Elaboracion De Nectar De Oca Listo 5r4j6
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2011-B
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
ELABORACIÓN DEL NECTAR DE OCA PROCESOS QUÍMICOS ORGÁNICOS
PROFESOR: ING. BERNARDINO RAMIREZ DURAN
PRESENTADO POR:
GALARZA ROJAS MADELEYNE NELLY GUTIERREZ GUTIERREZ LUIS RAMIREZ REYES KARLA
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ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
ÍNDICE
1. OBJETIVOS...................................................................................................... 3 1.1
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................... 3
2. FUNDAMENTO TEORICO ............................................................................... 3 2.1
MATERIA PRIMA ORGANICA: OCA ......................................................... 3
2.2
PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DE LA OCA ....................................... 6
2.3
DERIVADOS DE LA OCA .......................................................................... 7
2.4
NECTAR .................................................................................................... 7
2.5
GRADOS BRIX .......................................................................................... 7
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ............................................................... 8 3.1
DIAGRAMA DE BLOQUES ........................................................................ 8
3.2
DIAGRAMA DE PROCESOS ................................................................... 13
3.3
DESCRIPCCION DEL PROCESO ........................................................... 14
4. APLICACIÓN DE LOS 12 PRINCIPIOS DE LA QUIMICA VERDE ................ 22 5. APLICACIÓN A LA INGENIERIA QUIMICA .................................................. 25 5.1
FILTRACION ............................................................................................ 25
5.2
SEDIMENTACION ................................................................................... 28
6. NECTAR EN LA INDUSTRIA ......................................................................... 35 6.1
DIAGRAMA DE FLUJO INDUSTRIAL...................................................... 36
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ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
INTRODUCCIÓN
El Perú tiene innumerables recursos naturales alimenticios de origen andino, uno de los cuales es la oca, la que aún no se ha aprovechado y masificado su consumo; razón por el que este estudio plantea hacer un análisis de los tipos de oca que existen en la sierra de la región Ancash, determinando sus características físicas y químicas para su posterior recomendación,
dentro
de
un
contexto
de
una
posibilidad
de
industrialización. Para cumplir este cometido, han confluido esfuerzos profesionales y de campo. En este sentido ha sido posible la participación de la Universidad a través de sus laboratorios y Centros de Procesamiento, investigadores docentes e independientes y productores de oca, y con la finalidad de realizar ensayos de laboratorio para la obtención néctar.
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ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
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1. OBJETIVOS Elaborar el néctar de oca.
1.1
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Introducir el consumo del tubérculo masivamente Estudiar sus propiedades fisicoquímicas
2. FUNDAMENTO TEORICO 2.1
MATERIA PRIMA ORGANICA: OCA La
oca,
es
un
tubérculo
andino,
originario del sur del Perú, que se cultiva entre 3200 y 3900 m.s.n.m. contiene proteínas, carbohidratos y principalmente vitamina C. Se consume mayormente sancochada, es muy dulce y agradable sobre todo si se deja solear.
A
fin
de
darle
un
valor
agregado, se ha realizado un estudio preliminar con ensayos de laboratorio para producir harina y néctar, como resultado de las coordinaciones y trabajos de campo realizadas en la localidad de Shuyup Rayan (Yungay Ancash).
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ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
NOMBRES COMUNES: Occa, o'qa, okka (en quechua); apiña, apilla, kawi (en aymara).- Ibia (en Colombia); quiba, ciuba, (en Venezuela).- Sorrel, kao, yam (en inglés); truffette acide (en francés); knollen-sauerklee (en alemán).
Tabla N° 1: TAXONOMÍA Reino
Plantae
Filo
Magnoliophyta
Clase
Magnoliopsida
Orden
Geraniales
Familia
Oxalidaceae
Genero
Oxalis
Especie
Tuberosa
INFORMACIÓN BÁSICA SOBRE EL TUBÉRCULO Originaria de los Andes Centrales, el origen de la oca podría estar entre el sur del Perú y Bolivia. Se cultiva en pequeñas parcelas.
VARIEDADES: Existen al menos 50 variedades. Las mejores colecciones de germoplasma en el Perú están en Cusco (400 s), Puno y Huancayo, y en Ecuador en Quito. Las variedades de OCA más comunes en nuestro país son las siguientes:
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1. Zapallo oca, de tubérculos amarillos. 2. Chachapea oca, de tubérculos grises y dulces. 3. Pauccar oca, de tubérculos rojos y dulces. 4. Mestiza oca, de tubérculos blancos. 5. Nigro oca, de tubérculos negruzcos.
REQUERIMENTOS LOCALIZACIONALES: LUZ SOLAR: Generalmente requiere de períodos diurnos menores de 12 horas para iniciar la formación del tubérculo. En la mayoría de los casos los días con luz solar más largos producen solamente el desarrollo del follaje.
PRECIPITACIÓN: El cultivo crece en lugares donde las lluvias varían de 570 a 2,150 mm, distribuídas uniformemente a través todas las etapas de crecimiento.
ALTITUD: En los Andes del Perú, Bolivia y Ecuador, desarrolla entre 2,800 a 4,000 msnm. Sin embargo, en Nueva Zelanda crece cerca al nivel del mar.
BAJAS TEMPERATURAS: Es resistente a bajas temperaturas y prospera en climas fríos moderados, no obstante las heladas destruyen su follaje.
ALTAS TEMPERATURAS: Las temperaturas por encima de los 28° C destruyen la planta.
TIPO DE SUELO: Parece indiferente al tipo de suelo donde crece, pero se ha reportado que tolera de 5.3 a 7.8 pH de acidez.
HÁBITAT: La oca es un tubérculo que se cultiva entre 3200 a 3900 m.s.n.m. UNAC - FIQ
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2.2
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PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DE LA OCA La OCA en estado fresco tiene el siguiente contenido: ELEMENTO % Humedad
%
Carbohidratos
70-80
Grasa
11-22
Fibra
1
Ceniza
1
Proteínas
9
Composición de la Oca en 100g: Oca Fresca
Kaya
Energia (kcal)
61
325
Agua (%)
84.1
15.3
Proteina(g)
1
4.3
Carbohidratos (g)
13.3
75.4
Ceniza(g)
1
3.9
Calcio(mg)
2
52
Fosforo(mg)
36
171
Hierro(mg)
1.6
9.9
Vitamina C(mg)
38.4
2.4
Fuente: Tapia M. 1990. Cultivos andinos sub explotados y su aporte a la alimentación. Primera edición FAO (2)
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2.3
2.4
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DERIVADOS DE LA OCA -
Mermeladas
-
Jugos
-
Néctares
-
Uso medicinario
NECTAR El néctar de frutas es agradable, nutritivo, saludable y relativamente barato. La importancia económica de esta industria es establecida por su valor como alimento teniendo en cuenta los conocimientos científicos obtenidos en la producción y comercialización del jugo de frutas. Los productos estándares de jugos de frutas están siendo modificados, la tendencia tiene un gran énfasis en la calidad. La conservación de energía, el control de desperdicios, y la eficiencia de la manufactura presenta un desafío importante a la industria de jugos de frutas. Además, como los estándares de vida alrededor del mundo continúan creciendo, la demanda del jugo de frutas también continuará aumentando
2.5
GRADOS BRIX Para la elaboración de néctar lo recomendable es 13°Brix a 15°Brix; como durante la pasteurización se evapora una cierta cantidad de agua se considerará en la fórmula (13-1=12°Brix).
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3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 3.1
DIAGRAMA DE BLOQUES Selección de materia prima La materia prima (500gr de oca y 250gr de manzana) procedentes del Mercado Ceres – Vitarte se seleccionaran de acuerdo al estado de madurez.
Lavado Se realizó cuidadosamente una por una, en caso de que hubiese habido muchas se procedía a sumergirlas en agua con un desinfectante como hipoclorito de sodio.
Pelado Se sacaron los frutos lavados de la olla y se procedió a pelarlos con mucho cuidado; para luego ser cortados en tajadas más pequeñas. W materia prima pelado= 50gr de oca + 50gr de manzana = 100gr Pesado Se pesó la materia prima libre de orificios negros de la oca. W inicial= Peso inicial=450gr de oca+200gr de manzana=650 gr MP. Escaldado Se calentó agua hasta llegar a ebullición Se lavó la fruta, se partió en 4 partes cada una y se sumergió en el agua hirviente durante unos 5 minutos, agitando constantemente para evitar algún quemado.
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Pulpeado Como la cantidad que se preparó fue pequeña, solo se requirió el uso de una licuadora en el cual adicionamos 200ml de agua.
Refinado Como después del licuado aún habían partículas ásperas provenientes de las pepas licuadas o restos de cáscaras fue necesario un refinado que se hizo con una malla (colador). W pulpa refinada= 820 gr.
Estandarizado Dilución de la pulpa con agua: La relación de la dilución para el néctar oca es desde 1 a 2 (1kg de pulpa+2litros de agua) y hasta de 1 a 5 (1Kg de pulpa + 5 litros de agua). Para nuestra experiencia se usó la primera relación debido a que queremos un néctar de buenas características. V agua= 900 ml
Regulación de los grados Brix (contenido de azúcar) Con el uso del refractómetro se procedió a medir los grados Brix (cantidad de sólidos solubles relacionada a la cantidad de azúcar presente) de la solución diluida. °Brix de la solución diluida=10°Brix.
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Para la elaboración de néctar lo recomendable es 13°Brix a 15°Brix; como durante la pasteurización se evapora una cierta cantidad de agua se considerará en la fórmula (13-1=12°Brix).
(
)
) (
(
)
Para reemplazar al azúcar se utilizó miel .Al 10 w/v, es decir 100g /L.
Regulación del pH: El pH ideal del néctar debe ser de 3.5 por lo que se utilizó el PH metro del lopu midiendo este 3 de grados de acidez. Adición del Estabilizador: En la elaboración del néctar no se usó ningún aditivo químico. Pasteurizado Tratamiento térmico largo: se realiza a una temperatura de 71 grados centígrados por 30 minutos.
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Envasado Previamente se esterilizaron las botellas de vidrio en agua hirviendo a 100°C. El envasado se produjo en caliente para provocar vació en las botellas por la salida del vapor de agua.
Enfriado Se realizó un cambio brusco de temperatura, sumergiendo los envases en agua fría. Almacenado Se realizó en una congeladora a 4°C para evitar crecimiento de microorganismos.
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DIAGRAMA DE PROCESOS
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3.3
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DESCRIPCCION DEL PROCESO El proceso de elaboración del néctar tiene las siguientes partes: Pesado: Esta operación permitirá determinar rendimientos.
Selección: En esta operación se eliminan aquellas frutas en estado de descomposición y aquellas que presentan crecimiento de hongos.
Lavado: Se hace para eliminar cualquier partícula extraña que pueda estar adherida a la fruta. Se puede realizar por inmersión, agitación, aspersión o rociada. Una vez lavada la fruta se recomienda una desinfección para eliminar
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microorganismos.
Pelado: Dependiendo de la materia prima esta operación puede ejecutarse antes o después de la pre cocción o blanqueado. Las frutas son pulpeadas con su cáscara siempre y cuando ésta no tenga ninguna sustancia que al pasar a la pulpa le ocasione cambios en sus características organolépticas. El pelado se puede hacer en forma manual, empleando cuchillos o en forma mecánica. También con sustancias químicas como el hidróxido de sodio o soda o con agua caliente o vapor.
Escaldado: El escaldado se hace con la finalidad de: Evitar las reacciones químicas y enzimáticas. Ablandar tejidos. Eliminar oxígeno en la estructura de la materia prima.
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Eliminar carga microbiana. No todas las frutas requieren ser precocidas; en el caso de la piña, se troza y se sumerge en una solución de metabisulfito de sodio al 0.05% durante 3 minutos, para evitar cambios en su color. En el caso de los cítricos, únicamente se procede a la extracción del jugo.
Pulpeado: Consiste en obtener la pulpa de las frutas libres de cáscaras y pepas. A nivel industrial esta operación se realiza en pulpeadoras. A nivel semi industrial o artesanal se puede realizar utilizando una licuadora de pulpeado, utilizando una malla que elimina toda partícula de la pulpa mejorando el aspecto de la misma.
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Refinado: Esta operación consiste en reducir el tamaño de las partículas de la pulpa, otorgándole una apariencia más homogénea. Las pulpeadoras mecánicas o manuales facilitan esta operación por que cuentan con mallas de menor diámetro de abertura. En el caso de realizar el pulpeado con una licuadora, es necesario el uso de un tamiz para refinar la pulpa.
Estandarizado: Esta operación involucra lo siguientes: Dilución de la pulpa con agua Regulación del pH Regulación de los grados Brix ( contenido de azúcar)
(
)
) (
(
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Adición del Estabilizador
FRUTAS
% De Estalizante CMC
FRUTAS PULPOSAS
0.07%
Por ejemplo: mango, durazno FRUTAS MENOS PULPOSAS
0.1% – 0.15%
Por ejemplo: granadilla, maracuyá
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Adición del preservante
Dilución de la pulpa con agua: la dilución depende de la pulpa La regulación del pH se debe de llevar a un nivel menor de 4.5 pues una acidez alta favorece la destrucción de los microorganismos; el pH al que se debe de llevar el néctar depende también de la fruta. La regulación del pH se hace mediante la adición de ácido cítrico. La regulación de la cantidad de azúcar se realiza mediante la adición de azúcar blanca refinada. Para lo relacionado a la adición del estabilizador la dosis puede alcanzar hasta un máximo de 0,5%. Y la adición del preservante se ite un máximo de
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0,1% empleándose el sorbato de potasio o el benzoato de sodio.
Pasteurizado: Esta operación consiste en un tratamiento térmico, en el que se somete al néctar a una temperatura y tiempo determinados dependiendo del equipo utilizado. Existen dos métodos de pasteurización: Tratamiento térmico corto: Aquí el néctar es sometido a una temperatura de 97 grados centígrados por 30 segundos en un pasteurizador de placas que luego debe enfriarse lo más rápidamente posible. El cambio brusco de temperatura será el que propicie la destrucción de los microorganismos. Tratamiento térmico largo: se realiza a una temperatura de 71 grados centígrados por 30 minutos.
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Envasado: Para el envasado del néctar se puede utilizar envases de vidrio o de plástico. El envasado se debe hacer en caliente a una temperatura no menor de 85 grados centígrados, cerrándose el envase inmediatamente.
Enfriado: El producto envasado debe ser enfriado rápidamente para reducir las pérdidas de aroma, sabor y consistencia del producto, conservando así su calidad.
Etiquetado: El etiquetado constituye la etapa final del proceso de elaboración de néctares. En la etiqueta se debe incluir toda la información sobre el producto, tabla nutricional, registro sanitario, fecha de caducidad.
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 venta.
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4. APLICACIÓN DE LOS 12 PRINCIPIOS DE LA QUIMICA VERDE El diseño de productos y procesos medioambientalmente benignos debe guiarse con los 12 principios de la química verde que se basan en 1. Prevención:
Es preferible evitar la producción de un residuo que tratar de limpiarlo una vez que se haya formado.
2. Economía atómica:
Los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso, minimizando la formación de subproductos.
3. Uso de metodologías que generen productos con toxicidad reducida:
Siempre que sea posible, los métodos de síntesis deberán diseñarse para utilizar y generar sustancias que tengan poca o ninguna toxicidad, tanto para el hombre como para el medio ambiente.
4. Generar productos eficaces pero no tóxicos
Los productos químicos deberán ser diseñados de manera que mantengan la eficacia a la vez que reduzcan su toxicidad.
5. Reducir el uso de sustancias auxiliares
Se evitará, en lo posible, el uso de sustancias que no sean UNAC - FIQ
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imprescindibles
(disolventes,
reactivos
para
llevar
a
cabo
separaciones, etc.) y en el caso de que se utilicen que sean lo más inocuos posible. 6. Disminuir el consumo energético
Los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes.
7. Utilización de materias primas renovables
La materia prima ha de ser preferiblemente renovable en vez de agotable, siempre que sea técnica y económicamente viable.
8. Evitar la derivatización innecesaria
Se evitará en lo posible la formación de derivados (grupos de bloqueo, de protección/desprotección, modificación temporal de procesos físicos/químicos).
9. Potenciación de la catálisis
Se emplearán catalizadores (lo más selectivos posible), reutilizables en lo posible, en lugar de reactivos estequiométricos
10. Generar productos biodegradabables
Los productos químicos se diseñarán de tal manera que al finalizar su función no persistan en el medio ambiento sino que se transformen en
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productos de degradación inocuos. 11. Desarrollar metodologías analíticas para la monitorización en tiempo real
Las metodologías analíticas serán desarrolladas posteriormente para permitir una monitorización y control en tiempo real del proceso, previo a la formación de sustancias peligrosas 12. Minimizar el potencial de accidentes químicos.
Se elegirán las sustancias empleadas en los procesos químicos de forma que se minimice el riesgo de accidentes químicos, incluidas las emanaciones, explosiones e incendios.
Para nuestro proceso de elaboración de néctar de oca vamos a seleccionar solo 4 principios de la química verde ya que son los más importantes y citaremos por que han sido seleccionados: Economía atómica: Para la elaboración de néctares de oca utilizaremos al máximo toda la oca ya que solo pelaremos solo la parte superficial (los orificios negros) y así no formaremos subproductos. Utilización de materias primas renovables: Usaremos como materias prima principales la oca y manzana verde Disminuir el consumo energético: como nuestro proceso es a nivel laboratorio el consumo energético que haremos uso es de una licuadora para el refinado. Reducir el uso de sustancias auxiliares: En el proceso de producción se puede adicionar azúcar para darle un mejor gusto, pero la usaremos en menor proporción debido a que la oca tiene un alto contenido de glucosa.
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5. APLICACIÓN A LA INGENIERIA QUIMICA En la aplicación a la Ingeniería se ha desarrollado, algunas operaciones unitarias las cuales, le dan al néctar una mejor producción y estudio de mercado. A continuación explicaremos las operaciones unitarias de filtración y posteriormente a la sedimentación.
5.1
FILTRACION Se realiza la operación unitaria de filtración con el fin de separar las partículas sólidas del néctar, y así obtener néctar mejor refinado y de buena apariencia. Objetivo Separar las partículas sólidas de la suspensión del néctar Materiales
Malla delgada (panty)
Vaso precipitado
Cinta adhesiva
Tijera
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Procedimiento experimental
Colocamos la malla de una capa sobre el vaso precipitado, y hacemos pasar la muestra del néctar de oca.
Esperamos que filtre, hasta llenar 50 ml.
Luego separamos esa muestra filtrada por una capa en un vaso para su posterior comparación.
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Seguimos los pasos anteriores pero con dos capas y después con tres capas.
Colocamos las muestras filtradas en un vaso transparente para comparar.
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Observamos tres vasos llenos de las muestras, la muestra filtrada por una capa de malla, la muestra filtrada por dos capas de malla y la muestra filtrada por tres capas de malla. Siendo esta última la más óptima en filtrar la muestra del néctar.
5.2
SEDIMENTACION Es la operación unitaria que consiste en separar, por acción de la gravedad un sólido finamente dividido del líquido en el que está suspendido, como resultado de este proceso se obtiene un líquido claro y una suspensión con mayor contenido de sólidos. En el laboratorio de operaciones unitarias mayormente se desarrolla la sedimentación discontinua que a continuación describiremos. Sedimentación Discontinua Cómo se desarrollara esta operación se recurrirá a la descripción de un experimento de sedimentación discontinua en un cilindro o probeta de vidrio a fin de poder observar a través de las paredes del recipiente los cambios que tienen lugar en el seno de la suspensión.
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Zonas de la sedimentación. Zona A:
zona clarificada.
Zona B:
zona de concentración uniforme
Zona C:
zona de transición
Zona D:
zona de comprensión
Objetivo Determinar de forma experimental la variación de la velocidad de sedimentación con la concentración de sólidos. Materiales
Probeta de 1L
Papel milimetrado
Cinta adhesiva
Tijera
Cronometro
Procedimiento experimental
Cortar papel milimetrado y adherirlo a la probeta, para observar las distancias del claro.
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Agregamos la muestra en la probeta hasta enrasar alrededor del volumen 700ml o de la distancia 13.9 cm.
Agitamos la muestra del néctar de oca y luego lo dejamos reposar. para que se empiece a sedimentar.
Identificamos las etapas de sedimentación. Anotamos las distancias del claro de la suspensión en un tiempo determinado por el cronometro.
Contamos con una concentración inicial de 300 gr /L. de néctar.
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Cálculos
DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACION
*Se tiene como datos:
Y la tabulación de datos de altura y tiempo Tabla N° 2: Tiempo(min) Altura (cm) 0
13.9
5
14.4
10
14.6
15
14.7
30
14.8
40
14.9
50
15
60
15
80
15.3
90
15.4
100
15.6
124
16
134
16.2
144
16.4
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Graficamos la altura con respecto al tiempo de sedimentación:
Con las siguientes formulas determinaremos la concentración variada según tiempo y la velocidad de sedimentación
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Regresión de quinto orden para determinar la velocidad.
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Graficamos la velocidad en función del tiempo
Vprom =0.0240m/s
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6. NECTAR EN LA INDUSTRIA Los productos frutícolas son elementos importantes de la alimentación humana. Las frutas proporcionan el 90 % de la vitamina C en la alimentación humana y también son excelentes fuentes de fibras y otras vitaminas dependiendo del fruto. El principal fin de la industria alimentaria es el de poder asegurar la disponibilidad de alimentos por un largo periodo, buscando alargar el ciclo de vida de un producto alimenticio. El néctar de frutas es una bebida está dirigida a consumidores interesados en un estilo de vida saludable y natural.
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6.1
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DIAGRAMA DE FLUJO INDUSTRIAL
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ÍNDICE
1. OBJETIVOS...................................................................................................... 3 1.1
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................... 3
2. FUNDAMENTO TEORICO ............................................................................... 3 2.1
MATERIA PRIMA ORGANICA: OCA ......................................................... 3
2.2
PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DE LA OCA ....................................... 6
2.3
DERIVADOS DE LA OCA .......................................................................... 7
2.4
NECTAR .................................................................................................... 7
2.5
GRADOS BRIX .......................................................................................... 7
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ............................................................... 8 3.1
DIAGRAMA DE BLOQUES ........................................................................ 8
3.2
DIAGRAMA DE PROCESOS ................................................................... 13
3.3
DESCRIPCCION DEL PROCESO ........................................................... 14
4. APLICACIÓN DE LOS 12 PRINCIPIOS DE LA QUIMICA VERDE ................ 22 5. APLICACIÓN A LA INGENIERIA QUIMICA .................................................. 25 5.1
FILTRACION ............................................................................................ 25
5.2
SEDIMENTACION ................................................................................... 28
6. NECTAR EN LA INDUSTRIA ......................................................................... 35 6.1
DIAGRAMA DE FLUJO INDUSTRIAL...................................................... 36
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INTRODUCCIÓN
El Perú tiene innumerables recursos naturales alimenticios de origen andino, uno de los cuales es la oca, la que aún no se ha aprovechado y masificado su consumo; razón por el que este estudio plantea hacer un análisis de los tipos de oca que existen en la sierra de la región Ancash, determinando sus características físicas y químicas para su posterior recomendación,
dentro
de
un
contexto
de
una
posibilidad
de
industrialización. Para cumplir este cometido, han confluido esfuerzos profesionales y de campo. En este sentido ha sido posible la participación de la Universidad a través de sus laboratorios y Centros de Procesamiento, investigadores docentes e independientes y productores de oca, y con la finalidad de realizar ensayos de laboratorio para la obtención néctar.
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1. OBJETIVOS Elaborar el néctar de oca.
1.1
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Introducir el consumo del tubérculo masivamente Estudiar sus propiedades fisicoquímicas
2. FUNDAMENTO TEORICO 2.1
MATERIA PRIMA ORGANICA: OCA La
oca,
es
un
tubérculo
andino,
originario del sur del Perú, que se cultiva entre 3200 y 3900 m.s.n.m. contiene proteínas, carbohidratos y principalmente vitamina C. Se consume mayormente sancochada, es muy dulce y agradable sobre todo si se deja solear.
A
fin
de
darle
un
valor
agregado, se ha realizado un estudio preliminar con ensayos de laboratorio para producir harina y néctar, como resultado de las coordinaciones y trabajos de campo realizadas en la localidad de Shuyup Rayan (Yungay Ancash).
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NOMBRES COMUNES: Occa, o'qa, okka (en quechua); apiña, apilla, kawi (en aymara).- Ibia (en Colombia); quiba, ciuba, (en Venezuela).- Sorrel, kao, yam (en inglés); truffette acide (en francés); knollen-sauerklee (en alemán).
Tabla N° 1: TAXONOMÍA Reino
Plantae
Filo
Magnoliophyta
Clase
Magnoliopsida
Orden
Geraniales
Familia
Oxalidaceae
Genero
Oxalis
Especie
Tuberosa
INFORMACIÓN BÁSICA SOBRE EL TUBÉRCULO Originaria de los Andes Centrales, el origen de la oca podría estar entre el sur del Perú y Bolivia. Se cultiva en pequeñas parcelas.
VARIEDADES: Existen al menos 50 variedades. Las mejores colecciones de germoplasma en el Perú están en Cusco (400 s), Puno y Huancayo, y en Ecuador en Quito. Las variedades de OCA más comunes en nuestro país son las siguientes:
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1. Zapallo oca, de tubérculos amarillos. 2. Chachapea oca, de tubérculos grises y dulces. 3. Pauccar oca, de tubérculos rojos y dulces. 4. Mestiza oca, de tubérculos blancos. 5. Nigro oca, de tubérculos negruzcos.
REQUERIMENTOS LOCALIZACIONALES: LUZ SOLAR: Generalmente requiere de períodos diurnos menores de 12 horas para iniciar la formación del tubérculo. En la mayoría de los casos los días con luz solar más largos producen solamente el desarrollo del follaje.
PRECIPITACIÓN: El cultivo crece en lugares donde las lluvias varían de 570 a 2,150 mm, distribuídas uniformemente a través todas las etapas de crecimiento.
ALTITUD: En los Andes del Perú, Bolivia y Ecuador, desarrolla entre 2,800 a 4,000 msnm. Sin embargo, en Nueva Zelanda crece cerca al nivel del mar.
BAJAS TEMPERATURAS: Es resistente a bajas temperaturas y prospera en climas fríos moderados, no obstante las heladas destruyen su follaje.
ALTAS TEMPERATURAS: Las temperaturas por encima de los 28° C destruyen la planta.
TIPO DE SUELO: Parece indiferente al tipo de suelo donde crece, pero se ha reportado que tolera de 5.3 a 7.8 pH de acidez.
HÁBITAT: La oca es un tubérculo que se cultiva entre 3200 a 3900 m.s.n.m. UNAC - FIQ
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2.2
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PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DE LA OCA La OCA en estado fresco tiene el siguiente contenido: ELEMENTO % Humedad
%
Carbohidratos
70-80
Grasa
11-22
Fibra
1
Ceniza
1
Proteínas
9
Composición de la Oca en 100g: Oca Fresca
Kaya
Energia (kcal)
61
325
Agua (%)
84.1
15.3
Proteina(g)
1
4.3
Carbohidratos (g)
13.3
75.4
Ceniza(g)
1
3.9
Calcio(mg)
2
52
Fosforo(mg)
36
171
Hierro(mg)
1.6
9.9
Vitamina C(mg)
38.4
2.4
Fuente: Tapia M. 1990. Cultivos andinos sub explotados y su aporte a la alimentación. Primera edición FAO (2)
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2.3
2.4
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DERIVADOS DE LA OCA -
Mermeladas
-
Jugos
-
Néctares
-
Uso medicinario
NECTAR El néctar de frutas es agradable, nutritivo, saludable y relativamente barato. La importancia económica de esta industria es establecida por su valor como alimento teniendo en cuenta los conocimientos científicos obtenidos en la producción y comercialización del jugo de frutas. Los productos estándares de jugos de frutas están siendo modificados, la tendencia tiene un gran énfasis en la calidad. La conservación de energía, el control de desperdicios, y la eficiencia de la manufactura presenta un desafío importante a la industria de jugos de frutas. Además, como los estándares de vida alrededor del mundo continúan creciendo, la demanda del jugo de frutas también continuará aumentando
2.5
GRADOS BRIX Para la elaboración de néctar lo recomendable es 13°Brix a 15°Brix; como durante la pasteurización se evapora una cierta cantidad de agua se considerará en la fórmula (13-1=12°Brix).
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3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 3.1
DIAGRAMA DE BLOQUES Selección de materia prima La materia prima (500gr de oca y 250gr de manzana) procedentes del Mercado Ceres – Vitarte se seleccionaran de acuerdo al estado de madurez.
Lavado Se realizó cuidadosamente una por una, en caso de que hubiese habido muchas se procedía a sumergirlas en agua con un desinfectante como hipoclorito de sodio.
Pelado Se sacaron los frutos lavados de la olla y se procedió a pelarlos con mucho cuidado; para luego ser cortados en tajadas más pequeñas. W materia prima pelado= 50gr de oca + 50gr de manzana = 100gr Pesado Se pesó la materia prima libre de orificios negros de la oca. W inicial= Peso inicial=450gr de oca+200gr de manzana=650 gr MP. Escaldado Se calentó agua hasta llegar a ebullición Se lavó la fruta, se partió en 4 partes cada una y se sumergió en el agua hirviente durante unos 5 minutos, agitando constantemente para evitar algún quemado.
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Pulpeado Como la cantidad que se preparó fue pequeña, solo se requirió el uso de una licuadora en el cual adicionamos 200ml de agua.
Refinado Como después del licuado aún habían partículas ásperas provenientes de las pepas licuadas o restos de cáscaras fue necesario un refinado que se hizo con una malla (colador). W pulpa refinada= 820 gr.
Estandarizado Dilución de la pulpa con agua: La relación de la dilución para el néctar oca es desde 1 a 2 (1kg de pulpa+2litros de agua) y hasta de 1 a 5 (1Kg de pulpa + 5 litros de agua). Para nuestra experiencia se usó la primera relación debido a que queremos un néctar de buenas características. V agua= 900 ml
Regulación de los grados Brix (contenido de azúcar) Con el uso del refractómetro se procedió a medir los grados Brix (cantidad de sólidos solubles relacionada a la cantidad de azúcar presente) de la solución diluida. °Brix de la solución diluida=10°Brix.
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Para la elaboración de néctar lo recomendable es 13°Brix a 15°Brix; como durante la pasteurización se evapora una cierta cantidad de agua se considerará en la fórmula (13-1=12°Brix).
(
)
) (
(
)
Para reemplazar al azúcar se utilizó miel .Al 10 w/v, es decir 100g /L.
Regulación del pH: El pH ideal del néctar debe ser de 3.5 por lo que se utilizó el PH metro del lopu midiendo este 3 de grados de acidez. Adición del Estabilizador: En la elaboración del néctar no se usó ningún aditivo químico. Pasteurizado Tratamiento térmico largo: se realiza a una temperatura de 71 grados centígrados por 30 minutos.
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Envasado Previamente se esterilizaron las botellas de vidrio en agua hirviendo a 100°C. El envasado se produjo en caliente para provocar vació en las botellas por la salida del vapor de agua.
Enfriado Se realizó un cambio brusco de temperatura, sumergiendo los envases en agua fría. Almacenado Se realizó en una congeladora a 4°C para evitar crecimiento de microorganismos.
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3.2
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DIAGRAMA DE PROCESOS
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3.3
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DESCRIPCCION DEL PROCESO El proceso de elaboración del néctar tiene las siguientes partes: Pesado: Esta operación permitirá determinar rendimientos.
Selección: En esta operación se eliminan aquellas frutas en estado de descomposición y aquellas que presentan crecimiento de hongos.
Lavado: Se hace para eliminar cualquier partícula extraña que pueda estar adherida a la fruta. Se puede realizar por inmersión, agitación, aspersión o rociada. Una vez lavada la fruta se recomienda una desinfección para eliminar
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microorganismos.
Pelado: Dependiendo de la materia prima esta operación puede ejecutarse antes o después de la pre cocción o blanqueado. Las frutas son pulpeadas con su cáscara siempre y cuando ésta no tenga ninguna sustancia que al pasar a la pulpa le ocasione cambios en sus características organolépticas. El pelado se puede hacer en forma manual, empleando cuchillos o en forma mecánica. También con sustancias químicas como el hidróxido de sodio o soda o con agua caliente o vapor.
Escaldado: El escaldado se hace con la finalidad de: Evitar las reacciones químicas y enzimáticas. Ablandar tejidos. Eliminar oxígeno en la estructura de la materia prima.
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Eliminar carga microbiana. No todas las frutas requieren ser precocidas; en el caso de la piña, se troza y se sumerge en una solución de metabisulfito de sodio al 0.05% durante 3 minutos, para evitar cambios en su color. En el caso de los cítricos, únicamente se procede a la extracción del jugo.
Pulpeado: Consiste en obtener la pulpa de las frutas libres de cáscaras y pepas. A nivel industrial esta operación se realiza en pulpeadoras. A nivel semi industrial o artesanal se puede realizar utilizando una licuadora de pulpeado, utilizando una malla que elimina toda partícula de la pulpa mejorando el aspecto de la misma.
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Refinado: Esta operación consiste en reducir el tamaño de las partículas de la pulpa, otorgándole una apariencia más homogénea. Las pulpeadoras mecánicas o manuales facilitan esta operación por que cuentan con mallas de menor diámetro de abertura. En el caso de realizar el pulpeado con una licuadora, es necesario el uso de un tamiz para refinar la pulpa.
Estandarizado: Esta operación involucra lo siguientes: Dilución de la pulpa con agua Regulación del pH Regulación de los grados Brix ( contenido de azúcar)
(
)
) (
(
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)
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Adición del Estabilizador
FRUTAS
% De Estalizante CMC
FRUTAS PULPOSAS
0.07%
Por ejemplo: mango, durazno FRUTAS MENOS PULPOSAS
0.1% – 0.15%
Por ejemplo: granadilla, maracuyá
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Adición del preservante
Dilución de la pulpa con agua: la dilución depende de la pulpa La regulación del pH se debe de llevar a un nivel menor de 4.5 pues una acidez alta favorece la destrucción de los microorganismos; el pH al que se debe de llevar el néctar depende también de la fruta. La regulación del pH se hace mediante la adición de ácido cítrico. La regulación de la cantidad de azúcar se realiza mediante la adición de azúcar blanca refinada. Para lo relacionado a la adición del estabilizador la dosis puede alcanzar hasta un máximo de 0,5%. Y la adición del preservante se ite un máximo de
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0,1% empleándose el sorbato de potasio o el benzoato de sodio.
Pasteurizado: Esta operación consiste en un tratamiento térmico, en el que se somete al néctar a una temperatura y tiempo determinados dependiendo del equipo utilizado. Existen dos métodos de pasteurización: Tratamiento térmico corto: Aquí el néctar es sometido a una temperatura de 97 grados centígrados por 30 segundos en un pasteurizador de placas que luego debe enfriarse lo más rápidamente posible. El cambio brusco de temperatura será el que propicie la destrucción de los microorganismos. Tratamiento térmico largo: se realiza a una temperatura de 71 grados centígrados por 30 minutos.
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Envasado: Para el envasado del néctar se puede utilizar envases de vidrio o de plástico. El envasado se debe hacer en caliente a una temperatura no menor de 85 grados centígrados, cerrándose el envase inmediatamente.
Enfriado: El producto envasado debe ser enfriado rápidamente para reducir las pérdidas de aroma, sabor y consistencia del producto, conservando así su calidad.
Etiquetado: El etiquetado constituye la etapa final del proceso de elaboración de néctares. En la etiqueta se debe incluir toda la información sobre el producto, tabla nutricional, registro sanitario, fecha de caducidad.
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 venta.
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4. APLICACIÓN DE LOS 12 PRINCIPIOS DE LA QUIMICA VERDE El diseño de productos y procesos medioambientalmente benignos debe guiarse con los 12 principios de la química verde que se basan en 1. Prevención:
Es preferible evitar la producción de un residuo que tratar de limpiarlo una vez que se haya formado.
2. Economía atómica:
Los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso, minimizando la formación de subproductos.
3. Uso de metodologías que generen productos con toxicidad reducida:
Siempre que sea posible, los métodos de síntesis deberán diseñarse para utilizar y generar sustancias que tengan poca o ninguna toxicidad, tanto para el hombre como para el medio ambiente.
4. Generar productos eficaces pero no tóxicos
Los productos químicos deberán ser diseñados de manera que mantengan la eficacia a la vez que reduzcan su toxicidad.
5. Reducir el uso de sustancias auxiliares
Se evitará, en lo posible, el uso de sustancias que no sean UNAC - FIQ
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imprescindibles
(disolventes,
reactivos
para
llevar
a
cabo
separaciones, etc.) y en el caso de que se utilicen que sean lo más inocuos posible. 6. Disminuir el consumo energético
Los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes.
7. Utilización de materias primas renovables
La materia prima ha de ser preferiblemente renovable en vez de agotable, siempre que sea técnica y económicamente viable.
8. Evitar la derivatización innecesaria
Se evitará en lo posible la formación de derivados (grupos de bloqueo, de protección/desprotección, modificación temporal de procesos físicos/químicos).
9. Potenciación de la catálisis
Se emplearán catalizadores (lo más selectivos posible), reutilizables en lo posible, en lugar de reactivos estequiométricos
10. Generar productos biodegradabables
Los productos químicos se diseñarán de tal manera que al finalizar su función no persistan en el medio ambiento sino que se transformen en
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productos de degradación inocuos. 11. Desarrollar metodologías analíticas para la monitorización en tiempo real
Las metodologías analíticas serán desarrolladas posteriormente para permitir una monitorización y control en tiempo real del proceso, previo a la formación de sustancias peligrosas 12. Minimizar el potencial de accidentes químicos.
Se elegirán las sustancias empleadas en los procesos químicos de forma que se minimice el riesgo de accidentes químicos, incluidas las emanaciones, explosiones e incendios.
Para nuestro proceso de elaboración de néctar de oca vamos a seleccionar solo 4 principios de la química verde ya que son los más importantes y citaremos por que han sido seleccionados: Economía atómica: Para la elaboración de néctares de oca utilizaremos al máximo toda la oca ya que solo pelaremos solo la parte superficial (los orificios negros) y así no formaremos subproductos. Utilización de materias primas renovables: Usaremos como materias prima principales la oca y manzana verde Disminuir el consumo energético: como nuestro proceso es a nivel laboratorio el consumo energético que haremos uso es de una licuadora para el refinado. Reducir el uso de sustancias auxiliares: En el proceso de producción se puede adicionar azúcar para darle un mejor gusto, pero la usaremos en menor proporción debido a que la oca tiene un alto contenido de glucosa.
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5. APLICACIÓN A LA INGENIERIA QUIMICA En la aplicación a la Ingeniería se ha desarrollado, algunas operaciones unitarias las cuales, le dan al néctar una mejor producción y estudio de mercado. A continuación explicaremos las operaciones unitarias de filtración y posteriormente a la sedimentación.
5.1
FILTRACION Se realiza la operación unitaria de filtración con el fin de separar las partículas sólidas del néctar, y así obtener néctar mejor refinado y de buena apariencia. Objetivo Separar las partículas sólidas de la suspensión del néctar Materiales
Malla delgada (panty)
Vaso precipitado
Cinta adhesiva
Tijera
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Procedimiento experimental
Colocamos la malla de una capa sobre el vaso precipitado, y hacemos pasar la muestra del néctar de oca.
Esperamos que filtre, hasta llenar 50 ml.
Luego separamos esa muestra filtrada por una capa en un vaso para su posterior comparación.
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Seguimos los pasos anteriores pero con dos capas y después con tres capas.
Colocamos las muestras filtradas en un vaso transparente para comparar.
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Observamos tres vasos llenos de las muestras, la muestra filtrada por una capa de malla, la muestra filtrada por dos capas de malla y la muestra filtrada por tres capas de malla. Siendo esta última la más óptima en filtrar la muestra del néctar.
5.2
SEDIMENTACION Es la operación unitaria que consiste en separar, por acción de la gravedad un sólido finamente dividido del líquido en el que está suspendido, como resultado de este proceso se obtiene un líquido claro y una suspensión con mayor contenido de sólidos. En el laboratorio de operaciones unitarias mayormente se desarrolla la sedimentación discontinua que a continuación describiremos. Sedimentación Discontinua Cómo se desarrollara esta operación se recurrirá a la descripción de un experimento de sedimentación discontinua en un cilindro o probeta de vidrio a fin de poder observar a través de las paredes del recipiente los cambios que tienen lugar en el seno de la suspensión.
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Zonas de la sedimentación. Zona A:
zona clarificada.
Zona B:
zona de concentración uniforme
Zona C:
zona de transición
Zona D:
zona de comprensión
Objetivo Determinar de forma experimental la variación de la velocidad de sedimentación con la concentración de sólidos. Materiales
Probeta de 1L
Papel milimetrado
Cinta adhesiva
Tijera
Cronometro
Procedimiento experimental
Cortar papel milimetrado y adherirlo a la probeta, para observar las distancias del claro.
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ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
Agregamos la muestra en la probeta hasta enrasar alrededor del volumen 700ml o de la distancia 13.9 cm.
Agitamos la muestra del néctar de oca y luego lo dejamos reposar. para que se empiece a sedimentar.
Identificamos las etapas de sedimentación. Anotamos las distancias del claro de la suspensión en un tiempo determinado por el cronometro.
Contamos con una concentración inicial de 300 gr /L. de néctar.
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ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
Cálculos
DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACION
*Se tiene como datos:
Y la tabulación de datos de altura y tiempo Tabla N° 2: Tiempo(min) Altura (cm) 0
13.9
5
14.4
10
14.6
15
14.7
30
14.8
40
14.9
50
15
60
15
80
15.3
90
15.4
100
15.6
124
16
134
16.2
144
16.4
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ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
Graficamos la altura con respecto al tiempo de sedimentación:
Con las siguientes formulas determinaremos la concentración variada según tiempo y la velocidad de sedimentación
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ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
Regresión de quinto orden para determinar la velocidad.
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ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
Graficamos la velocidad en función del tiempo
Vprom =0.0240m/s
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ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
6. NECTAR EN LA INDUSTRIA Los productos frutícolas son elementos importantes de la alimentación humana. Las frutas proporcionan el 90 % de la vitamina C en la alimentación humana y también son excelentes fuentes de fibras y otras vitaminas dependiendo del fruto. El principal fin de la industria alimentaria es el de poder asegurar la disponibilidad de alimentos por un largo periodo, buscando alargar el ciclo de vida de un producto alimenticio. El néctar de frutas es una bebida está dirigida a consumidores interesados en un estilo de vida saludable y natural.
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6.1
ELABORACION DEL NECTAR DE OCA
DIAGRAMA DE FLUJO INDUSTRIAL
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