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• Carlos Lovato

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2.5.3 CALCULOS BASICOS PARA MERMELADAS El estándar de identificación para mermeladas especifica que la relación de fruta a azúcar adicionada en la formulación es 45 partes de fruta a 55 partes de azúcar. Una mermelada también debe tener un contenido de solubles de por lo menos 65% para producir un gel satisfactorio. El estándar de identificación requiere unos sólidos solubles de por lo menos 65% para mermelada de fruta elaboradas con guayaba. El proceso de elaborar mermelada involucra mezclar el azúcar y las frutas en la relación requerida, adicionar pectina y concentrar la mezcla en una olla de cocción al vacío con camisa de vapor hasta que el contenido de sólidos solubles sea por lo menos de un 65%. La cantidad de pectina adicionada está determinada por la cantidad de azúcar usada en la formulación y por el grado de la pectina (una pectina de grado 100 es una que formará un gel satisfactorio en una relación de un kilogramo de pectina a 100 kilogramos de azúcar). Si la pulpa de la fruta contiene ___% de sólidos solubles y una pectina de grado 100 es usada. Calcular el peso de la fruta, azúcar y pectina necesarios para producir 15 kg de mermelada. Considerar como los sólidos solubles solamente los sólidos solubles de la fruta y el azúcar. El producto contiene ___% de sólidos solubles. Las pautas de elaboración de la mermelada de guayaba se muestran en el anexo Nº 1. Calcular el % de rendimiento y la cantidad de agua evaporada. Peso de mermelada práctico % rendimiento = ------------------------------------ * 100% Peso de mermelada teórico

ANEXO Nº 1.

PAUTAS PARA LA ELABORACION DE MERMELADA DE GUAYABA OPERACION ALMACENAMIENTO

PESO

CLASIFICACION

AL ESCALDADO DESECHOS

EXTRACCION DEL PURE

SOLIDOS SOLUBLES OTROS

Ac:

DOSIFICACION DE LA MEZCLA COCCION

pH:

PURE FRUTA AZUCAR Temperatura

5 MIN 10 MIN 15 MIN

ENFRIAMIENTO

pH:

ENVASADO

# Envases

ALMACENAMIENTO OBSERVACIONES:

Temp:

Ac:

+) El estándar de identificación para compotas y conservas especifíca que la relación de fruta a azúcar adicionada en la formulación es 45 partes de fruta a 55 partes de azúcar. Una compota también debe tener un contenido de solubles de por lo menos 65% para producir un gel satisfactorio. El estándar de identificación requiere unos sólidos solubles de por lo menos 65% para conservas de frutas elaboradas con albaricoque, durazno, pera, arándanos, guayaba, nectarinos, ciruelas, uvas, higos, membrillo y grosellas. El proceso de elaborar conservas de frutas involucra mezclar el azúcar y las frutas en la relación requerida, adicionar pectina y concentrar la mezcla en una olla de cocción al vacío con camisa de vapor hasta que el contenido de sólidos solubles sea por lo menos de un 65%. La cantidad de pectina adicionada está determinada por la cantidad de azúcar usada en la formulación y por el grado de la pectina (una pectina de grado 100 es una que formará un gel satisfactorio en una relación de un kilogramo de pectina a 100 kg de azúcar). Si la fruta contiene 10% de sólidos solubles y una pectina de grado 100 es usada, calcular el peso de la fruta, azúcar y pectina necesarios para producir 100 kg de conserva de fruta. Considerar como los sólidos solubles solamente los sólidos solubles de la fruta y el azúcar. Solución: El diagrama de flujo del proceso se muestra en la Figura 1. El límite usado para el sistema sobre el cual el balance de material es realizado comprende el proceso completo. FRUTA 10% Sólidos Solubles X MEZCLADOR

PECTINA Z

AZUCAR Y

EVAPORADOR

AGUA

100 Kg CONSERVA DE FRUTA 65% Sólidos Solubles FIGURA 1. DIAGRAMA MOSTRANDO EL FLUJO DE PRODUCTOS Y EL PROCESO PARA LA MANUFACTURA DE LA CONSERVA DE FRUTA.

El problema puede ser resuelto sin tener que seleccionar una base. La substancia de correlación son los sólidos solubles ya que la pectina es identificable en el producto terminado. La designación "fruta" no tiene sentido en el producto terminado porque el agua que se evapora viene de la fruta y los sólidos solubles en la fruta se mezclan con el resto del sistema. Balance de sólidos del sistema: 0.1(X) + Y = 100 (0.65) Dado que la relación 45 partes de frutas a 55 partes de azúcar es un requerimiento, la otra ecuación sería: X 45 -------- = ---------Y 55 X = (45/55) Y Substituyendo la expresión para X en la ecuación que representa el balance de sólidos y resolviendo para Y: 0.1 [(45/55) Y] + Y = 65 0.1 (45) (Y) + 55 Y = 55(65) 4.5 Y + 55 Y = 55(65) 59.5 Y = 55(65) Y = [55(65)] / 59.5 = 60 kg de azúcar Dado que: 45Y 45(60) X = ----------- , X = ------------------ = 49 kg de fruta 55 55 La cantidad de pectina, Z, puede ser calculada a partir del peso de azúcar usada. kg de azúcar 60 Z = --------------------- = -------------- = 0.6 kg de pectina grado de pectina 100

El problema también puede ser resuelto seleccionando una base: 100 kg de fruta. Usando la relación requerida de fruta a azúcar: 55 kg de azúcar Azúcar = 100 kg fruta x ------------------------------45 kg de fruta Azúcar = 122 kg Estableciendo: X = kg de compota producida Balance de sólidos solubles: 100 (0.1) + 122 = X (0.65) X = (132/0.65) = 203 kg Dado que 100 kg de fruta producen 203 kg de compota, la cantidad de fruta requerida para producir 100 kg de compota puede ser determinada por relaciones y proporciones: 100 : 203 = X : 100 100(100) X = ----------------------- = 49 kg de fruta 203 Azúcar = 49 (45/55) = 60 kg Pectina = (1/100) (60) = 0.6 kg Referencia: Toledo, R. 1980. Fundamentals of Foods Process Engineering. The AVI Publishing Co. Connecticut, USA. p: 72-97).

*) ¿Cuántos kg de peras serán requeridos para producir 100 kg de conserva de peras?. La fórmula standar de 45 partes de fruta a 55 partes de azúcar es usada, el contenido de sólidos solubles del producto terminado es 65% y las peras tienen un contenido inicial de 12% de sólidos solubles. Calcular el peso requerido de pectina de 100 grados y la cantidad de agua removida por evaporación. Las peras del problema anterior están congeladas en las cuales el azúcar ha sido adicionado en relación de 3 partes de fruta a 1 parte de azúcar. ¿Cuánta conserva de pera puede ser producida a partir de 100 kg de materia prima congelada? Solución: PERAS 12% Sólidos Solubles X PECTINA 100 grados

MEZCLADOR Z

AZUCAR Y

EVAPORADOR

AGUA

100 Kg PRODUCTO 65 KgSólidos Solubles 35 Kg Agua FIGURA 2. MERMELADA DE PERAS

a) 0.12X + Y = 100(0.65) X 45 --- = ---- ; Y 55

45 X = ---- Y 55

45 0.12 ( ---- Y ) + Y = 65 55 0.12(45Y) + 55Y = 55(65) 5.4Y + 55Y = 55(65) ;

60.4Y = 55(65)

55(65) Y = -------- = 59.18 Kg de azúcar 60.4 45Y 45(59.18) X = ----- ; X = ----------- = 48.42 Kg de fruta 55 55 Kg de azúcar Z = ------------------ = 0.5918 Kg de pectina grado de pectina b) Fruta: 48.42 Kg ---------- 100% X ---------- 88% X = 42.60 Kg de agua X = 48.42 Kg de fruta/108.1918 = 44.75% Y = 59.18 Kg de azúcar/108.1918 = 54.70% Z = 0.5918 Kg de pectina/108.1918 = 0.55% --------------u = 108.1918 Kg de mezcla 100.00%

48.42 Kg de fruta -------- 44.75% 42.60 Kg de agua -------- X X = 39.38% de agua en la mezcla

Balance total: V = W + 100 Balance de agua: 0.3938 V = W + 35 (0.3938)(W+100) = W + 35 0.3938W + 39.38 = W + 35 39.38 - 35 = W - 0.3938 W 4.38 = 0.6062 W W = 4.38/0.6062 W = 7.22 Kg de agua evaporada Peras congeladas: PERAS 12% Sólidos Solubles, 88%Agua X PECTINA 100 grados

AZUCAR Z

Y

AGUA

100 Kg PRODUCTO 65% Sólidos Solubles, 35%Agua FIGURA 3. CONSERVA DE PERA

Kg de azúcar Z = ------------------ = 33.33 = 0.333 Kg de pectina grado de pectína

X = 100 Kg de fruta = 100/133.6633 = 74.81% Y = 33.33 Kg de azúcar = 33.33/133.6633 = 24.94%

Z = 0.3333 Kg de pectína = 0.3333/133.6633 = 0.25% ----------------------Σ: 133.6633 Kg de mezcla 100% -------- 100 Kg de fruta 88% -------- X X = 88 Kg de agua 100 Kg de fruta -------- 74.81% 88 Kg de agua -------- X X = 65.83% de agua Balance total: V = W + P 133.6633 = W + P

(1)

Balance de agua: 0.6583 V = W + 0.35 P 0.6583(133.6633) = W + 0.35 P 87.9943 = W + 0.35 P (2) Relacionando las ecuaciones (1) y (2) 133.6633 = W + P -87.9943 = -W - 0.35P ----------------------45.6690 = / 0.65P P = 45.669/0.65 P = 70.26 Kg de mermelada de pera

*) Las fresas contienen alrededor de 15% de sólidos y 85% de agua. Para fabricar mermelada de fresa, se mezclan fresas trituradas y azúcar en una proporción de 45:55, calentándose la mezcla para evaporar agua hasta que el residuo contenga una tercera parte de agua. ¿Cuántos kilogramos de fresa se requieren para fabricar un kilogramo de mermelada? Solución: FRESAS 15% Sólidos Solubles X PECTINA 100 grados

MEZCLADOR Z

Y

EVAPORADOR

1 Kg PRODUCTO 66.7% Sólidos Solubles 35 Kg Agua

Balance de sólidos: 0.15A + B = 0.667 Se mezclan: De donde:

A 45 --- = ---B 55 B = (55/45) A

(2)

Reemplazando (2) en (1): 0.15 A + (55/45) A = 0.667 0.15 * 45 A + 55 A = 0.667 * 45 6.75 A + 55 A = 30.015 61.75 A = 30.015

(1)

AZUCAR 100% SS

AGUA

A = 30.015/61.75 A = 0.486 Kg de fresas Referencia: Felder, R. y Rousseau, R. 1978. Principios básicos de los procesos químicos. Traducción del inglés por Alejandro Hill. Ed. El Manual Moderno. México. p: 151.

+) En la fabricación de mermeladas, la fruta aplastada es mezclada con suficiente azúcar para dar una mezcla de 45 partes de fruta y 55 partes de azúcar, y suficiente pectina (cerca de 4 onzas / 100 libras de azúcar) es adicionada. La mezcla es entonces evaporada hasta que los sólidos solubles son 67% (usualmente determinado por refractómetro). ¿Qué rendimiento de mermelada debe esperarse de una fruta que contiene 14% de sólidos solubles? Solución: El sistema se indica en la Figura 4.

1 lb FRUTA 14% Sólidos Solubles

PECTINA 0.0025 lb

MEZCLADOR

AZUCAR 1.22 LB

X EVAPORADOR

AGUA Y

lb MERMELADA 67% Sólidos Solubles 33 % Agua FIGURA 4. BALANCE DE MATERIAL ALREDEDOR DE UNA OLLA DE COCCION EN LA FABRICACION DE MERMELADA. La solución será expresada en términos de libras de mermelada por libra de fruta. Por consiguiente una base conveniente es una libra de fruta ingresando al sistema. Base: 1 lb de fruta entrando al sistema. Se establece: X = lb de agua evaporada por lb de fruta que ingresa. Y = lb de mermelada producida por lb de fruta que ingresa.

Dado que la fruta está en la relación de 45 a 55, una libra de fruta tiene que estar asociada con la relación 55/45 ó 1.22 libras de azúcar. (1) Balance total de material: entrada de material = salida de material 1 + 1.22 = X + Y (2) Balance de sólidos: sólidos en la entrada = sólidos en la salida 0.14 + 1.22 = Y(0.67) Y = 2.03 libras de mermelada/libra de fruta X = 0.19 libras de agua removidas/libra de fruta Referencia: Charm, S. 1971 The fundamentals of food engineering. 2th ed. The AVI Publishing Company Inc. Connecticut, USA. p: 41-42.