en los cromoplastos.

SOLUBLES EN AGUA Se encuentran en la savia vacuolar de las células vegetales en su mayor parte en forma de glucósidos. Dentro de esta clasificación se incluyen: anticioninas, flavonoides, betalainas. El color es uno de los factores más importantes dentro de las características sensoriales que influyen en la aceptabilidad de los alimentos para su consumo. El color de los alimentos puede deberse a tres causas: 1.- Presencia de sustancias de forma natural en el alimento que le aportan color. 2.- Reacciones químicas o enzimáticas producidas en el alimento por las que se generan nuevos compuestos que aportarán color al alimento. 3.- Presencia de colorantes añadidos en los alimentos como aditivos. En este caso, nos vamos a referir a los pigmentos presentes de forma natural en los alimentos. El coloreado también contribuye a la identificación visual del producto por parte del consumidor , y en muchos casos un buen proceso de coloreado puede condicionar el éxito o fracaso comercial de un producto Los colorantes se pueden clasificar en dos grandes grupos según su procedencia: Naturales Sintéticos •

•

Colorantes naturales La distinción entre natural y artificial, términos muy utilizados en las polémicas sobre la salubridad de los alimentos, es de difícil aplicación cuando se quiere hablar  con propiedad de los colorantes alimentarios. En sentido estricto, solo sería natural el color que un alimento tiene por sí mismo. Esto puede generalizarse a los colorantes presentes de forma espontánea en otros alimentos y extraíbles de ellos,  pero puede hacer confusa la situación de aquellas substancias totalmente idénticas  pero obtenidas por síntesis química. También la de colorantes obtenidos de materiales biológicos no alimentarios, insectos, por ejemplo, y la de aquellos que pueden bien añadirse o bien formarse espontáneamente al calentar un alimento, como es el caso de caramelo.

Los colorantes naturales son considerados en general como inocuos y consecuentemente las limitaciones específicas en su utilización son menores que las que afectan a los colorantes artificiales.

Colorantes artificiales En los últimos años la preocupación por la seguridad de los alimentos, y la  presión del público, ha llevado a muchas empresas a revisar la formulación de sus productos y sustituir cuando es tecnológicamente factible los colorantes artificiales por otros naturales. Además, son más resistentes que los colorantes naturales. Precisamente la preocupación por su seguridad ha hecho que los colorantes artificiales hayan sido estudiados en forma exhaustiva por lo que respecta a su efecto sobre la salud, mucho más que la mayoría de los colorantes naturales. Ello ha llevado a reducir cada vez más el número de colorantes utilizables, aunque al contrario de lo que sucede en los otros grupos de aditivos, existan grandes variaciones de un país a otro. Muchos alimentos o sus componentes son coloreados, a menudo con determinados colores se asocian determinados sabores o características. Pero los colores naturales, por lo general pierden fácilmente su tonalidad por acción de calor o de la luz, es decir, en determinados casos los alimentos experimentan pérdidas de color dependientes del tratamiento a que hayan sido sometidos La mayoría de los pigmentos alimentarios sintéticos son sustancias hidrófilas, es decir, fácilmente solubles en agua, estos son exclusivamente derivados fenólicos o portadores de agrupamiento carboxilo. Puesto que el alimento presenta un color característico, lo ideal es mantener ese color  a lo largo de todo su proceso de transformación. Sin embargo, la variabilidad natural de las materias primas o la sensibilidad de las sustancias colorantes a los distintos  procesos hacen que sea una de las características que más fácilmente pueden cam biar. A esto hay que añadir que el consumidor suele preferir alimentos con colorantes constantes y que difieran poco unos de otros. Los colorantes en el área de alimentos se usan para:  Restablecer la apariencia original de los alimentos donde los colorantes han sido destruidos por el proceso de manufactura, almacenamiento y control de los alimentos.  Asegurar la uniformidad del color debido a las variaciones naturales en la intensidad en color.  Ayudar a proteger el sabor y las vitaminas sensibles durante su conservación,  por efecto de la exposición a los rayos solares.

Ayuda a preservar la identidad o carácter por la cual los alimentos son reconocidos.  Como indicativo visual de la calidad del producto. En la actualidad, existe la tendencia de emplear colorantes naturales en lugar de sintéticos. En realidad, la coloración de un alimento no contribuye a mejorar su conservación, su calidad nutritiva ni su salubridad, es una cuestión que deriva de criterios comerciales y de prejuicios y costumbres del consumidor. 

1.3.- DESARROLLO DEL TEMA 1.3.1 ¿Qué son pigmentos?

Son sustancias naturales que brindan los colores que poseen los alimentos. Es un material que viene incorporado en la textura misma, que refleja la luz de diferentes formas, generando a nuestra vista, distintos colores y tonalidades. Los pigmentos además de existir en forma natural, pueden también sintetizarse y obtenerse químicamente, para ser aplicados en la industria tanto en alimentación, como en pinturas, barnices, cosméticos, ropa, etc. En la alimentación natural, orgánica y macrobiótica, puede verse extracción de  pigmentos de forma artesanal, con fines medicinales (prácticamente todos estos  pigmentos tienen aplicaciones terapéuticas) o simplemente como colorante natural  para alimentación y bebidas. El ejemplo más claro es el uso de un extracto natural de remolacha, con el fin de conseguir tonos rojos en alimentos. Se definen como pigmentos naturales a aquellos que se encuentran en el mundo biológico, tanto en vertebrados como en invertebrados, plantas incluyendo algas, hongos, líquenes y bacterias. Por lo tanto, un pigmento natural en un sistema biológico es aquel que es sintetizado y acumulado por células vivientes. Existe actualmente una considerable demanda de colorantes provenientes de fuentes naturales que pueden ser utilizadas como alternativas a aquellas tinturas sintéticas ya

sea tanto por cumplimiento de requisitos legales como debido al particular interés que emana de los consumidores con respecto al uso de aditivos sintéticos. En general, muchos de los colorantes naturales provienen de tejidos de plantas. Sin embargo el uso de estos colorantes también tienen sus inconvenientes desde el punto de vista tecnológico como la falta de consistencia en la intensidad del color, inesta bilidad ante la exposición a la luz y a las altas temperaturas y reacción con otros componentes del alimento.

1.3.2 Principales Pigmentos Naturales Entre los pigmentos que habitualmente pueden aplicarse a la industria alimenticia ,  podemos destacar: Clorofilas:

son los pigmentos que dan el color verde a las plantas, en una reacción con el oxígeno y la luz solar (fotosíntesis), que genera estos pigmentos naturales en los vegetales.  Antocianinas:

Son pigmentos que se desarrollan en frutos como uvas, ciruelas o  peras. Van de tonalidades azules a amarillentas.  Betalaínas:

El caso que se mencionaba al principio, el del natural rojo de la remo-

lacha.  Flavonoides: Son los responsables del color amarillo. Carotenoides:

Pueden obtenerse una variedad de colores del amarillo al rojo, pasando por el naranja. En esta clasificación, se encuentra el rojo del tomate (licopene o licopeno) y el betacaroteno (de donde se obtiene la vitamina A). Taninos:

Son compuestos fenólicos, de los que se obtienen colores desde el amarillo al marrón.

1.3.2.1

Pigmentos Vegetales y Animales

1.3.2.1.1

Carotenoides

Los carotenoides o tetraterpenoides son una clase de pigmentos terpenoides con 40 átomos de carbono derivados biosintéticamente a partir de dos unidades de geranil-geranilpirofosfato. Los carotenoides son los responsables de la gran mayoría de los colores amarillos, anaranjados o rojos presentes en los alimentos vegetales, y también de los colores anaranjados de varios alimentos animales. Desde el punto de vista químico,  pertenecen a la familia de los terpenos, es decir están formados por unidades de iso preno (ocho unidades, es decir, cuarenta átomos de carbono), y su biosíntesis se produce a partir de isopentenil pirofosfato. Esto produce sus rasgos estructurales más evidentes, la presencia de un muchos dobles enlaces conjugados y de un buen número de ramificaciones de grupos metilo, situados en posiciones constantes. Se conocen alrededor de 600 compuestos de esta familia, que se dividen en dos tipos  básicos : los carotenos, que son hidrocarburos, y las xantofilas, sus derivados oxigenados. En los vegetales verdes se encuentran en los cloroplastos, formando parte del sistema de biosíntesis a partir de la energía de la luz, pero son mucho más abundantes, y visi bles, coloreando algunas raíces, frutas y flores. Dada su ubicuidad en el reino vegetal, la biosíntesis total anual de carotenoides se ha estimado en unos 100 millones de toneladas. Los animales no pueden sintetizar sustancias de este tipo, pero si pueden transformar una en otra, aunque con bastantes limitaciones. De los carotenoides conocidos, solamente alrededor del 10% tienen valor como vitamina A. Además del β-caroteno, consecuentemente, varios de los carotenoides más comunes, como el licopeno, zeaxantina y luteína no tienen valor como vitamina A, aunque son muy importantes como pigmentos, y pueden tener también actividad como antioxidantes. En general, las xantofilas producen color amarillo, mientras que los carotenoides son anaranjados o rojizos. Los carotenoides pueden desempeñar un papel como antioxidantes en la protección del organismo frente a los radicales libres, aunque esta cuestión está todavía en discusión. Sí parece claro que la presencia en la dieta de alimentos con contenidos elevados de carotenoides tiene efectos preventivos frente a ciertas enfermedades, aunque los experimentos en los que se han utilizado suplementos han dado resultados contradictorios, en algunos casos incluso evidenciando efectos perjudiciales. Generalmente, existe una gran dependencia entre la velocidad de oxidación y el am biente en el que se encuentran. Dentro de los alimentos, los carotenoides son mucho más resistentes a la oxidación que en materiales pulverizados y secos, o en extractos.

1.3.2.1.1.1 Principales Carotenoides: β-caroteno

El β-caroteno fue el primer carotenoide purificado. Aunque su valor  vitamínico es solamente de alrededor de un sexto del valor del retinol (la “vitamina A” en su forma metabólicamente activa), su abundancia en los vegetales y también en algunos alimentos animales, como la leche, hace de él una fuente fundamental de vitamina A para muchísimas personas. Incluso en dietas relativamente pobres en  productos vegetales, como es la estadounidense, los carotenoides representan alrededor del 30% de la ingesta total de vitamina A. Son ricas en β caroteno la zanahoria, que contiene entre 70 y 140 mg/kg, los vegetales verdes como la espinaca y algunas frutas. En los vegetales verdes el β-caroteno se encuentra en los cloroplastos, junto con xantofilas, y suele ser el carotenoide mayoritario. En las frutas, en cambio, el carotenoide mayoritario depende de la especie. El β- caroteno lo es en el mango y en el caki. El β -caroteno se emplea mucho como colorante alimentario. Al ser insoluble en agua, no es fácil de utilizar, por ejemplo para colorear bebidas refrescantes, una de sus principales aplicaciones. En este caso, se utiliza en forma de polvo extremadamente fino, en partículas de alrededor de 0.4 micras de diámetro, que se puede dis persar en el agua, con la ayuda de un polisacárido como la goma arábiga. Se obtiene actualmente por sínstesis química, o bien por cultivo de  Dunaliella salina , un alga microscópica que prolifera en aguas con concentraciones muy elevadas de sal.

Licopeno El licopeno es el carotenoide más abundante en el tomate. Aunque el contenido de pende mucho del grado de maduración (aumenta con ella), exposición a la luz (tam bién aumenta), tipo de suelo, y de la variedad, puede considerarse representativa la cifra de 40 mg de licopeno por cada 100 gramos. Una diferencia fundamental entre la estructura del licopeno y la del β-caroteno es que los anillos de los extremos se encuentran abiertos. El licopeno no tiene actividad como vitamina A, pero es un antioxidante muy eficiente frente al oxigeno singlete, el que más de todos los carotenoides comunes.

Cantaxantina La cantaxantina se encuentra en la seta Cantharellus cinnabarinus , de donde se extrajo por primera vez, y de cuyo nombre latino procede el del carotenoide. También aparece la cantaxantina, generalmente asociada a otros carotenoides, como  pigmento en los crustáceos y en la carne de salmón. La cantaxantina se utiliza extensamente como aditivo en los piensos destinados a los salmónidos, para dar color a su carne, y en el destinado a las gallinas y pollos, para dar color a la yema del huevo, a la piel y carne. El color se obtiene por depósito directo o por transformación de la cantaxantina en otros carotenoides.

La cantaxantina se utiliza como “bronceador químico”, dado que se deposita en la  piel y permine obtener un tono dorado sin necesidad de sol. Ahora bien, las dosis elevadas utilizadas (algunos fabricantes recomiendan más de 100 miligramos al día, y algunas consumidoras tomaban incluso más). Dado que en su utilización como bronceador aparecieron en los usuarios problemas de salud asociados con la deposición del pigmento en la retina, su utilización está limitada.

Astaxantina La astaxantina es el carotenoide más común en los animales. Es el principal  pigmento responsable del color rosa de la carne del salmón o de la trucha, y también de las hueveras de algunos peces. El músculo del salmón del Atlántico contiene entre 4 y 10 mg de astaxantina por kilogramo, mientras que el salmón del Pacífico, más intensamente coloreado, contienen entre 14 y 40 mg/kg.

La astaxantina es también la causa del color rojo de la mayoría de los crustáceos. En los crustáceos muchas veces el color de la cantaxantina está enmascarado, dado que se encuentra unida muy fuertemente a proteínas, hasta el extremo de que esta unión modifica sus propiedades ópticas.

En muchos crustáceos, la unión de los carotenoides a una proteína modifica substancialmente su color. El tratamiento térmico la desnaturaliza, libera el carotenoide y hace que se vea su color propio.

β-Criptoxantina La β-criptoxantina es el carotenoide predominante en las naranjas. También se encuentra presente en otras frutas de color amarillo o anaranjado, como la papaya o el melocotón, en el boniato y, acompañando a la zeaxantina, en algunas variedades de maíz.

Capsantina La capsantina es el principal carotenoide del pimiento común ( Capsicum annuum), en el que representa hasta el 60% del total de los carotenoides presentes. Tambiés es el más abundante en otras especies del mismo género y, naturalmente también en el  pimentón, utilizado extensamente en España (y en Hungría, con el nombre de paprika) como especia, por su color y aroma. La capsantina es un carotenoide bastante raro, entendiendo como tal en primer lugar  que prácticamente no se encuentra en otros vegetales. Además su estructura tiene la

 particularidad de que el anillo de uno de sus extremos es solamente de cinco eslabones

Su biosíntesis se produce a partir de la zeaxantina, que se transforma en anteraxantina (un epóxido), y después en capsantina.

Zeaxantina La zeaxantina se encuentra bastante distribuida entre los vegetales, acompañando a otros carotenoides. Es el carotenoide típico del maíz, y de ahí procede su nombre. También se encuentra en muchas bacterias.

Luteína La luteína se encuentra en muchos vegetales, como las judías verdes, las espinacas o el broculi, aunque su color está enmascarado por el de la clorofila. Junto con la zeaxantina, es el carotenoide responsable del color de la yema de huevo. Se utiliza precisamente para añadirla al pienso de pollos y gallinas, para colorear la piel, carne y huevos. La luteína tienen dos grupos hidroxilo, pero en los alimentos (como los indicados anteriormente) se encuentra generalmente en forma no esterificada.

1.3.2.1.2

Clorofilas

Las clorofilas son los pigmentos porfirínicos fotosintéticos presentes en las plantas superiores y que le confiere colores verdes a los alimentos. En su estructura hay cuatro anillos pirrólicos unidos unos con otros por grupos metilo y en el centro de la estructura hay un átomo de magnesio unido en dos posiciones por nitrógenos. Además, la estructura presenta otros sustituyentes como grupos etilo, vinilo, ceto, acetato de metilo, o propionato de fitilo. En una de las sustituciones, según sea un grupo metilo, o uno aldehído, será la clorofila a o clorofila b respectivamente, cuya coloración será verde-azulado en el primer caso, y verde-amarillento en el segundo. Su denominación se uso para describir aquellos pigmentos verdes implicados en la fotosíntesis de las plantas superiores, siendo extendido a toda clase de pigmentos  porfirinicos fotosintéticos. En la clorofila se determina la siguiente terminología para comprender su química: Pirrol, esta determinado como uno de los cuatro componentes cíclicos del nucleo de  porfirina, en donde el termino Porfirina comprende todos los tetrapirroles próximos

entre si completamente conjugados, el compuesto madre de esta clase es la porfina, que puede ser sustituida por varios grupos como metilo, etilo o vinilo. Se determina una clasificación en la química de la Clorofila: Clorofila a y Clorofila  b

Clorofila a: Comprende una estructura tetrapirrolica que forma un quelato con el magnesio, con sustentaciones metilo en las posiciones 1. 3. 5 y 8, vinilo en la posición 2; etilo en la posición 4, y el propionato esterificado con el resto fitilo en la  posición 7; en la 9, un grupo ceto y en la 10, un grupo carbometoxi. Su formula em pirica es C55H72O5 N4M6. Clorofila b: Esta presenta la misma configuración que la clorofila a excepto que en la posición 3 existe un grupo formilo en vez del grupo metilo. Su formula em pirica es C5SHTOO 6 N4Mg Tambien se determina la siguiente clasificación: Feofitina a, clorofila a menos magnesio. Feofitina b, clorofila b menos magnesio. Clorofilido a, clorofila a menos fitol. Clorofilido b, clorofila b menos fitol. Feofórbido a, clorofilido a menos magnesio. Feofórbido b, clorofilido b menos magnesio. En los alimentos las clorofilas a y b, presentes en las plantas superiores están en la  proporción aproximada de 3:1. En las hojas estas clorofilas se encuentran localizadas dentro de los plastidos, los denominados Cloroplastos. Los cloroplastos tienen una estructura fina ordenada y se presentan, observados con el microscopio ordinario, como cuerpos verdes en forma de platillo de unos 5-10 um de largo y 1-2 um de grosor.

Propiedades Físicas de la Clorofila La clorofila a y la feofitina a son solubles en los alcoholes, éter, benceno y acetona. Cuando son puras son solo ligeramente solubles en éter de petróleo.Son insolubles en agua. La clorofila b y la feofitina b son solubles en alcoholes, éter, acetona y benceno. Cuando son puras, son casi insolubles en éter de petróleo e insolubles en agua. Los clorofilidos y feoforbidos, que son la contrapartida de las clorofilas y feofitinas, carecen de la cadena lateral de fitol y en general son insolubles en los aceites y solubles en agua. Propiedades Quimicas Las clorofilas pueden sufrir una serie de cambios que se exponen a continuación: En medio ácido y con calor, la clorofilas pueden pasar a feofitinas que sería la misma estructura pero se sustituye el átomo de magnesio presente en el centro de anillo

tetrapirrólico por un átomo de hidrógeno, el color pasará a ser pardo oliváceo. Esto ocurre por ejemplo al cocer la acelga que se oscurece y este cambio de coloración se  produce, el medio ácido en este caso lo proporcionará el propio alimento. En el escaldado también se produce feofitinización así como al someter a los alimentos a irradiaciones gamma para destruir la flora microbiana. Las clorofilas a través de las enzimas denominadas clorofilasas pueden parar a clorofílicos que será la misma estructura pero sin el grupo propionato de fitilo y la coloración se mantendrá verde. Finalmente, las feofitinas, a través de los enzimas llamados feofilasas, pueden convertirse en feofórbidos que tendrán la misma estructura que feofitinas pero sin el grupo propionato de fitilo. También se pueden  producir otros cambios en la coloración de las clorofilas por pérdida de sustituyentes o en la exposición a la luz en la que se romperá el anillo para generar una sustancia incolora. En las frutas y verduras congeladas también se pueden observar colores más oscuros que el verde que serán debidos a que previamente estos alimentos han sufrido un escaldado. En ocasiones las frutas y verduras son desecadas para disminuir la actividad de agua del alimento y, por consiguiente, su estabilidad, generándose colores diferentes que irán en función del grado de deshidratación que han sufrido. En el campo de la Ciencia y la Tecnología de los Alimentos el interés fundamental de la clorofila está en el color que confiere a los vegetales verdes, ya que desde el  punto de vista nutricional, solamente el magnesio tiene alguna relevancia, y más bien escasa. La falta de estabilidad del color de la clorofila es un problema importante. No obstante esta falta de estabilidad, se utiliza también la clorofila extraída de vegetales como colorante natural en algunos alimentos.

Alteraciones de la clorofila La clorofila puede sufrir distintos tipos de alteraciones. La más frecuente, y la más  perjudicial para el color de los alimentos vegetales que la contienen, es la pérdida del átomo de magnesio, formando la llamada feofitina, de un color verde oliva con tonos marrones, en lugar del verde brilante de la clorofila. Esta pérdida del magnesio se  produce por sustitución por dos iones H +, y consecuentemente se ve favorecida por el medio ácido. La pérdida es irreversible en medio acuoso, por lo que el cambio de color de los vegetales verdes es un fenómeno habitual en procesos de cocinado, enlatado, etc. La clorofila b es algo más estable que la clorofila a. Hay que tener en cuenta que los vegetales son siempre ácidos, y que en el tratamiento térmico se liberan generalmente ácidos presentes en vacuolas en las células, y que hacen descender el pH del medio. El calentamiento de materiales que contienen clorofila produce también isomerizaciones dentro de la molécula, que pueden llegar a afectar hasta el 10% del contenido en el cocinado normal o en el escaldado de vegetales verdes. Esta isomerización carece de importancia desde el punto de vista alimentario.

En la clorofila puede hidrolizarse el enlace éster que mantiene unido el grupo fitol. Esta hidrólisis está catalizada por el enzima clorofilasa, presente en los vegetales verdes. La estructura que queda al eliminarse el fitol recibe el nombre de clorofilida. Su color es semejante al de la clorofila, y consecuentemente su formación no representa un problema desde ese punto de vista, e incluso son algo más estables que las propias clorofilas frente a la pérdida del magnesio. La feofitina es capaz de unir eficientemente iones de Zn o de Cu en el lugar que ocupaba el magnesio, formando pigmentos estables y de color verde atractivo. La clorofila se puede extraer fácilmente mediante solventes orgánicos polares, como etanol, metanol o acetona, y utilizarse como colorante alimentario. En Europa tiene el código E-140. En la actualidad, la mejor manera de mantener la estabilidad de la clorofila es trabajar con productos de alta calidad, procesarlos lo más rápidamente posible y almacenarlos a temperaturas bajas.

1.3.2.1.3

Mioglobina

La mioglobina es una proteína sarcoplamática (el sarcoplasma es el citoplasma de las células musculares) que desempeña la función de transportar el oxígeno en los músculos. Esta proteína es la responsable de la coloración de las carnes. En el animal vivo, la mioglobina da cuenta de solamente el 10 % del hierro total,  pero durante el sacrificio, el sangrado elimina la mayor parte del hierro como hemoglobina, y una pieza de musculo esquelético de vacuno bien sangrado, el 95 % o mas del hierro que queda se considera como mioglobina. Este en general es el único pigmento presente en cantidades lo suficientemente grandes para colorear la carne. Los pigmentos musculares presentes en la carne se les conoce como citocromos Está constituida por un anillo tetrapirrólico similar al de las clorofilas pero sin sustituyentes y con un átomo de hierro en lugar de magnesio que está unido a cuatro nitrógenos, tiene un quinto enlace con el grupo imidazólico de la histidina terminal de la globina (proteína) y un sexto enlace que suele estar ocupado normalmente por  una molécula de agua. El átomo de hierro está en estado de oxidación 2. La coloración normal de esta estructura suele ser rojo púrpura. La mioglobina es una proteína muscular compleja con función similar al pigmento sanguíneo hemoglobina y ambas tienen la propiedad de formar un complejo con el oxigeno necesario para la actividad metabolica del animal. La hemoglobina de los globulos rojos contienen cuatro cadenas polipeptidicas y cuatro grupos hemos. La

función del grupo hemo es combinarse reversiblemente con una molecula de oxigeno la cual es transportada por la sangre desde los pulmones a los tejidos. El estado físico de la mioglobina también influye, si se desnaturaliza se pueden dar  lugar a otras coloraciones distintas del rojo púrpura. Finalmente, el estado de la  porfirina también influye, si está intacta habrá coloraciones desde rojo a pardo, pero si se rompe se darán lugar a coloraciones verde o amarillentas. La hemoglobina puede considerarse que esta formada por cuatro mioglobinas unidas. Las reacciones más habituales que se producen son: 1.- Oxigenación: Se produce en presencia de grandes concentraciones de oxígeno. Lo que ocurre es que se une al hierro y se dará oximioglobina de coloración rojo  brillante. Este proceso es reversible. 2.- Oxidación: La mioglobina en presencia de pequeñas concentraciones de oxígeno se puede oxidar y dar lugar a la metamioglobina de color pardo. El hierro en lugar de dos, tendrá tres cargas positivas. Este proceso también es reversible siempre y cuando haya agentes reductores. 3.- Calor: Se desnaturalizará la globina y el grupo hemo queda desprotegido y este grupo se oxida con gran facilidad y pasamos de un color rojo púrpura a uno pardo. 4.- PH ácido: La globina se va a desnaturalizar y el grupo hemo quedará también desprotegido. Tendremos coloración parda. Cuando sometemos en el procesado a tratamiento térmico la mioglobina se desnaturalizará y tendremos coloración parda. En otras ocasiones a la carne en el escabechado, se acidificará y bajará el PH adquiriendo el color pardo. En el curado de la carne por adición de nitratos y nitritos también se generarán colores desde rojo muy resistentes hasta verdes-amarillento si se añade en exceso  por rotura de la porfirina. Cuando las carnes están envueltas en films de plástico se suelen incluir  determinadas concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono en el interior con el fin de mantener la carne con un color apetecible para el consumidor.

1.3.2.1.4

Antocianinas

Las antocianinas son pigmentos hidrosolubles de colores rojos, azules y purpura de las flores, frutas y verduras.

Estructura Química L as antocianinas son glucósidos; cuando se los hidroliza producen un azúcar y una aglicona, llamada antocianidina. Las antocianidinas poseen una estructura básica en común, que consiste en un núcleo de benzopirilio y un anillo fenólico, los dos juntos reciben el nombre de flavilio. Las agliconas libres raramente existen en los alimentos, excepto posiblemente como componentes traza de las reacciones de degradación. Solamente se han hallado cinco

azucares como parte de las moléculas de anticianinas. Son según su orden de abundancia relativa: Glucosa, Ramnosa, Galactosa, Xilosa y Arabinosa. Se conocen 20 tipos de antocianinas, pero solo 6 son importantes en el área de alimentos: Pelargonidina, Cianidina, Delfinidina, Peonidina, Petunidina y Malvidina. Todos los nombres de las antocianidinas se derivan de nombres de plantas. La Pelargonidina se encuentran en las fresas; las Cianidina en el hígo morado, almendra, mora; la Delfinidina en la granada y la berenjena. Debido a que las antocianinas no existen en estado libre en los alimentos, su presencia es indicio de una posible hidrólisis química o enzimática de las antocianidinas; sin embargo el enlace glucosídico de las antocianinas es resistentes a la mayoría de los tratamientos empleados en la manufactura de alimentos. Las antocianinas son muy sensibles a las variaciones de pH; generalmente rojos en medio acido, viran a violeta y después al azul cuando el pH se hace alcalino. El color de las antocininas ha sido estudiado químicamente y se explica en la forma siguiente: Rojo como sal acida Violeta como sal metálica neutral Azul como un anhídrido antocianico Es por eso que la coloración de una solución de antocianinas dependa del medio químico en que se encuentre. El núcleo flavilio de los pigmentos de antocianina es deficiente en electrones y por  tanto muy reactivo. Las reacciones ordinariamente comprenden la decoloración de los pigmentos. La velocidad de destrucción de las antocianinas depende del pH y es rápida a valores de pH elevados. El pigmento Antocianina es ampliamente utilizado en la industria alimentaria, destinada especialmente como refrescos, bebidas, yogurt, confitería, etc. Las antocianinas son identificadas por sus valores de Rf en cromatografía y sus  propiedades de absorción en la región visible. Por la existencia del “ electrón deficiente ”, los núcleos de las antocianinas son altamente reactivos y por lo tanto, sufren fácilmente cambios indeseables en la estructura y el color bajo las diversas condiciones de procesamiento y almacenamiento de productos alimenticios. El color exhibido por las antocianinas es influenciado por el pH del medio. A un pH  bajo las antocianinas son rojos, el matiz puede ser diferente pero son rojizos en general. A un pH alto las antocianinas pasan de un color violeta hasta alcanzar un color  azul, a altos valores de pH, hay un viraje a verde y luego amarillo. El efecto de la temperatura podría ser gobernado por la variación estructural de antocianinas y la cantidad de pigmentos inicialmente presentes. Muchos estudios sobre la estabilidad de las antocianinas indican que estas son fácilmente degradadas por el calor, el porcentajes de degradación depende de la estructura de la antocianina.

1.3.2.1.5

Betalaínas

Las betalaínas son un grupo de comcompuestos semejantes a las antocianinas y flavonoides en su aspecto visual. Las betalainas en cambio, son menos conocidas, probablemente por su relativa escasez natural. Sin embargo, constituyen indudablemente una opcion interesante dado su gama de colores, desde el anaranjado amarillento al rojo violaceo. Por otra parte hay evidencia creciente de interesantes actividades biologicas, entre ellas su actividad antioxidante. Quimicamente las betalainas son alcaloides derivados de la tirosina que pueden ser  de dos tipos: las betacianinas que son de color rojo-violaceo y las betaxantinas anaranjadas amarillentas, ambas con el núcleo fundamental del acido betalámico. El uso de betalainas esta autorizado por el Codex Alimentarius Commission (2004) y es comercializado en EEUU y la UE con el nombre de “rojo remolacha”. Se consigue como concentrados (producidos por concentración al vacio de jugo de remolacha al 60-65% de sólidos totales) o polvos producidos por liofilización. Hasta este momento no se han detectado antocianinas y betalainas en una misma  planta. Las betalainas se encuentran en raices, frutos y flores. Las pocas fuentes conocidas comestibles de betalainas son las remolachas (tambien conocida como betarraga) rojas y amarillas (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris), la acelga suiza (Beta vulgaris L. ssp. Cicla), el amaranto de hoja o cerealero (Amaranthus sp) y frutos de cactus. El pigmento obtenido de estos frutos es mas aceptable organolépticamente que el de las remolachas, ya que no tienen un sabor desagradable sino mas bien el hecho de su escaso sabor resultaría en su mayor potencial como colorantes que como alimentos.

1.3.2.1.6 Flavonoides Los flavonoides amarillos comprenden una diversa, casi ubicuota clase de pigmentos que tienen una estructura química similar a la de las antocianinas. Uno de los grupos  principales es el de los flavonoles, como el canferol, quercetina y mirecetina. Otro grupo, menos común que los flavonoles, es el de las flavonas al que pertenecen miembros como la apigenina, luteolina y tricetina.

Tabla 1. Pigmentos naturales comúnmente encontrados (Fennema. 1976)

1.3.3. Actividad Antioxidante de los Pigmentos en los Alimentos: Los pigmentos están relacionados directamente con el uso de antioxidante, porque estos nos ayudan a prevenir daños en nuestro organismo. Mucha gente consume calorías en exceso, casi no tiene desgaste físico y desconoce la composición de los alimentos que se lleva al estómago, sus beneficios y sus perjuicios, y las consecuencias de todo esto van más allá del aumento de peso. Los alimentos que nos aportan vitaminas, minerales y antioxidantes no nos garantizan eterna salud y juventud, pero está comprobado que contribuyen a  protegernos de las enfermedades cardiovasculares, de la formación de tumores, que refuerzan nuestras defensas y que demoran el envejecimiento celular, lo que no es poca cosa, menos aún teniendo en cuenta que para incorporar estos nutrientes no es necesaria la ingesta de capsulas ni de alimentos costosos. A pesar de que la ingesta de alimentos ricos en antioxidantes disminuye el riesgo de ciertas patologías, éstos no modifican el deterioro normal que conlleva la vejez ni  permiten que vivamos más años. Y se ha demostrado que la suplementación a altas dosis con preparados de antioxidantes puede resultar contraproducente. A pesar de que se sabe cada día más sobre los beneficios de los antioxidantes - se ha de promocionar su consumo mediante los alimentos que los contienen de forma natural, es pronto aún para asegurar si es conveniente o no la suplementación diaria, ya que se desconocen las dosis adecuadas. Por ello, lo más correcto es seguir una alimentación variada y equilibrada, en la que no falten los vegetales y no abusar de suplementos ni de alimentos enriquecidos con antioxidantes. Los pigmentos están relacionados directamente con el uso de antioxidantes, porque estos nos ayudan a prevenir daños en nuestro organismo al ser ingeridos.

Por lo tanto se conoce como Antioxidantes como aquellas sustancias existentes en determinados alimentos que nos protegen frente a los radicales libres, causantes de los procesos de envejecimiento y de algunas otras enfermedades. Se trata de un grupo de vitaminas, minerales, colorantes naturales y otros compuestos de vegetales y enzimas (sustancias propias de nuestro organismo que intervienen en múltiples procesos metabólicos), que bloquean el efecto perjudicial de los denominados radicales libres. La mayoría de los antioxidantes se encuentra en alimentos vegetales, lo que explica que incluir frutas, legumbres, verduras y hortalizas o cereales integrales en nuestra dieta sea tan beneficioso. Los antioxidantes son pigmentos naturales, usados para retrasar el proceso de envejecimiento combatiendo la degeneración y muerte de las células que provocan los radicales libres. La incapacidad de nuestro cuerpo para neutralizar los radicales libres a los que nos exponemos diariamente nos obliga a recurrir a alimentos con la  propiedades antioxidantes con capacidad de neutralizarlos. Son los mejores alimentos naturales antioxidantes con enzimas potentes para nuestra salud. Muchos de los alimentos que consumimos cotidianamente ya sea por placer o hábito y también algunos que no suelen ser utilizados con frecuencia son ricos en ciertas sustancias llamadas antioxidantes. Para una dieta saludable es bueno conocer  donde se encuentran y en que nos benefician. Es ideal incorporar los antioxidantes a través de nuestra alimentación Estos son algunos de los alimentos que los contienen:

cotidiana.

En las frutillas, kiwis, melón y frutas cítricas encontramos Vitamina C, que además de tener poder antioxidante, ayuda a la absorción del hierro previniendo la anemia y contribuye a la cicatrización de heridas. Otras fuentes son las fresas, acerola, pimentones, tomates, pepino, nabo y crucíferas (grupo de vegetales que incluye al brócoli, coliflor y los repollitos de bruselas) Los fumadores deben tener en cuenta que su hábito produce un deficit de esta vitamina por lo que necesitan consumir el doble que los que no fuman. La sandía, melón, brócoli y los alimentos de color anaranjado como la calabaza, el zapallo, la zanahoria, duraznos, damascos y mangos son fuente de betacaroteno o  provitamina A, que tiene importante poder antioxidante y es esencial para mantener  en buen estado nuestra piel y tejidos.

1.3.3.1

Clasificación de Antioxidantes Naturales

Allicina: Es la sustancia que le da al ajo su aroma y sabor: Ajo

Ácido Elágico : Con propiedades antioxidantes y hemostáticas. En algunos países se utiliza utiliza como suplemen suplemento to alimentar alimentario io atribuyén atribuyéndole dole propiedad propiedades es antitumor antitumorales: ales: Frutilla (Fresas), Frambuesa, Cerezas, Uvas, Kiwis, Arándanos. Antocianos: Es un grupo de pigmentos flavonoides hidrosolubles (glucósidos) que están en solución en las vacuolas de las células vegetales de frutos, flores, tallos y hojas de: Uva, Cerezas, Kiwis, Ciruelas. Ademá emás, s, de un pod podero eroso so antiox antioxida idante nte,, invest investiga igacio ciones nes recien recientes tes ha hann Capsicina: Ad revelado que podría desnutrir las células cancerígenas antes de que éstas causen ningún tipo de problemas, se conoce a Pimientos, Chiles, Ajíes.

Carotenoides: Los alfa y beta carotenos son precursores de la vitamina A y actúan como nutrientes antioxidantes. Son los únicos carotenoides que se transforman en cantid cantidade adess aprecia apreciable bless de vitami vitamina na A. Zanah Zanahori oria, a, Tomate Tomate,, Naran Na ranja, ja, Papay Papaya, a, Lechuga, Espinacas. Catequinas: El té verde según las últimas investigaciones es clave por su alto cont co nten enid idoo en cate catequ quin inas as y po poli life feno nole les, s, qu quee actú actúan an co como mo an anti tiox oxid idan ante tess y activado activadores res del metabolismo, metabolismo, se conoce a: Té verde, verde, Cacao, Cinc, Cinc, Cobre, Azufre, Azufre, Selenio Selenio y Manganeso; Manganeso; para la piel y buen buenos os antioxidant antioxidantes es en genera genera el cinc puede puede llegar a ser hasta afrodisiaco según algunas fuentes; también se considera a gérmenes de trigo, levadura de cerveza, cangrejo, pipas calabaza o girasol, ostras, carne, legumbres, frutos secos, cereales, cacao. Coenzima – Q : Mucho más que un antioxidante, pieza clave del metabolismo celular. Se considera a: Carne, vísceras, pescado, sardinas cacao bloqueo Isotiocianatos: Pueden suprimir el crecimiento de tumores mediante el de en enzi zima mas. s. Se co cons nsid ider eraa a: Co Cole les, s, bréc brécol ol,, cala calaba baza za,, most mostaz aza, a, na nabo bos, s, be berr rros os..

Isoflavonas: Se rela relaci cion onaa co como mo alia aliado do co cont ntra ra en enfe ferm rmed edad ades es card cardio iova vasc scul ular ares es,, oste osteop opor oros osis is y de cánc cáncere eress de depe pend ndie ient ntes es de ho horm rmon onas as,, se co cono noce ce a la Soja Soja y deriva derivados dos.. En mucha mucha menor menor canti cantidad dad:: té ve verde rde,, guisan guisantes tes,, lentej lentejas, as, ga garba rbanzo nzoss ,cacahuetes. Licopeno responsable del característico color rojo de los tomates Tomate (casi en exclusiva) Quercetina es un potente antioxidante, encontrado en una gran variedad de frutas y vegetales. Se consideran a uvas, cebolla roja, brécol, toronja y manzanas, cerezas, te verde. Se consideran a los Taninos también muy potentes para limpiar nuestras arterias (consumo moderado de vino tinto) Vino tinto, uvas, lentejas.

Vitamina Zeaxantina: Se considera al maíz, espinacas, calabaza. Ademas de la C junto de la vitamina E los dos clásicos con muy potente capacidad antioxidante: Kiwi, cítricos, piña, tomates, brécol, alfalfa germinada, pimientos, espinacas. LaVitamina E es el clásico antioxidante que protege a las células de agresiones externas del tipo: contaminación, pesticidas, humo del tabaco.

Tabla 2. Características de Principales Antioxidantes según su origen

1.3.4 .

GENERALI ALIDADE ADES DE LOS ANT ANTIOXID XIDANT ANTES:

¿Qué son los Antioxidantes? Los antioxidantes antioxidantes son son compuestos compuestos cuya función primordial en nuestro organismo es  protegernos del daño oxidativo que causan moléculas conocidas como radicales libr libres es,, en entr tree otra otras. s. Dicho icho da daño ño ox oxid idat ativ ivoo es el resp respon onsa sabl blee de impo import rtan ante tess enferm enfermeda edades des de carác carácter ter deg degene enerat rativ ivoo del siste sistema ma circul circulat atori orio, o, enferm enfermeda edades des cardiovasculares, cataratas, envejecimiento precoz y cáncer, todas las cuales hoy son la principal causal de muerte en nuestra sociedad. Los Los radi radica cale less libr libres es alte altera rann el bu buen en func funcio iona nami mien ento to de las las célu célula lass de nu nues estr troo organismo organismo,, atacando atacando a componen componentes tes estructural estructurales es claves claves de las mismas, tales tales como como

lípidos y proteínas de la membrana celular, enzimas e incluso al ADN, responsable del funcionamiento y renovación celular.

¿Dónde se encuentran los antioxidantes?  Naturalmente nuestro organismo cuenta con un sistema de defensas antioxidantes antioxidantes representado fundamentalmente por ciertas enzimas. No obstante y dado el nivel de radicales libres que forma nuestro cuerpo, resulta indispensable la ingesta de antioxida antioxidantes ntes en nuestra nuestra dieta. En la naturaleza naturaleza solo los vegetale vegetaless son capaces capaces de sintetizas diversos antioxidantes, pero no todos los vegetales sintetizan antioxidantes del mismo tipo. Es aquí donde surge la necesidad de conocer las diferencias entre las fuentes vegetales de antioxidantes de nuestra dieta (frutas, verduras, granos, etc.),  para de esta manera utilizar los efectos complementarios que estas presentan, de forma de prevenir enfermedades de tipo degenerativo.

¿Y por qué el color debe ser diferente? Porq Porque ue much muchoos de los los co comp mpue uest stos os qu quee tien tienen en func funció iónn an anti tiox oxid idan ante te son son los los responsables de aportar el color a los vegetales y por lo tanto colores diferentes aportarán compuestos antioxidantes complementarios en nuestra dieta. ¿Es posibl ible obtener ner los compue puesto stos antiox ioxida idantes tes de los vegetal tales preservando todas sus propiedades? Sabemos que hay ciertos compuestos antioxidantes tales como la vitamina C que están en las frutas como naranjas y limones o como la vitamina E presente en hortalizas de hoja, que es posible adquirirlos en el mercado y que permiten su ingesta como fuentes antioxidantes. Dichas vitaminas normalmente no son extraídas de sus fuentes naturales, sino que son sintetizadas en forma artificial.  No obstante esto, hoy por modernas técnicas, es posible extraer y preservar  compuestos antioxidantes antioxidantes de frutas, verduras, verduras, hojas, hojas, granos, granos, etc., conservándolas en forma sólida (polvo), de forma de que al disolverlas en agua, entreguen todas sus  propiedades antioxidantes a quienes los consumen. Este tipo de productos con antioxidantes obtenidos directamente de sus fuentes naturales, son los que hoy se comercializan en muchas farmacias de todo el mundo, encontrando extractos de fuentes tales como semilla de uva, hojas de olivo, hojas de ginko biloba, berries (arándano, mora, frutilla, etc.), tomate (licopeno), entre muchos otras. Esto Estoss prod produc ucto toss ob obte teni nido doss en po polv lvo, o, no solo solo es po posi sibl blee en enco cont ntra rarl rlos os ho hoyy en farmacias, sino que además y dada la importancia que hoy se le atribuye a la ingesta de antioxidantes naturales en el mundo, es que son empleados en la elaboración de alimentos que los contengan y que son conocidos como Alimentos Funcionales. Hoy entre los alimentos funcionales más importantes se encuentran los jugos, lácteos como yogures y leches de diverso tipo, panes y productos derivados de la industria molinera, etc.

Adicionalmente y dadas las propiedades benéficas contra procesos de envejecimiento, estos compuestos son utilizados también en la fabricación de cremas, máscaras y lápices labiales, en la industria cosmética.

Familias de compuestos antioxidantes. Dentro de los compuestos naturales de origen vegetal con acción antioxidante es  posible encontrar una variada gama de grupos, no obstante hoy se reconoce a las familias pertenecientes al grupo de los conocidos como compuestos fenólicos o  polifenoles, el mayor espectro no solo en cuanto a su actividad antioxidante, sino que además en cuanto a su efecto bioactivo específico sobre determinadas patologías de carácter degenerativo en seres humanos.

Familias de compuestos fenólicos. Los flavonoides: Dentro de este grupo de compuestos destacan tres grandes familias: - Antocianos: son los compuestos responsables de la coloración roja y violeta de muchas flores, pero también del color de las uvas, manzanas, ciruelas y berries tales como las frutillas, moras, arándanos, frambuesas y maqui, entre otras muchas frutas. - Flavonoles: en este grupo destacan compuestos responsables de la coloración amarilla de flores y algunos frutos, siendo abundantes en las pieles de uvas blancas y rojas, de manzanas, peras, duraznos y en la pulpa de la mayoría de los berries. - Flavanoles: este grupo al que pertenecen los taninos condensados, son responsables de la defensa contra diversas enfermedades en las plantas y son abundantes en las semillas de diversas especies como la vid y en hojas como las del té.

CAPITULO II: CONCLUSIONES •

•

Un requisito evidente de un pigmento es su estabilidad a largo plazo, debiendo resistir no solo los procesos industriales a los cuales están sometidos los alimentos como a las condiciones de pH sino además a la interacción con otros componentes de los alimentos en los cuales se encuentra. Los diferentes pigmentos se analizan a distintas condiciones: pH, temperatura, oxidación, entre otros.

•

•

•

Uno de los problemas mayores que tienen los colorantes naturales que se encontraron hasta el momento es su baja estabilidad. Por ejemplo, en el caso de pigmentos hidrosolubles, las antocianinas han demostrado ser muy hábiles en medio acido, hidrolizándose rápidamente. Aunque los pHs de los alimentos no son muy extremos, si es conveniente que los pigmentos sean resistentes a grandes rangos de pH. La mayoría de pigmentos son muy susceptibles a oxidarse y por ello en general, se comportan como antioxidantes.

CAPITULO III : BIBLIOGRAFIA  

Rodriguez-Amaya D. Changes in carotenoids during processing and storage of  foods. Archivos Latinoamericanos de Nutrición 1999; 49(1-S): 38-47 Butz P, Fernández García A, Lindauer R, Dieterich S, Bognár A, Tauscher B. Influence of ultra high pressure processing on fruit and vegetable products. Journal of Food Engineering 2003; 56: 233-236.



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  

Mínguez-Mosquera MI. Clorofilas y carotenoides en Tecnología de los Alimentos. Sevilla: Secretariado de publicaciones de la Universidad de Sevilla; 1997. Cole ER, Kapur NS. The stability of lycopene. I.-Degradation by oxigen. Journal of the Science of Food and Agriculture 1957; 8: 360-365. Fennema OR. Química de los alimentos. Zaragoza: Acribia, S.A.; 1993. Miguel Calvo. Bioquimica de Alimentos. 2007 J. R, Gad G. Yousef, Ramon A. Martínez-Peniche and Mary Ann Lila. Antioxidant Capacity of Fruit Extracts of Blackberry (Rubus sp.) Produced in Different Climatic Regions. Journal of Food Science, Volume 70 Issue 7 Pages 497503, September 2005.



Tema 02: Elaboración de Mermeladas

INDICE GENERAL TEMA 02: ELABORACION DE MERMELADAS CAPITULO I: REVISION BIBLIOGRAFICA 33

1.1

INTRODUCCION 33

1.2

JUSTIFICACION 33

1.3

DESARROLLO DEL TEMA 33

1.3.1

. Definiciones

34

1.3.2.

Materias Primas

35 1.3.2.1. Frutas

35

1.3.2.2. Azúcar

35 1.3.2.3.

Acido Cítrico 36

1.3.2.4. Pectina 1.3.2.5.

36

Conservantes

37 1.3.3.

Efecto sobre los Alimentos 37

1.3.4.

Proceso de Elaboración 38

1.3.5. Calidad de la Mermelada

42

1.3.6. Defectos en la Elaboración de Mermeladas

43

1.3.7. Manejo de Formulas para la Elaboración de Mermeladas

44

1.3.8. Generalidades sobre la Elaboracion Industrial de Mermelada

45

CAPITULO II: CONCLUSIONES 49 CAPITULO III : BIBLIOGRAFIA 50

INDICE DE FIGURAS Figura 1. Flujo de Elaboracion de Mermelada

42

TEMA 02: ELABORACION DE MERMELADAS CAPITULO I: REVISION BIBLIOGRAFICA 1.1

INTRODUCCIÓN

Se define a la mermelada de frutas como un producto de consistencia pastosa o gelatinosa, obtenida por cocción y concentración de frutas sanas, adecuadamente  preparadas, con adición de edulcorantes, con o sin adición de agua. La fruta puede ir  entera, en trozos, tiras o partículas finas y deben estar dispersas uniformemente en todo el producto. La elaboración de mermeladas sigue siendo uno de los métodos más populares para la conservación de las frutas en general. La mermelada casera tiene un sabor excelente que es muy superior al de las procedentes de una producción masiva. Una verdadera mermelada debe presentar un color brillante y atractivo, reflejando el color propio de la fruta. Además debe aparecer bien gelificada sin demasiada rigidez, de forma tal que pueda extenderse perfectamente. Debe tener por supuesto un buen sabor afrutado. También debe conservarse bien cuando se almacena en un lugar  fresco, preferentemente oscuro y seco. Todos los que tienen experiencia en la elaboración de mermeladas saben que resulta difícil tener éxito en todos los puntos descritos, incluso cuando se emplea una receta bien comprobada debido a la variabilidad de los ingredientes en general, principalmente de la fruta. Las frutas difieren según sea su variedad y su grado de madurez, incluso el tamaño y la forma de las cacerolas empleadas para la cocción influyen sobre el resultado final al variarla rapidez con que se evapora el agua durante la cocción.

1.2 JUSTIFICACION La elaboración de mermeladas es un tipo de conservación; y se realiza con el objetivo de presentar al mercado nuevos productos transformados que aseguren tener un tiempo prolongado de vida. Para poder lograrlo el ingeniero pone en práctica los conocimientos sobre operaciones unitarias y  procesos de conservación. Al elaborar conservas de diversos alimentos implica conocer la materia prima, y cada uno de los procesos a seguir para obtener un producto final de buena calidad, tanto sanitaria, higiénica, nutricional, como organoléptica. Se debe conocer entonces, acerca de la composición físico química y reacciones  bioquímicas de los alimentos, y analizar los puntos críticos en el proceso para  poder aplicar los métodos más adecuados, combinando factores económicos con la mejor tecnología y colocar en el mercado un producto de calidad a  buen precio.

De esta manera, se pueden elaborar mermeladas tanto a nivel industrial, semindustrial como artesanal, teniendo en cuenta el mismo fundamento y  principios de utilización de los distintos procesos e ingredientes. Los objetivos de la presente monografía son conocer las operaciones unitarias y tratamientos que deben realizarse para la elaboración de conservas a pH < 4.5, a nivel semindustrial, y aprender el funcionamiento adecuado de los equipos y materiales necesarios para éstas.

1.3

DESARROLLO DEL TEMA

Para poder elaborar una conserva de buena calidad hay que tener presentes muchas variables, y seguir un flujo adecuado desde la recolección del fruto hasta su comercialización como producto acabado.

1.3.1 DEFINICIONES Jalea : Son preparados con el jugo de la fruta, al cual después de tamizado o filtrado se le agrega azúcar y se le concentra por ebullición hasta obtener su gelificación. En los Estados Unidos las normas para conservas de frutas y jaleas, muy similares a las de otros países, definen los productos, la cantidad mínima de fruta o  jugo de fruta que puede utilizarse y los ingredientes permitidos. Dichas normas no distinguen entre conservas y jaleas, pero dice que una conserva es el producto semi-sólido preparado al combinar cuando menos 45 partes de fruta preparada en forma conveniente con 55 partes de azúcar y cocinar esta mezcla hasta llegar a un contenido final de sólidos solubles en 68% o más alto. Mermeladas: Son jaleas de fruta en las que están suspendidas pequeños trozos de fruta o corteza de ellas. Según otra fuente bibliográfica, la mermelada es un  producto de consistencia pastosa obtenido de frutas maduras, las que son sometidas a un pulpeado y posterior concentrado. Puede contener trozos o tiras según las exigencias del mercado. La mermelada de frutas es un producto de consistencia pastosa o gelatinosa que se ha producido por la cocción y concentración de frutas sanas combinándolas con agua y azúcar. La elaboración de mermeladas es hasta ahora uno de los métodos más comunes  para conservar las frutas y su producción casera es superior a la producción hecha masivamente.

Las características más saltantes de la mermelada es su color brillante y atractivo, además debe parecer gelificada sin mucha rigidez.

1.3.2 MATERIA PRIMA E INSUMOS Elaborar una buena mermelada es un  producto complejo, que requiere de un óptimo balance entre el nivel de azúcar, la cantidad de pectina y la acidez. 1.3.2.1 FRUTAS Lo primero a considerar es la fruta, que será tan fresca como sea posible. Con frecuencia se utiliza una mezcla de fruta madura con fruta que recién ha iniciado su maduración y los resultados son bastante satisfactorios. La fruta demasiado madura no resulta apropiada para preparar  mermeladas, ya que no gelificara bien. Entre las frutas que se emplean en la elaboración de mermeladas se puede mencionar: papaya, fresa, naranja. 1.3.2.2 AZÚCAR   El azúcar es un ingrediente esencial. Desempeña un papel vital en la gelificación de la mermelada al combinarse con la pectina. Es importante señalar que la concentración de azúcar en la mermelada debe impedir tanto la fermentación como la cristalización. Resultan bastante estrechos los límites entre la probabilidad de que fermente una mermelada por que contiene poca cantidad de azúcar y aquellos en que  puede cristalizar por que contiene demasiada azúcar. En las mermeladas en general la mejor combinación para mantener la calidad y conseguir una gelificación correcta y un buen sabor suele obtenerse cuando el 60 % del peso final de la mermelada  procede del azúcar añadido. La mermelada resultante contendrá un porcentaje de azúcar superior debido a los azúcares naturales presente en la fruta. Cuando la cantidad de azúcar añadida es inferior al60% puede fermentar la mermelada y por  ende se propicia el desarrollo de hongos y si es superior al 68% existe el riesgo de que cristalice parte del azúcar durante el almacenamiento. El azúcar a utilizarse debe ser de preferencia azúcar blanca, por que permite mantener las características propias de color y sabor de la fruta. También puede utilizarse azúcar rubia especialmente  para frutas de color oscuro como es el caso del sauco y las moras. Cuando el azúcar  es sometida a cocción en medio ácido se produce la inversión de la sacarosa, desdoblamiento en dos azúcares (fructosa y glucosa) que retardan o impiden la cristalización de la sacarosa en la mermelada, resultando por ello esencial para la  buena conservación del producto el mantener un equilibrio entre la sacarosa y el azúcar invertido. Una baja inversión puede provocar la cristalización del azúcar de caña, y una elevada o total inversión, la granulación de la dextrosa. Por tanto el  porcentaje óptimo de azúcar invertido está comprendido entre el 35 y 40 % del azúcar total en la mermelada.

1.3.2.3 ACIDO CÍTRICO Si todas las frutas tuviesen idéntico contenido de pectina y ácido cítrico, la  preparación de mermeladas seria una tarea simple, con poco riesgo de incurrir en fallas, sin embargo el contenido de ácido y de pectina varia entre las distintas clases de frutas. El ácido cítrico es importante no solamente para la gelificación de la mermelada sino también para conferir brillo al color de la mermelada, mejora el sabor, ayuda a evitar la cristalización del azúcar y prolonga su tiempo de vida útil. El acido cítrico se añadirá antes de cocer la fruta ya que ayuda a extraer la pectina de la fruta. El ácido cítrico se vende en forma comercial bajo la forma granulada y tiene un aspecto parecido al azúcar blanca, aunque también se puede utilizar el jugo de limón como fuente de ácido cítrico. La cantidad que se emplea de ácido cítrico varía entre 0.15 y 0.2% del peso total de la mermelada. 1.3.2.4 PECTINA La fruta contiene en las membranas de sus células una sustancia natural gelificante que se denomina pectina. La cantidad y calidad de pectina presente, depende del tipo de fruta y de su estado de madurez. En la preparación de mermeladas la primera fase consiste en resblandecer la fruta de forma que se rompan las membranas de las células y extraer así la pectina. La fruta verde contiene la máxima cantidad de  pectina; la fruta madura contiene algo menos. La pectina se extrae más fácilmente cuando la fruta se encuentra ligeramente verde y este proceso se ve favorecido en un medio ácido. Las proporciones correctas de pectina, ácido cítrico y azúcar son esenciales para tener éxito en la preparación de mermeladas. En la actualidad se sugiere el empleo de la carragenina y el almidón modificado como sustituto de la  pectina como sustancia gelificante para dar consistencia a la mermelada. La materia  prima para la obtención de pectina proviene principalmente de la industria de frutas cítricas; es un subproducto extraído de las cáscaras y cortezas de naranjas, pomelos, limones y toronjas. Se encuentra en el albedo (parte blanca y esponjosa de la cáscara); también se obtiene pectina a partir del bagazo de la manzana y el membrillo. El valor comercial de la pectina está dado por su capacidad para formar  geles; la calidad de la pectina se expresa en grados. El grado de la pectina indica la cantidad de azúcar que un kilo de esta pectina puede gelificar en condiciones óptimas, es decir a una concentración de azúcar de 65% y a un pH entre 3 – 3.5. Por  ejemplo, si contamos con una pectina de grado 150; significa que 1 kilo de pectina  podra gelificar 150 kilos de azúcar a las condiciones anteriormente señaladas. La cantidad de pectina a usar es variable según el poder gelificante de ésta y la fruta que se emplea en la elaboración de la mermelada.

SUSTANCIAS PÉCTICAS Forman parte de los tejidos de las frutas; están localizadas en los espacios intercelulares y en la pared primaria de las células y tienen como función reforzar  su estructura. Su importancia dentro del proceso de elaboración de mermeladas radica en su capacidad para formar geles en presencia de azúcar y ácido o de iones divalentes como el Calcio. Algunas frutas utilizadas para la elaboración de mermeladas, presentan un bajo contenido de pectina, razón por la cual se debe recurrir a la adición de pectinas comerciales para suplir esta deficiencia. El comercio ofrece pectinas tanto en estado sólido como en estado líquido. Resulta más conveniente utilizar pectina en polvo que líquida, debido a que su actividad permanece inalterada durante el almacenamiento a temperatura ambiente, en cambio la pectina líquida sufre degradación perdiendo actividad con el almacenamiento y necesitan la presencia de un conservador para evitar la fermentación.

1.3.2.5

CONSERVANTE

Los conservantes son sustancias que se añaden a los alimentos para prevenir su deterioro, evitando de esta manera el desarrollo de microorganismos,  principalmente hongos y levaduras. Los conservantes químicos más usados son el sorbato de potasio y el benzoato de sodio. El sorbato de potasio tiene mayor espectro de acción sobre microorganismos. Su costo es aproximadamente 5veces más que el del benzoato de sodio. El benzoato de sodio actúa sobre hongos y levaduras, además es el más utilizado en la industria alimentaría por su menor costo pero tiene un mayor grado de toxicidad sobre las personas; además en ciertas concentraciones  produce cambios en el sabor del producto.

1.3.3

EFECTO SOBRE LOS ALIMENTOS

Como la pasteurización es un tratamiento térmico relativamente suave, los cambios sobre las características organolépticas y el valor nutritivo de los alimentos  pasteurizados son poco importantes, incluso cuando aquella se combina con otras operaciones unitarias (como la irradiación o la refrigeración). Sin embargo, la vida útil de los alimentos pasteurizados es tan solo de unos pocos días o semanas, comparado con productos esterilizados, que es de meses.

1.3.4

PROCESO DE ELABORACIÓN

Selección En esta operación se eliminan aquellas frutas en estado de podredumbre. El fruto recolectado debe ser sometido a un proceso de selección, ya que la calidad de la mermelada dependerá de la fruta. Pesado Es importante para determinar rendimientos y calcular la cantidad de los otros ingredientes que se añadirán posteriormente. Lavado Se realiza con la finalidad de eliminar cualquier tipo de partículas extrañas, suciedad y restos de tierra que pueda es-tar adherida a la fruta. Esta operación se puede realizar por inmersión, agitación o aspersión. Una vez lavada la fruta se recomienda el uso de una solución desinfectante. Las soluciones desinfectantes mayormente empleadas están compuestas de hipoclorito de sodio (lejía) en una concentración 0,05 a 0,2%. El tiempo de inmersión en estas soluciones desinfectantes no debe ser  menor a15 minutos. Finalmente la fruta deberá ser enjuagada con abundante agua. Pelado El pelado se puede hacer en forma manual, empleando cuchillos, o en forma mecánica con máquinas. En el pelado mecánico se elimina la cáscara, el corazón de la fruta y si se desea se corta en tajadas, siempre dependiendo del tipo de fruta. Pulpeado Consiste en obtener la pulpa o jugo, libres de cáscaras y pepas. Esta operación se realiza a nivel industrial en pulpeadoras. A nivel semindustrial o artesanal se puede hacer utilizando una licuadora. Dependiendo de los gustos y preferencia de los consumidores se puede licuar o no al fruto. Es importante que en esta parte se pese la  pulpa ya que de ello va a depender el cálculo del resto de insumos. Precocción de la fruta La fruta se cuece suavemente hasta antes de añadir el azúcar. Este proceso de cocción es importante para romper las membranas celulares de la fruta y extraer  toda la pectina. Si fuera necesario se añade agua para evitar que se queme el  producto. La cantidad de agua a añadir de-penderá de lo jugosa que sea la fruta, de la cantidad de fruta colocada en la olla y de la fuente de calor. Una cacerola ancha y poco profunda, que permita una rápida evaporación, necesita más agua que otra más pro-funda. Además cuanto más madura sea la fruta menos agua se precisa para reblandecerla y cocerla. La fruta se calentará hasta que comience a hervir. Después se mantendrá la ebullición a fuego lento con suavidad

hasta que el producto quede reducido a pulpa. Aquellas frutas a las que deba añadirse agua, deberán hervir hasta perder un tercio aproximadamente de su volumen original antes de añadir el azúcar. Las frutas que se deshacen con facilidad no  precisan agua extra durante la cocción, por ejemplo: mora, frambuesa y fresa; aunque las fresas deberán hervir a fuego lento durante 10 – 15 minutos a 85°C antes de añadir el azúcar.

Cocción La cocción de la mezcla es la operación que tiene mayor importancia sobre la calidad de la mermelada; por lo tanto requiere de mucha destreza y práctica de parte del operador. El tiempo de cocción depende de la variedad y textura de la materia prima. Al respecto un tiempo de cocción corto es de gran importancia para conservar el color y sabor natural de la fruta y una excesiva cocción produce un oscurecimiento de la mermelada debido a la caramelización de los azúcares. La cocción puede ser  realizada a presión atmosférica en pailas abiertas o al vacío en pailas cerradas. En el proceso de cocción al vacío se emplean pailas herméticamente cerradas que trabajan a presiones de vacío entre 700 a 740 mm Hg., el producto se concentra a temperaturas entre 60 – 70°C, conservándose mejor las características organolépticas de la fruta. Adición del azúcar y ácido cítrico Una vez que el producto está en proceso de cocción y el volumen se haya reducido en un tercio, se procede a añadir el ácido cítrico y la mitad del azúcar en forma directa. La cantidad total de azúcar a añadir en la formulación se calcula teniendo en cuenta la cantidad de pulpa obtenida. Se recomienda que por cada kg de pulpa de fruta sele agregue entre 800 a 1000 gr. de azúcar. La mermelada debe removerse hasta que se haya disuelto todo el azúcar. Una vez disuelta, la mezcla será removida lo menos posible y después será llevada hasta el  punto de ebullición rápidamente. La regla de oro para la elaboración de mermeladas consiste en una cocción lenta antes de añadir el azúcar y muy rápida y corta  posteriormente. El tiempo de ebullición dependerá del tipo y de la cantidad de fruta, si la fruta se ha cocido bien antes de la incorporación del azúcar no será necesario que la mermelada endulzada hierva por más de 20 minutos. Si la incorporación del azúcar se realiza demasiado pronto de forma tal que la fruta tenga que hervir  demasiado tiempo, el color y el sabor de la mermelada serán de inferior calidad. Cálculo de ácido cítrico Toda fruta tiene su acidez natural, sin embargo para la preparación de mermeladas esta acidez debe ser regula-da. La acidez se mide a través del pH empleando un instrumento denominado pH-metro. Punto de gelificación Finalmente la adición de la pectina se realiza mezclándola con el azúcar que falta añadir, evitando de esta manera la formación de grumos. Durante esta etapa la masa debe ser removida lo menos posible. La cocción debe finalizar cuando se haya

obtenido el porcentaje de sólidos solubles deseados, comprendido entre 65-68%. Para la determinación del punto final de cocción se deben tomar muestras periódicas hasta alcanzarla concentración correcta de azúcar y de esta manera obtener una  buena gelificación. El punto final de cocción se puede determinar mediante el uso de los siguientes métodos:

Prueba de la gota en el vaso con agua Consiste en colocar gotas de mermelada dentro de un vaso con agua. El indicador  es que la gota de mermelada caiga al fondo del vaso sin desintegrarse. Prueba del termómetro Se utiliza un termómetro de alcohol tipo caramelero graduado hasta 110 °C. Para realizar el control se introduce la parte del bulbo hasta cubrirlo con la mermelada. Se espera que la columna de alcohol se estabilice y luego se hace la lectura. El bulbo del termómetro no deberá descansar sobre el fondo de la cacerola ya que asi reflejaría la temperatura de la cacerola y no la correspondiente a la mermelada. El porcentaje de azúcar suele ser el correcto cuando la mermelada hierve a 104.5°C. Considerando que la mezcla contiene las proporciones correctas de ácido y de pectina ésta gelificara bien. Este método se basa en el hecho que cuando una solución va concentrándose, incrementa su punto de ebullición. Se debe tener en cuenta que  para una misma concentración, a la misma presión atmosférica, corresponde la misma temperatura de ebullición, por lo tanto distintas alturas sobre el nivel del mar, determinaran distintos punto de ebullición para un mismo punto de concentración dela mermelada. Por ejemplo en Lima el agua hierve a 100°C, mientras que en Cajamarca la temperatura de ebullición del agua es de 90°C. En este caso se deberá sustraer 10°C a el punto final de la mermelada en Lima que viene a ser 104.5°C, por  lo tanto la temperatura final de la mermelada, es decir el punto final de cocción en Cajamarca será de 94.5°C, aproximadamente. En el siguiente cuadro se muestra la relación entre temperatura de ebullición, altura sobre el nivel del mar y concentración en °Brix. Prueba del refractómetro Su manejo es sencillo, utilizando una cuchara se extrae un poco de muestra de mermelada. Se deja enfriar a temperatura ambiente y se coloca en el refractómetro, se cierra y se procede a medir. El punto final de la mermelada será cuando marque 65 grados Brix, momento en el cual se debe parar la cocción. Adición del conservante Una vez alcanzado el punto de gelificación, se agrega el conservante. Este debe diluirse con una mínima cantidad de agua. Una vez que esté totalmente disuelto, se agrega directamente a la olla. El porcentaje de conservante a agregar no debe exceder al 0.05% del peso de la mermelada. Trasvase

Una vez llegado al punto final de cocción se retira la mermelada de la fuente de calor, y se introduce una espumadera para eliminar la espuma formada en la superficie de la mermelada. Inmediatamente después, la mermelada debe ser  trasvasada a otro recipiente con la finalidad de evitar la sobre cocción, que puede originar oscurecimiento y cristalización de la mermelada. El trasvase permitirá enfriar ligeramente la mermelada(hasta una temperatura no menor a los 85°C), la cual favorecerá la etapa siguiente que es el envasado. La mermelada de fresas o cualquiera otra mermelada que se prepare con fruta entera se dejara reposar en el recipiente hasta que comience a formarse una fina película sobre la superficie. La mermelada será removida ligeramente para distribuir  uniformemente los trozos de fruta. El corto periodo de reposo permite que la mermelada vaya tomando consistencia e impide que los frutos enteros suban hasta la superficie de la mermelada cuando se distribuyen en tarros. Este periodo de reposo resulta asimismo esencial cuando se prepara mermelada de frutas cítricas ya que en caso contrario todos los fragmentos de fruta tenderán a flotar en la superficie de la conserva.

Envasado Se realiza en caliente a una temperatura no menor a los85°C. Esta temperatura mejora la fluidez del producto durante el llenado y a la vez permite la formación de un vacío adecuado dentro del envase por efecto de la contracción de la mermelada una vez que ha enfriado. En este proceso se puede utilizar una jarra con pico que  permita llenar con facilidad los envases, evitando que se derrame por los bordes. En el momento del envasado se deben verificar que los recipientes no estén rajados, ni deformes, limpios y desinfectados. El llenado se realiza hasta el ras del envase, se coloca inmediatamente la tapa y se procede a voltear el envase con la finalidad de esterilizar la tapa. En esta posición permanece por espacio de 3 minutos y luego se voltea cuidadosamente. Enfriado El producto envasado debe ser enfriado rápidamente para conservar su calidad y asegurar la formación del vacío dentro del envase. Al enfriarse el producto, ocurrirá la contracción de la mermelada dentro del envase, lo que viene a ser la formación de vacío, que viene a ser el factor más importante para la conservación del producto. El enfriado se realiza con chorros de agua fría, que a la vez nos va a permitir realizar  la limpieza exterior de los envases de algunos residuos de mermelada que se hubieran impregnado. Etiquetado El etiquetado constituye la etapa final del proceso de elaboración de mermeladas. En la etiqueta se debe incluir toda la información sobre el producto. Almacenado

El producto debe ser almacenado en un lugar fresco, limpio y seco; con suficiente ventilación a fin de garantizar la conservación del producto hasta el momento de su comercialización

Figura 1. Flujo de Elaboracion de Mermelada

1.3.5

CALIDAD DE LA MERMELADA

La mermelada, como todo alimento para consumo humano, debe ser elaborada con las máximas medidas de higiene que aseguren la calidad y no ponga en riesgo la salud de quienes la consumen. Por lo tanto debe elaborarse en buenas condiciones de sanidad, con frutas maduras, frescas, limpias y libres de restos de sustancias tóxicas. Puede prepararse con pulpas concentradas o con frutas previamente elaboradas o conservadas, siempre que reúnan los requisitos mencionados. En general, los requisitos de una mermelada se pueden resumir de la siguiente manera: Sólidos solubles por lectura (°Brix) a 20°C: mínimo 64%, máximo 68%.pH : 3.25 – 3.75.Contenido de alcohol etílico en %(V/V) a 15 °C/15°C: máximo 0.5.-

Conservante: Benzoato de Sodio y/o Sorbato de Potasio(solos o en conjunto) en g/100 ml.: máximo 0.05- No debe contener antisépticos.- Debe estar libre de  bacterias patógenas. Se permite un contenido máximo de moho de cinco campos  positivos porcada 100. 1.3.6

DEFECTOS EN LA ELABORACIÓN DE MERMELADAS

Para determinar las causas de los defectos que se producen en la preparación de mermeladas se debe comprobar los siguientes factores: contenido de sólidos solubles (°Brix), pH, color y sabor. A continuación se presenta los principales defectos en la elaboración de mermeladas. Mermelada floja o poco firme Causas: - Cocción prolongada que origina hidrólisis de la pectina. - Acidez demasiado elevada que rompe el sistema de redes o estructura en formación. - Acidez demasiado baja que perjudica a la capacidad degelificación. - Elevada cantidad de sales minerales o tampones presentes en la fruta, que retrasan o impiden la completa gelificación. - Carencia de pectina en la fruta. - Elevada cantidad de azúcar en relación a la cantidad de pectina. - Un excesivo enfriamiento que origina la ruptura del gel durante el envasado. Para la determinación de esta falla, es necesario comprobar °Brix, pH y la capacidad de gelificación de la pectina.

Sinéresis o sangrado Se presenta cuando la masa solidificada suelta líquido. El agua atrapada es exudada y se produce una comprensión del gel. Causas: - Acidez demasiado elevada. - Deficiencia en pectina. - Exceso de azúcar invertido. - Concentración deficiente, exceso de agua (demasiadobajo en sólidos) Para la determinación de esta falla se debe comprobar:°Brix y pH. Cristalización Causas: - Elevada cantidad de azúcar. - Acidez demasiado elevada que ocasiona la alta inversión de los azúcares, dando lugar a la granulación de la mermelada. - Acidez demasiado baja que origina la cristalización de la sacarosa. - Exceso de cocción que da una inversión excesiva.- La permanencia de la mermelada en las pailas de cocción u ollas, después del haberse hervido también da a lugar a una inversión excesiva.

Cambios de color Causas: - Cocción prolongada, da lugar a la caramelización del azúcar. - Deficiente enfriamiento después del envasado. - Contaminación con metales: el estaño y el hierro y sus sales pueden originar un color oscuro. Los fosfatos de magnesio y potasio, los oxalatos y otras sales de estos metales producen enturbiamiento. Crecimiento de hongos y levaduras en la superficie Causas: - Humedad excesiva en el almacenamiento. - Contaminación anterior al cierre de los envases. - Envases poco herméticos. - Bajo contenido de sólidos solubles del producto, debajo del 63%. - Contaminación debido a la mala esterilización de envases y de las tapas utilizadas. - Sinéresis de la mermelada. - Llenado de los envases a temperatura demasiado baja menor a 85°C. - Llenado de los envases a temperatura demasiado alta mayor a 90°C 1.3.7 MANEJO DE FÓRMULAS PARA LA ELABORACIÓN DE MERMELADAS La formulación para mermeladas varía con el tipo de fruta. La cantidad de pectina a añadir varía en función a la cantidad de pectina que aporta la fruta en forma natural (hay casos en los que no es necesario añadir pectina, por ejemplo en el de membrillo y níspero), Las recomendaciones para hallar una formulación óptima son las siguientes:

Para la cantidad de azúcar: En principio se puede utilizar una relación normal de azúcar: fruta, es decir  50:50. Esta relación se puede variar si se quiere disminuir costos, por ejemplo usar 60: 40 de azúcar: fruta, respectivamente, pero la calidad puede verse afectada ya que la calidad de la mermelada será mayor si se usa mayor  cantidad de fruta. Para la cantidad de ácido: Es recomendable regular el pH primero en 100 gramos de pulpa. Puede seguirse el siguiente procedimiento: -Preparar una solución de ácido cítrico con 50% de ácido y 50% de agua destilada, esta solución es estable. -Pesar 100 gramos de pulpa (representativa del lote). -Medir el pH inicial.

-Con una pipeta de 1 ml adicionar gota a gota la solución de ácido hasta obtener el pH deseado. - Con el gasto de la solución realizar los cálculos necesarios para hallar la cantidad de cristales de ácido cítrico que es necesario añadir a toda la pulpa pa regular el  pH al valor deseado. Considerar que en promedio 1 ml de solución de ácido cítrico contiene 0.604 a 0.606 gramos de cristales de ácido cítrico.

Para la cantidad de pectina: La cantidad de pectina requerida para formar el gel depende de la calidad de la  pectina. Ordinariamente, se necesita ligeramente menos de uno por ciento para formar una estructura satisfactoria. La práctica indicará la cantidad de pectina a utilizar. En el Perú, se comercializa  pectina de 150°, lo que indicaría por teoría que bastaría 0.66 gramos de pectina  para obtener un buen ge por cada 100 gramos de azúcar. 1 gramo de pectina de 150° gelifica---- 150 g de azúcar x ---- 100 g de azúcar  x = 100*150 = 0.66 g Para la cantidad de conservador: Para determinar la cantidad de conservador a usarse se debe conocer la cantidad de mermelada. Para ello se emplea la relación siguiente: Ejemplo: Se tiene 1 Kg. de pulpa a 10°Brix y 1 Kg. de azúcar blanca. Cantidad de conservador (según norma 0.1%): 0.1 g ----- 100 g de mermelada x ----- 1670 g de mermelada x = 1.67 g de conservador  1.3.8. GENERALIDADES SOBRE LA ELABORACION INDUSTRIAL DE MERMELADAS Al procedimiento seguido en la preparación de mermeladas y al tipo de materias  primas empleadas, se unen además ciertas condiciones fundamentales y de carácter  general relacionadas con la formulación, necesarias para que se logre obtener un  producto que cumpla con las exigencias de calidad propias de las mermeladas. Las fórmulas de fabricación están constituidas por varios factores que contribuyen, estos juntos, a lograr las cualidades peculiares del producto terminado. Estos factores son: 1. Sólidos solubles del producto terminado (expresados como ºBrix) 2. El óptimo de azúcar invertido y, 3. Acidez total y el pH del producto. Los otros factores como las características fisicoquímicas de la fruta, las características de la pectina y el agua, constituyen variables que provocan un

continuo adaptamiento y ajuste de las fórmulas de elaboración, tarea a cargo del experto experimentado en la preparación de este tipo de conservas.

LOS SOLIDOS SOLUBLES. Las legislaciones de casi todos los países establecen para las mermeladas un contenido mínimo de sólidos solubles que varía desde 60 a 68,5%. El rendimiento teórico de una formulación está calculado sobre el total de la materia sólida de los componentes, cuyos valores no sufren variaciones con la cocción. Los valores aproximados de los sólidos solubles de las principales materias primas son: Sacarosa 100% Acido seco 100% Pectina seca 100% Fruta 5 al 30% Los primeros tres valores son constantes, mientras el cuarto depende de la variedad y del grado de maduración y de conservación de la fruta. En lo relacionado con la concentración de azúcar es bueno recordar que esta aumenta con la cocción no solo  por la eliminación del agua, sino también por la inversión de la sacarosa. En un  producto con un valor teórico del 65 % de sólidos solubles y con el 30% de sacarosa invertido, el incremento de las sustancias sólidas es de cerca del 1% del peso del  producto terminado, resultando así un valor real de sólidos solubles del 66%, Este aumento es considerado como un margen de seguridad.

PORCENTAJE OPTIMO DE AZUCAR INVERTIDO. La cantidad de azúcar invertido en el producto final debe ser siempre menor a la de sacarosa presente. Para el valor de 65oBx el óptimo de inversión esta comprendido entre el 20 y el 25% del peso total del producto terminado (30-40% de los azúcares totales). Usando pulpas ácidas la inversión debe ser frenada agregando una sal tampón o buffer, mientras que con pulpas no ácidas debe ser activada con un ácido orgánico. La inversión de la sacarosa, además de la acidez natural d la frutadepende de la duración de la cocción y de la temperatura. ACIDEZ TOTAL Y pH DE LA MERMELADA. La normal gelificación se obtiene ajustando el pH de la fruta (pulpa o jugo) entre los límites ya indicados en las gráficas. La acidez total de la mermelada debe ser  mantenida lo más constante posible; esta puede variar entre un máximo de 8% y un mínimo de 3% con un óptimo de 5%. LA COCCION. La cocción es la fase más importante y delicada del proceso de fabricación de la mermelada. Durante esta los ingredientes agregados en una secuencia adecuada son transformados en el producto final. La cocción produce los siguientes efectos:  Ablandamiento de los tejidos de la fruta a fin de hacerla capaz de absorber el azúcar.

Eliminación por evaporación de las eventuales trazas de productos químicos usados para la conservación de la pulpa como el dióxido de azufre.  Asociación íntima de los componentes.  Transformación de parte de la sacarosa en azúcar invertido.  Eliminación por evaporación del agua necesaria, hasta alcanzar un contenido de sólidos solubles preestablecidos. La cocción puede ser efectuada en marmita abierta, en recipiente a vacío y en circuito cerrado. El primer procedimiento ofrece la ventaja del fácil control de la rapidez; el segundo permite trabajar abajas temperaturas y grandes cantidades de  producto; el tercero que es el más reciente, permite conservar casi intactas las características organolépticas y los aromas de la fruta fresca. En cada caso la cocción debe ser efectuada en el más breve tiempo posible, para no comprometer el éxito de la elaboración. 

LA COCCION EN MARMITA ABIERTA USANDO PECTINA SECA. La fruta o pulpa se coloca en la marmita común 10% de azúcar de la dosis total a agregar, a fin de impedir que la masa se pegue a la pared de la marmita y para asegurarla inversión deseada de la sacarosa. La dosis de pectina necesaria se mezcla con azúcar en proporción 1 a 5 en un recipiente seco y esta mezcla es adicionada a la masa en la marmita con agitación vigorosa, mientras es interrumpida momentáneamente la ebullición. Con el propósito de que la pectina pueda disolverse completamente en la masa, es necesario que al momento de la adición de la pectina seca el contenido de sólidos solubles no sea superior del 25%.Esta condición se supera cuando se emplea pectina en solución. A continuación se prosigue con la evaporación hasta un nivel de concentración que es alrededor de 37a 40Brix.En este momento se agrega y disuelve el resto de edulcorante que se tenía pesado. Aquí sin necesidad de concentrar mas, se alcanzan los 65 a 68 Brix. Luego se procede a adicionar la cantidad de solución de ácido previsto para llevar al pH adecuado. El valor del nivel de concentración al que se lleva la mezcla inicial depende del  porcentaje de fruta que se ha establecido contenga la mermelada y de la proporción fruta: edulcorante previsto en la formulación. Con esta técnica se logra una más rápida la concentración, debido a que es más fácil retirar agua de una solución diluida que de una concentrada. El que sea más rápido permite un ahorro en energía, mano de obra, uso de equipos; evita la salida de la mayoría de compuestos volátiles que comunican el aroma y sabor característicos de la fruta en proceso;  previene el deterioro por hidrólisis ácida de las pectinas naturales o adicionadas , y en general puede reducir los costos que producirían procesos prolongados. El siguiente paso es le envasado de la mermelada. Esta operación se debe llevar a cabo a temperatura superior ala que gelifica la pectina empleada, es decir a la temperatura crítica de gelificación. Aproximadamente, una pectina de velocidad lenta de gelificación lo hace cerca de los 60 ºC, la de velocidad intermedia a 75 ºC yla de rápida a 85 ºC.Si el envasando se efectúa a temperaturas alrededor de88 ºC o mas y cerrando inmediatamente, el envase se invierte para esterilizar la tapa y de esta forma no hay necesidad de

someter el producto a posteriores tratamientos térmicos. los frascos así obtenidos se  pueden luego enfriar y dejar en reposo para lograr la formación del gel característico.

CONTROL DE CALIDAD DE MERMELADAS. El productor de mermeladas debe contar con una serie de equipos y elementos que le  permitan realizar algunos controles mínimos a las materias primas, a los productos en proceso y a los terminados. Entre estos elementos se hallan: Termómetro para medición de temperaturas de ebullición y quizás determinar el punto final al que debe alcanzar la concentración de la mermelada. Refractómetro para determinar los º Brix de materias primas, los de la masa en  proceso; y finalmente del producto terminado. Con este aparato se puede determinar  con una gota de muestra la concentración de sólidos solubles en un determinado momento del proceso de concentración. En el mercado se consiguen refractómetros de escalas que van de 0 ºBx hasta 85 ºBx. Potenciómetro para la medida del pH. No se recomienda emplear papeles indicadores teniendo en cuenta su baja precisión y la necesidad de ajustar este valor en un rango tan estrecho. Antes de determinar el valor de pH se debe calibrar el equipo con soluciones buffers frescas y de valor  cercano a 3,5. La medida debe tomarse a temperatura ambiente o hacer la respectiva corrección en el equipo. Ridgelímetro para el control de la graduación de la pectina. ERRORES FRECUENTES QUE SE DEBEN EVITAR. He aquí una lista de errores comunes cometidos durante la elaboración de mermeladas entre los cuales se debe buscar la causa de fracasos en la obtención y gelificación de este producto:  Omisión en la agregada de uno o más ingredientes.  Pesada inexacta de uno o más ingredientes.  Solución parcial de la pectina en la masa, permaneciendo como grumos.

CAPITULO II : CONCLUSIONES El objetivo de la pasteurización en las merm el adas es destruir  microorganismos como levaduras, mohos y la inactivación de enzimas para así obtener un producto de buena calidad.  La ac id ez se baja con ácido cítrico, ya que los microorganismos no  pueden crecer en este medio, ayudando a la conservación de la mermelada. Estos microorganismos son menos resistentes al calor, razón por la cual se esteriliza con un tratamiento térmico suave. El ácido cítrico se utiliza para evitar el  pardeamiento enzimático.  La pectina ayuda a solidificar la mermelada. Tiene el poder de solidificar una masa que contiene 65% de azúcares y hasta 0.8% de ácido (Manual de elaboración de frutas y hortalizas, 1994).  Según Fellows (1999) cuando una solución va concentrándose, su temperatura de ebullición aumenta. Por eso, una cierta temperatura corresponde a una cierta concentración.  Según Southgate (1992) cuando la cantidad de azúcar añadida es inferior al 60% puede fermentar la mermelada y si es superior al 65% existe el riesgo de que cristalice parte del azúcar durante el almacenamiento.  Según Soutgate la mermelada gelifica más fácilmente cuando la concentración de azúcar es del 65% aproximadamente, de los que el 5%  procederá de los azúcares naturales que contiene la fruta y el 60% será azúcar  añadido. El principal factor de la conservación de la mermelada es su baja actividad  de agua. A esto se le suma el proceso de pasteurización, ácido, pectina, sorbato de potasio, bajo pH que no permite crecimiento demos y levaduras. 

CAPITULO III: BIBLIOGRAFÍA 

BERGERET, G. 1963. Conservas Vegetales. Frutas y Hortalizas. Salvat. Editores



CHEFTEL, J. Y CHEFTEL, H. 1980. Introducción a la bioquímica de los alimentos. TomoII. Barcelona. España.-



Editorial Acribia. Alimentos.

España.-Desrosier.

1999.

Conservación

de

FELLOWS, P. 1994. Tecnología del procesado de los alimentos: Principios y prácticas. Editorial Acribia. España. 



JAY, J. 1994. Microbiología de los alimentos. Editorial Acribia. España.



Manual de elaboración de frutas y hortalizas. 1996. SOUTHGATE, D. 1992. Conservación de frutas y hortalizas. Editorial Acribia. Zaragoza. España. 

Centro de Promoción Integral: Manual teórico práctico de agro-industrias caseras. Lima, Perú. 

United Nations Development Fund for Women. aging. 1996. London, GB. 

Pack-

HERNÁNDEZ-BRIZ VILANOVA, FRANCISCO. Conservas caseras de alimentos. 1986. Madrid, España. 

CORONADO TRINIDAD, MYRIAM. Conservas caseras de alimentos. 2001. Lima, Perú. 

COLQUICHAGUA, DIANA. Procesamiento de mermeladas de frutas nativas. 2005. Lima, Perú. 



Tema 03: Separación por  Sedimentación

INDICE GENERAL TEMA 03: Separación por Sedimentación CAPITULO I: REVISION BIBLIOGRAFICA 53 1.1

INTRODUCCION

53 1.2

JUSTIFICACION

1.3

DESARROLLO DEL TEMA

53

56 1.3.1

Sedimentación por Zonas

1.3.2

Sedimentador Continuo

59 61 1.3.3 Determinacion del Area Minima Requerida para Conseguir la Clarificacion 1.3.4 Determinación del Área Mínima Requerida para el Espesamiento del Sólido. 1.3.5. Instalacion Experimental 65

63 64

CAPITULO II : BIBLIOGRAFIA 71

INDICE DE FIGURAS Figura 1. Proceso de sedimentación por zonas

60

Figura 2. Representación gráfica de la altura frente al tiempo 61

Figura 3. Sedimentador continuo

62

Figura 4. Procedimiento gráfico para determinar G T 65

Figura 5. Instalación experimental

69

TEMA 03 : SEPARACION POR SEDIMENTACIÓN CAPITULO I : REVISION BIBLIOGRAFICA 1.1

INTRODUCCION

Frecuentemente en la industria es necesario separar los componentes de una mezcla en fracciones individuales. Las fracciones pueden diferenciarse entre sí por el tamaño de las partículas, por su estado, o por su composición química. Así, por ejemplo, un producto bruto puede purificarse por eliminación de las impurezas que lo contaminan, una mezcla de mas de dos componentes, puede separarse en los componentes puros individuales, la corriente que sale de un proceso  puede constar de una mezcla del producto y de material no convertido, y es preciso separar y recircular la parte no convertida a la zona de reacción para convertirla de nuevo; también una sustancia valiosa, tal como un material metálico, disperso en un material inerte, es preciso liberarlo con el fin de proceder a su beneficio y desechar  el material inerte. 1.2

JUSTIFICACION

Se han desarrollado un gran número de métodos para realizar tales separaciones y algunas operaciones básicas se dedican a ello. En la realidad se presentan muchos  problemas de separación y el ingeniero debe de elegir el método más conveniente en cada caso. Los métodos para separar los componentes de las mezclas son de dos tipos:

Métodos de separación por difusión Este grupo de operaciones para la separación de los componentes de mezclas, que se  basan en la transferencia de material desde una fase homogénea a otra, utilizan diferencias de presión de vapor o de solubilidad. La fuerza impulsora de la transferencia es una diferencia o gradiente de concentración, de la misma forma que

una diferencia o un gradiente de temperatura, constituye la fuerza impulsora de la transferencia de calor.

a) Destilación El objetivo de la destilación es separar, mediante vaporización, una mezcla líquida de sustancias miscibles y volátiles en sus componentes individuales, o en algunos casos en grupo de componentes. Ejemplos de la destilación son la separación de mezclas como alcohol y agua en sus componentes; el aire líquido en nitrógeno, oxigeno y argón; y un crudo de petróleo en gasolina, keroseno, fuel-oil y aceites lubricantes. b) Absorción de Gases Un vapor soluble contenido en una mezcla con un gas inerte, es absorbido mediante un líquido en el que el soluto gaseoso es más o menos soluble. Un ejemplo típico lo constituye el lavado mediante agua líquida, del amoniaco contenido en una mezcla amoniaco-aire. El soluto se recupera posteriormente del líquido mediante destilación y el líquido de absorción se puede reutilizar o desechar. c) Deshumidificación La fase líquida es una sustancia pura que está constituida por el componente que se separa de la corriente gaseosa, o sea, que el disolvente y el soluto son la misma sustancia. Con frecuencia el gas inerte o vapor es prácticamente insoluble en el líquido. La separación de vapor de agua del aire por condensación sobre una superficie fría, y la condensación de un vapor orgánico, tal como el tetracloruro de carbono, contenido en una corriente de nitrógeno, son ejemplos de deshumidificación. En las operaciones de deshumidificación el sentido de la transferencia es desde la fase gaseosa al líquido y se entiende como un caso particular de absorción de gases.

d) Extracción líquido-líquido Llamada también extracción con disolvente, en la que se trata una mezcla líquida con un disolvente que disuelve preferentemente a uno o más componentes de la mezcla. La mezcla tratada en esta forma se llama refinado y la fase rica en disolvente recibe el nombre de extracto. El componente que se transmite desde el refinado hacia el extracto es el soluto, y el componente que queda en el refinado es el diluyente. e) Extracción de sólidos o lixiviación El material soluble contenido en una mezcla con un sólido inerte se diluye en un disolvente líquido. El material disuelto o soluto se puede recuperar posteriormente  por evaporación o cristalización. f) Cristalización

Mediante la formación de cristales se separa un soluto de una solución líquida dejando generalmente las impurezas en la masa fundida o en las aguas madres. Este métido se utiliza para obtener cristales de alta pureza formados por partículas de tamaño uniforme y aspecto atractivo.

Métodos de separación mecánicos La separación mecánica se puede aplicar a mezclas heterogéneas. Las técnicas se  basan en diferencias físicas entre las partículas, tales como el tamaño, la forma o la densidad. Se aplican para separar líquidos de líquidos, sólidos de gases, líquidos de gases, sólidos de sólidos y sólidos de líquidos. Existen procesos especiales donde se utilizan otros métodos que no se estudiarán aquí. Estos métodos especiales se basan en las diferencias entre la facilidad de mojado o en las propiedades eléctricas, o magnéticas de las sustancias.

a) Tamizado El tamizado es un método de separación de partículas que se basa solamente en la diferencia de tamaño . En el tamizado industrial se vierten los sólidos sobre una superficie perforada o tamiz, que deja pasar las partículas pequeñas, o “ finos “, y retiene las de tamaños superiores, o “rechazos “. Un tamiz puede efectuar  solamente una separación en dos fracciones. Estas fracciones se llaman fracciones de tamaño no especificado, porque aunque se conoce el límite superior o inferior del tamaño de las partículas que contiene, se desconoce su tamaño real. b) Filtración La filtración es la separación de partículas sólidas contenidas en un fluido, pasándolo a través de un medio filtrante, sobre el que se depositan los sólidos. La filtración industrial va desde el simple colado hasta separaciones más complejas. El fluido  puede ser un líquido o un gas; las partículas sólidas pueden ser gruesas o finas, rígidas o flexibles, redondas o alargadas, separadas o agregados. La suspensión de alimentación puede llevar una fracción elevada o muy baja 40-5% en volumen de sólidos. c) Procesos de sedimentación por gravedad Separación se sólidos contenidos en gases y líquidos. Por ejemplo, las partículas de  polvo pu eden retirarse de los gases por una gran variedad de métodos. Para partículas sólidas gruesas, mayores de unas 325 micras, es útil una cámara de sedimentación por  gravedad. El aparato es una gran caja, donde en uno de sus extremos entra aire cargado de polvo y por el otro sale el aire clarificado. En ausencia de corrientes de aire, las partículas sedimentan en el fondo por gravedad. Si el aire permanece en la

cámara durante un período de tiempo suficiente, las partículas alcanzan el fondo de la cámara, de donde se pueden retirar posteriormente.

1.3

DESARROLLO DEL TEMA:

La sedimentación es una operación unitaria consistente en la separación por la acción de la gravedad de las fases sólida y líquida de una suspensión diluida para obtener una suspensión concentrada y un líquido claro. Se pueden distinguir dos tipos de sedimentación, atendiendo al movimiento de las partículas que sedimentan:

- Sedimentación libre : se produce en suspensiones de baja concentración de sólidos. La interacción entre partículas puede considerarse despreciable, por  lo que sedimentan a su velocidad de caída libre en el fluido. - Sedimentación por zonas : se observa en la sedimentación de suspensiones concentradas. Las interacciones entre las partículas son importantes, alcanzándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación libre. La sedimentación se encuentra retardada o impedida. Dentro del sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por diferente concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación.

Dependiendo de cómo se realice la operación, la sedimentación puede clasificarse en los siguientes tipos: - Sedimentación intermitente : el flujo volumétrico total de materia fuera del sistema es nulo, transcurre en régimen no estacionario. Este tipo de sedimentación es la que tiene lugar en una probeta de laboratorio, donde la suspensión se deja reposar. - Sedimentación continua: la suspensión diluida se alimenta continuamente y se separa en un líquido claro y una segunda suspensión de mayor  concentración. Transcurre en régimen estacionario. Se entiende por sedimentación la remoción por efecto gravitacional de las partículas en suspensión presentes en el agua. Estas partículas deberán tener un peso específico mayor que el fluido. La remoción de partículas en suspensión en el agua puede conseguirse por  sedimentación o filtración. De allí que ambos procesos se consideren como complementarios. La sedimentación remueve las partículas más densas, mientras que la filtración remueve aquellas partículas que tienen una densidad muy cercana a la del agua o que han sido resuspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en el proceso anterior. La sedimentación es, en esencia, un fenómeno netamente físico y constituye uno de los procesos utilizados en el tratamiento del agua para conseguir su clarificación. Está relacionada exclusivamente con las propiedades de caída de las partículas en el agua. Cuando se produce sedimentación de una suspensión de partículas, el resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensión más concentrada. A menudo se utilizan para designar la sedimentación los términos de clarificación y espesamiento. Se habla de clarificación cuando hay un especial interés en el fluido clarificado, y de espesamiento cuando el interés está puesto en la suspensión concentrada. Las partículas en suspensión sedimentan en diferente forma, dependiendo de las características de las partículas, así como de su concentración. Es así que podemos referirnos a la sedimentación de partículas discretas, sedimentación de partículas floculentas y sedimentación de partículas por caída libre e interferida.

Sedimentación de partículas discretas Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no cambian de características (forma, tamaño, densidad) durante la caída. Se denomina sedimentación o sedimentación simple al proceso de depósito de  partículas discretas. Este tipo de partículas y esta forma de sedimentación se  presentan en los desarenadores, en los sedimentadores y en los presedimentadores como paso previo a la coagulación en las plantas de filtración rápida y también en sedimentadores como paso previo a la filtración lenta.

Sedimentación de partículas floculentas Partículas floculentas son aquellas producidas por la aglomeración de partículas coloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes químicos. A diferencia de las partículas discretas, las características de este tipo de  partículasforma, tamaño, densidad-sí cambian durante la caída. Se denomina sedimentación  floculenta o decantación al proceso de depósito de  partículas floculentas. Este tipo de sedimentación se presenta en la clarificación de aguas, como proceso intermedio entre la coagulación-floculación y la filtración rápida. Sedimentación por caída libre e interferida Cuando existe una baja concentración de partículas en el agua, éstas se depositan sin interferir. Se denomina a este fenómeno caída libre. En cambio, cuando hay altas concentraciones de partículas, se producen colisiones que las mantienen en una  posición fija y ocurre un depósito masivo en lugar de individual. A este proceso de sedimentación se le denomina depósito o caída interferida o sedimentación zonal. Cuando las partículas ya en contacto forman una masa compacta que inhibe una mayor consolidación, se produce una compresión o  zona de compresión. Este tipo de sedimentación se presenta en los concentradores de lodos de las unidades de decantación con manto de lodos. f 

1.3.1 SEDIMENTACIÓN POR ZONAS En la figura 1 se representa el proceso de sedimentación por zonas en una  probeta. Este proceso consta de las siguientes etapas: en un principio el sólido, que se encuentra con una concentración inicial x 0

(figura 1a), comienza a

sedimentar (figura 1b), estableciéndose una interfase 1 entre la superficie de la capa de sólidos que sedimentan y el líquido clarificado que queda en la parte superior (zona A). La zona por debajo del líquido clarificado se denomina zona

interfacial (zona B). La concentración de sólidos en esta zona es uniforme, sedimentando toda ella como una misma capa de materia a velocidad constante V s. Esta velocidad de sedimentación puede calcularse a partir de la pendiente de la representación de la altura de la interfase 1 frente al tiempo, tal y como se muestra en la figura 2. Simultáneamente a la formación de la interfase 1 y de la zona interfacial, se  produce una acumulación y compactación de los sólidos en suspensión en el fondo de la probeta, dando lugar a la denominada zona de compactación (zona D). En esta zona la concentración de sólidos en suspensión es también uniforme y la interfase que bordea esta zona, interfase 2, avanza en sentido ascendente en el cilindro con una velocidad constante V.

a)

b)

A B

B

H0

C

c)

d)

Interfase 1

Coalescencia de interfases

Interfase 2

D

D t=0

tc >t >0

Clarificación

t = tc

Hu

t=tu

Espesamiento

Figura 1. Proceso de sedimentación por zonas.

Entre la zona interfacial y la zona de compactación se encuentra la zona de

transición (zona C). En esta zona la velocidad de sedimentación de los sólidos disminuye debido al incremento de la viscosidad y de la densidad de la suspensión, cambiando la concentración de sólido

gradualmente

entre

la

correspondiente a la zona interfacial y la de la zona de compactación. Las zonas de compactación e interfacial pueden llegar a encontrarse,  produciéndose la coalescencia de las dos interfases anteriormente citadas, en el denominado momento crítico t c, desapareciendo la zona de transición (figura 1c). En este momento el sólido sedimentado tiene una concentración uniforme

Xc

o concentración crítica , comenzando la compactación y alcanzándose,

 posteriormente, la concentración final X u (figura 1d). La velocidad de sedimentación en el momento t c corresponde a un valor V c dado por la pendiente de la tangente a la curva de sedimentación en el punto C,

tal y como se indica en la figura 2 donde V c< Vs.

  e   s   a    f   r   e    t   n    i   a    l   e    d   a   r    )   u    t    l   m   c    A   (

C dh/dt = 0 Pendient e

Pendient e dh/dt = Vc

dh/dt = Vs

0 t

Tiempo de sedimentación (min)

Figura 2. Representación gráfica de la altura frente al tiempo.

1.3.2. SEDIMENTADOR CONTINUO El diseño de un sedimentador continuo puede realizarse a partir de los datos obtenidos en experimentos discontinuos. La sedimentación continua se realiza industrialmente en tanques cilíndricos a los que se alimenta constantemente la suspensión inicial con un caudal inicial Q0 y una concentración inicial C0 (figura 3). Por la parte inferior se extrae un lodo con un caudal Qu y una concentración Cu, normalmente con ayuda de rastrillos giratorios, y por la parte superior del sedimentador  continuo se obtiene un líquido claro que sobrenada las zonas de clarificación (A), sedimentación (B-C) y compresión (D) que pueden distinguirse en la figura 3. En un sedimentador continuo, estas tres zonas permanecen estacionarias.

Q0, C0

Líquido claro

A B-C

Suspensión

diluida D

Qu, Cu Suspensión concentrada

Figura 3. Sedimentador continuo.

El procedimiento a seguir para diseñar sedimentadores que operen en condiciones de sedimentación por zonas es el siguiente: 1.

Calcular el área de la superficie mínima que se requiere para conseguir la clarificación del

sólido. Calcular el área de la superficie mínima que se requiere para conseguir el espesamiento del sólido y alcanzar la concentración deseada. 2.

3. Seleccionar la mayor de estas dos áreas como área de diseño para el sedimentador.

1.3.3 DETERMINACION DEL AREA MINIMA REQUERIDA PARA CONSEGUIR LA CLARIFICACION El área mínima requerida Ac  para la clarificación depende de la velocidad Vs  para la que las  partículas en suspensión sedimentan antes de alcanzar la concentración crítica interfacial Xc. En condiciones de caudal constante, la velocidad del clarificado que rebosa por la parte superior del sedimentador, o vertedero, no debe exceder de Vs

si se desea evitar el arrastre de las

 partículas y la clarificación. Por lo tanto, el área mínima requerida para la clarificación Ac  puede calcularse a partir de la expresión: Ac = Qe / Vs

[1]

en la que Qe es el caudal (m3/s), Vs es la velocidad de sedimentación por zonas (m/s) y Ac el área mínima requerida para la clarificación (m2). El valor de la velocidad en la zona de sedimentación libre, Vs, puede calcularse a partir  de la pendiente de la tangente de dicha zona de las curvas de sedimentación, tal y como se muestra en la figura 2. El valor de t se puede leer directamente de la abcisa en el punto B. Vs en la ecuación (1) corresponde a la velocidad a la cual las partículas en suspensión sedimentan antes de alcanzar la concentración crítica Xc y viene dada por la pendiente de la tangente AB de la curva correspondiente a la concentración inicial X0: Vs = 0A / 0B = H0 / t (m/s)

[2]

1.3.4 DETERMINACIÓN

DEL

ÁREA

MÍNIMA

REQUERIDA

PARA

EL

ESPESAMIENTO DEL SÓLIDO. El hecho de que el área de la sección del sedimentador pueda calcularse para asegurar la clarificación de la suspensión no significa que se alcance la concentración deseada de sólido en la disolución de salida, Xu. Generalmente el área de la sección requerida para el espesamiento suele ser mayor que la requerida para la clarificación. El procedimiento desarrollado por Yoshioka y Dick para la determinación de la sección mínima requerida para el espesamiento se basa en las siguientes consideraciones: En primer lugar ha de considerarse que los ensayos de sedimentación llevados a cabo en el laboratorio no corresponden a un funcionamiento en continuo (figura 3). La capacidad del sedimentador discontinuo para arrastrar los sólidos a su parte inferior, con una concentración Xi, en funcionamiento discontinuo, viene dada por: GB = Xi Vi

[3]

en la que: GB = caudal de sólido (kg/m2 s) Xi = concentración de sólido en disolución (kg/m3 ) Vi = velocidad de sedimentación en la zona para una concentración Xi (m/s). A partir de la ecuación [3] puede obtenerse la curva de flujo discontinuo: en la figura 4 se representa una curva típica G en función de X. Esta curva presenta un punto máximo debido a que la velocidad de sedimentación disminuye según se incrementa la concentración de la suspensión.

G (kg/m2s) B Curva flujo

de

discontinuo

u

Vu

G

P

GT

A GB

Vi β

α

xu

xi X (kg/m3)

Figura 4. Procedimiento gráfico para determinar GT. A concentraciones muy elevadas, cuando la suspensión se aproxima a una posición de equilibrio, Vi

→

0 y, por lo tanto, según la ecuación [3], GB

→ 0. Por otro lado,

a concentraciones muy bajas, cuando Xi→ 0, la ecuación [3] indica que GB también se aproxima a 0. Esto sugiere que se debe alcanzar un máximo para GB en alguna concentración intermedia Xi, lo que explica la forma de la curva de flujo discontinuo. Consideremos ahora la sedimentación que realmente se produce en un sedimentador  continuo. Los sólidos se transportan hacia la parte inferior tanto por gravedad como por el movimiento que resulta por la separación del sólido en el fondo del sedimentador. La ecuación de flujo total será la siguiente: GT = GB + Gu en la que:

GT = flujo total de sólidos (kg sólidos / m2 s).

[4]

GB = flujo de sólidos en funcionamiento discontínuo (kg sólidos / m2 s). Gu = flujo de sólidos que sale al exterior (kg sólidos / m2 s). El término Gu  puede escribirse también: Gu = Xi Vu

[5]

donde Vu es la velocidad del sólido debida a la extracción que se hace por la parte inferior (m/s). El flujo total GT  puede hacerse variar por el diseñador controlando Vu ya que está determinado  por el caudal de bombeo de extracción. Sustituyendo en la ecuación [4] los valores de GB y Gu dados por las ecuaciones [3] y [5] se obtiene: GT = XiVi + XiVu

[6]

Si pudiera obtenerse un valor GT tal que se obtuviese el valor deseado de Xu, es decir, de la concentración de sólido de la disolución de salida del sedimentador, la mínima sección At del sedimentador en continuo requerida para el espesamiento del sólido podría obtenerse rápidamente a partir de:  M   A = =

kg sólidos / s

=2

t 

m G T  kg  sólidos  s

/

m

[7]

2

en la que M = Q0 X0, siendo Q0 el caudal del influente y X0 la concentración de sólidos en esta corriente. Para obtener el valor de GT a partir de la curva de flujo discontinuo de la figura 4, se señala en el eje de abcisas el valor Xu o concentración deseada de sólidos en la disolución a extraer, especificada por el diseñador. Desde Xu

se traza una tangente a la curva de flujo

discontinuo tal y como se indica en la figura. P es el punto de tangencia. La intersección de esta tangente con el eje de ordenadas nos permite establecer la distancia OB, que corresponde al

caudal de sólidos límite (GT) que puede permitirse para obtener la concentración de la disolución de salida Xu. Esto puede concluirse considerando los pasos que se indican a continuación:  Paso 1. Considerar el punto de tangencia T, correspondiente a la abcisa Xi. La ordenada del

 punto de tangencia (distancia 0A) es igual a GB. Si se traza una línea recta que una el origen 0 con el punto de tangencia T, la pendiente de esta línea es igual a Vi  puesto que: 0A = 0Xi tg α

GB = Xi tg α

[8]

Teniendo en cuenta la ecuación [3]: GB = Xi Vi resulta que Vi = tg α.  Paso 2. De la figura 4 se puede deducir que:

B = Xu tg β

[9]

Considerando ahora la velocidad de salida de sólido Vu: Vu = Qu / At

[10]

Multiplicando simultáneamente numerador y denominador de la ecuación anterior por Xu se transforma en la siguiente: Vu = Qu Xu / At Xu

[11]

Por otra parte, el balance de materia para sólidos en suspensión en el clarificador nos  permite obtener la siguiente expresión: Q0 X0 = M = Qu Xu + Qe Xe

[12]

Teniendo en cuenta que para un sedimentador bien diseñado la pérdida de sólidos con el líquido que rebosa o líquido clarificado (Qe Xe) debe ser despreciable, una forma aproximada del  balance de materia podría ser: Q0 X0 = M ≈ Qu Xu

[13]

Utilizando la ecuación [13], la ecuación [11] nos permite escribir: Vu ≈ Q0 X0 / At Xu = M / AtXu

[14]

A partir de la ecuación [7] se puede obtener: M = At Gt

[15]

Sustituyendo este valor en el numerador de la ecuación [14] y simplificando: Vu = GT / Xu

[16]

GT = Xu Vu

[17]

de donde:

Comparando las ecuaciones [9] y [17] se puede deducir que la pendiente de la línea  BX  u

de la figura 3 es igual a la velocidad de salida de sólido Vu y que la intersección en el punto

B da un valor igual al flujo total límite GT. Teniendo en cuenta que, a partir de la ecuación [4] GT = GB + Gu, se deduce que la distancia vertical AB en la figura 3 debe ser igual al valor Gu del caudal o flujo de los sólidos extraídos. Por lo tanto, el procedimiento gráfico para determinar la sección mínima At que se requiere para el espesamiento, debe ser el siguiente: - Construir la curva de flujo de circulación de sólidos en discontinuo a partir de la ecuación [3] utilizando el valor de Vi obtenido a partir de los ensayos de laboratorio en discontinuo para diferentes concentraciones de sólidos Xi.

-

A partir del valor específico de la concentración del sólido extraído Xu, en la abcisa, trazar  una tangente a la curva de circulación de sólidos. La intersección de esta tangente con el eje de ordenadas nos dará el flujo total de sólidos GT.

- Calcular tanto el área mínima requerida para la clarificación Ac así como el área mínima requerida para el espesamiento At. Se seleccionará la mayor de las dos como área en la que se basará el diseño del sedimentador.

1.3.5. INSTALACION EXPERIMENTAL Consta de una serie de probetas de vidrio cilíndricas graduadas que contienen suspensiones de carbonato cálcico en agua de diferentes concentraciones. A ésta se ha añadido un colorante soluble con el fin de apreciar mejor la separación entre la zona de líquido claro y la zona que ocupa la suspensión (figura 5).

Líquido

claro

Suspensión

Figura 5. Instalación experimental.

PROCEDIMIENTO OPERATIVO Agitar la probeta hasta conseguir homogeneizar toda la suspensión. Se coloca la probeta en un plano horizontal, sin vibraciones y se comienza a medir la altura de la interfase 1 a diferentes tiempos de sedimentación. El proceso es inicialmente rápido, por lo que deberán tomarse medidas a intervalos  pequeños de tiempo. Posteriormente dichos intervalos podrán ser mayores. Las medidas se tomarán para un tiempo de 60 minutos: los primeros 15 minutos se anotará la altura de la interfase cada minuto, posteriormente hasta los 25 minutos se hará cada 2 minutos y el tiempo restante, hasta los 60 minutos, cada 5 minutos. Se representará gráficamente hL frente a t.

RESULTADOS Y DISCUSION Se representará la altura del sólido frente al tiempo en cada momento. Esta curva deberá trazarse con trazo fino y de forma precisa ya que de su correcta construcción dependen en gran medida las desviaciones y falta de exactitud de los cálculos posteriores. La obtención de las  pendientes deberá hacerse con la máxima precisión posible, única forma de evitar la dispersión de puntos en las posteriores representaciones gráficas. Para dibujar la curva de flujo discontinuo, se dispondrá de los datos de GT obtenidos de los experimentos a diferentes concentraciones que ha realizado. Para disponer de un mayor  número de puntos se deberán emplear también los datos obtenidos por otros compañeros para otras concentraciones.