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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA

Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental TEMA: “Proceso de la Fabricación de Caramelos” ESCUELA PROFESIONAL: Ingeniería de Ambiental CURSO: Operaciones y Procesos DOCENTE: Ing. Luis Álvarez HECHO POR: Anghela Patricia Ortiz Flores AREQUIPA-PERÚ 2017

1. INTRODUCCIÓN El caramelo es un alimento preparado generalmente a base de azúcar. El caramelo se consigue mediante la cocción de azúcares. Éste puede consumirse tanto líquido (tal es el caso del caramelo que se añade por encima del flan, en este caso se denomina almíbar), como sólido. El caramelo solidificado se consume habitualmente dejándolo deshacer en la boca. A éste se le suelen añadir sabores de frutas, hierbas u otros aromas. También existen caramelos sin azúcar, que gracias a los edulcorantes consiguen un sabor dulce, sin producir obesidad ni dañar la dentadura. Estos últimos están especialmente elaborados para personas en régimen (como por ejemplo los diabéticos). Los factores que se debe controlar para obtener un producto final con buenas características sensoriales son: temperatura durante el proceso, dureza del agua utilizada, composición de la fórmula del caramelo, porcentaje inicial de sólidos. Los caramelos duros son en general productos estables por tener un bajo contenido de agua. Es importante no obtener un producto demasiado higroscópico que produciría un caramelo muy poco estable y pegajoso. 2. ANTECEDENTES: El arte de la confitería se remonta a mucho tiempo atrás, hace 3500 años, lo demuestran escrituras egipcias. Excavaciones en las ruinas de Herculaneum revelaron un completo taller de confitería con utensilios similares a muchos de los que usamos actualmente. La mayoría de los endulzantes de la época antigua se basaban en miel, pero los jugos de la caña de azúcar, crudamente evaporada, fueron usados en India y China. Los griegos y los romanos conocían el azúcar cristalizado y la utilizaban mucho en su cocina y en la preparación de bebidas, pero fue en Persia unos 500 años AC, cuando se pusieron en práctica métodos para la obtención del azúcar en estado sólido. Los árabes extendieron su cultivo por toda la ribera del Mediterráneo, y en el siglo X después de cristo, nacen las refinerías en Egipto. En los países árabes se hicieron muy populares los dulces de azúcar con frutos secos, y al azúcar, como tal, la consideraban una golosina exquisita y que a la vez tenía propiedades curativas. 3. ¿QUÉ ES UN CARAMELO? El caramelo es un alimento preparado generalmente a base de azúcar. El caramelo se consigue mediante la cocción de azúcares. Este puede consumirse tanto líquido (tal es el caso del caramelo que se añade por encima del flan, en este caso se denomina almíbar), como sólido.

El caramelo solidificado se consume habitualmente dejándolo deshacer en la boca. A este se le suelen añadir sabores de frutas, hierbas u otros aromas. También existen caramelos sin azúcar, que gracias a los edulcorantes consiguen un sabor dulce, sin producir obesidad ni dañar la dentadura. Estos últimos están especialmente elaborados para personas en régimen (como por ejemplo los diabéticos). Químicamente, se utiliza de diversos modos en la fabricación de alimentos como aditivo, también denominado E150. 3.1 CLASIFICACIÓN: La forma más adecuada para clasificar los caramelos en función a la tecnología de la confitería es la que se hace en función de las temperaturas de cocción. Prácticamente todos los productos de confitería (cocinados) se pueden clasificar dentro de siete familias diferente, que se dividen así por la temperatura a la que los mismos son cocinados y además involucra la estructura que se presentará el propio dulce. A continuación se muestran las siete familias con sus respectivos parámetros de cocción. Existen muchos tipos de caramelo: normal, macizo, con chicle, piruleta, bombón, gelatina, algodón de azúcar, con chocolate, de fruta, de regaliz, sin azúcar, picantes.

Figura 1: clasificación de caramelos según la revista Tecnología Confitera.

3.2 CARAMELOS DUROS Se les llama caramelos duros o macizos a aquellos producidos o elaborados a partir de una solución sobresaturada de sacarosa adicionado con agentes anticristalizantes (jarabe de maíz o de glucosa), la cual es cocinada y llevada a altas temperaturas (valores entre (135 y 160 °C) incorporando además esencias de frutas y otros ingredientes tales como colorantes y acidulantes, lo que permite una gran variedad de colores y sabores. Al enfriarse estos productos muestran un estado vítreo o forma de cristal siendo quebradizos al impacto, presentados en pequeñas porciones, son los más populares y de mayor consumo.

Figura 2: Tipos de caramelos según la revista Tecnología Confitera. 4. MATERIAS PRIMAS BÁSICAS EMPLEADAS EN LA ELABORACIÓN DE CARAMELOS. En la elaboración de caramelos se consideran materias básicas los siguientes productos: - Azucares comestibles, más específicamente azúcar blanco refinado y glucosa líquida. - Aromas y esencias autorizados - Agua potable. - Saborizantes - Acidulantes.

- Colorantes. 5.

PROCESAMIENTO PARA LA ELABORACIÓN DE CARAMELOS DUROS

Básicamente, la elaboración del caramelo se hace a base de mezclar azúcar y agua, que es posteriormente calentada a altas temperaturas (140°C) para producir la caramelización del azúcar y la evaporación de parte del agua, añadiéndole a dicha pasta los aromas, colorantes y demás aditivos que se estimen necesarios. Las operaciones principales en la elaboración de caramelos duros según Meiners y Joike (Citados en Jiménez M. et al, 2016) se muestra en la Figura 3.

Figura 3: Flujo de operaciones para la elaboración de caramelo duro 5.1 PRECOCCIÓN Es un proceso de disolución que puede ser un factor decisivo para la calidad del producto final. En caso de que los cristales de azúcar quedasen sin disolver en la precocción ellos pueden actuar luego como semillas de cristales; estos cristales absorben las moléculas de azúcar ya disueltas y la recristalización empieza a marchar continuamente. A una temperatura de 108 – 110 ºC el jarabe de glucosa precalentado es añadido. Adicionar el jarabe de glucosa antes provocaría un mayor tiempo de cocción y consiguientemente una mayor inversión.

En esta etapa es necesario remover la espuma formada dado que puede generar una recristalización, así mismo es imprescindible el uso de un tamiz a la descarga de la precocina para retener impurezas. 5.2 COCCIÓN El objeto primordial de esta etapa es concentrar la solución, para lo cual existen diferentes métodos de cocción: cocción a fuego abierto, cocinadoras por batch a vacío y cocinadoras continuas a vacío. En la actualidad se emplean los dos últimos métodos de cocción, obteniéndose un producto acabado con una humedad residual de 2 – 2.5 % y menos de 1 %, respectivamente. Esta es la etapa central del proceso en la cual se produce una cocción del producto con la consiguiente evaporación del agua y su eliminación por medio de una bomba de vacío, dando como resultado una pasta que posteriormente se moldeará y enfriará. La cocción puede ser a fuego directo, con carbón, gas oil, gas butano etc. (forma primitiva) o bien a vapor. Esta última es mucho, más completa que la anterior por su economía y calidad del producto elaborado. La cocción se realiza en una paila de cobre en la cual se mezcla azúcar y agua, hasta con cantidad suficiente que permita la total disolución del azúcar. Cuando la cochura haya alcanzado la temperatura antes indicada, que varía según las diferentes- épocas de un año, se apartara del fuego en el caso de que se trabaje a fuego directo, o bien se cerrara los tubos de conducción del vapor en el segundo de los casos y se procederá a la extracción del vapor de agua que haya quedado entre las partículas del azúcar.

Figura 4: principales métodos de cocción para caramelos duros según la revista Tecnología Confitera.

5.3 ADICIÓN DE ADITIVOS Y MEZCLADO Se recomienda realizar la adición y mezcla en un recipiente provisto de ruedas, empleando una máquina mezcladora. El primer aditivo a agregar es el colorante en forma de solución. Después del coloreado sigue el aromatizado y en los casos en que se adiciona ácido se debe realizar una premezcla de ambos antes de adicionarlos al batch de azúcar.

Figura 5: Incorporación de colores y sabores. 5.4 AMASADO Se realiza en una máquina que posee un sistema de enfriamiento. La primera condición para seguir con el procesado del batch sin problemas es la limpieza del plato de enfriamiento, lo cual significa que todas las partículas residuales de azúcar deben ser removidas antes de engrasar ligeramente la mesa de enfriamiento. Durante esta operación se continúan mezclando en la masa los colorantes, aromas y ácidos añadidos. En esta etapa es necesario remover la espuma formada dado que puede generar una recristalización, así mismo es imprescindible el uso de un tamiz a la descarga de la precocina para retener impurezas.

Figura 6: Extracción de caramelo de la cocinadora

Figura 7: Amasadora de rodillos 5.5 ABASTONADO – EGALIZADO El batch de azúcar es introducido en la máquina abastonadora con el fin de formar un cordón grueso de caramelo, el cual pasa luego por la máquina egalizadora que se encarga de disminuir el diámetro del cordón. El diámetro del cordón debe ser tal que el espacio entre los discos de la máquina egalizadora que define su tamaño debe estar completamente lleno, solo así estos discos serán capaces de transportar el cordón.

Figura 8: Abastonado

Figura 9: Egalizado

5.6 TROQUELADO En este punto se trata de dar lo más rápidamente posible la forma a la masa de azúcar, que previamente fue preparada y temperizada para mantenerla plástica. Esta operación se lleva a cabo a una temperatura que oscila entre los 80 – 90 ºC. Operando por este sistema, los caramelos troquelados, todavía calientes, abandonan el troquel en forma de cadena, desprendiéndose finalmente al endurecer la masa en el subsiguiente proceso de enfriamiento. En la industria de la confitería existen varios tipos de moldeadoras. Para la elaboración de caramelos se eligen las de tipo de depositoras, o bien, del tipo bastonadoras, las cuales serán seleccionadas para elaboración de caramelos duros y toffees respectivamente.

Figura 10: Troquelado 5.7 ENFRIADO Dicho proceso se lleva a cabo a través de un túnel de varios metros de longitud que enfría el producto durante su transporte mediante aire procedente de unos ventiladores. Una vez frio, el caramelo se recoge en cajas de plástico o metálicas. Después de haber sido troquelados los caramelos deben ser enfriados lo más rápidamente posible a una temperatura entre 25 – 30 ºC, para poder ser envueltos. Un enfriado satisfactorio de los productos puede ser alcanzado regulando el aire en el ambiente de producción en relación al aire del ambiente externo, tomando en particular consideración el porcentaje de humedad relativa del aire. El aire de refrigeración debería estar seco, la temperatura del caramelo nunca debería reducirse a la del medio ambiente, si no ser aproximado de 30 ºC. Mientras que el caramelo expide calor no puede absorber humedad del aire, ya que podría desencadenarse la recristalización.

Figura 11: Enfriamiento 5.8 ENVASADO Los caramelos enfriados pasan a las máquinas envolvedoras, donde se puede utilizar como material de envoltura: papel encerado, celofán metalizado y diferentes hojas plásticas con o sin interior de celofán. Se envuelve los caramelos a temperatura ambiente utilizando empaques plastificados y con el uso de una máquina envolvedora. Los caramelos duros necesitan envases impermeables el cual debe cerrarse adecuadamente de manera que no quede aire en la bolsa para evitar que puedan crecer mohos. El equipo de etiquetado envuelve el caramelo con un papel de parafina interior y con una lámina de plástico rotulada con el distintivo de la industria. La lámina de parafina es brillante y preserva el producto para que no se deseque. Se usa como capa interior en el envoltorio de un caramelo para que absorba la humedad del mismo y no se adhiera al plástico. El plástico usado como envoltorio final suele ser cloruro de polipropileno, que, como se ha dicho anteriormente, es una película traslucida y brillante, con propiedades ópticas y muy resistentes a la tensión y punción. Es bastante impermeable al vapor de agua, gases y olores 5.9 EMPACADO El empacado se realiza en bolsas tubulares pudiendo obtener bolsas de entre 50 g a 1 kg para la alimentación de las empaquetadoras de bolsas tubulares se puede disponer de los siguientes dispositivos: dosificador volumétrico, máquinas contadoras de caramelos, balanzas electrónicas, transportadores de cangilones y otros. Los caramelos etiquetados se envasan mediante una envasadora multicabezal en bolsas de plástico de 1 kg que a su vez se embalan en cajas de cartón para su expedición.

Entre los materiales de envasado más usados en la industria de los caramelos destacan: papel, cartulina y película flexible. Los envases de película flexible son los comúnmente usados, por ser totalmente impermeables a la humedad y asegurar, por tanto, la conservación en toda la cadena alimentaria. Entre los tipos de películas flexibles tenemos a la celulosa regenerada o celofán, polietileno de baja densidad, polipropileno y acoplados. De estos, el más usado es el polipropileno-polipropileno por ser su coste algo más moderado y ofrecer buena transparencia y resistencia. Como ocurre con el etiquetado, el envasado es una operación totalmente automática pero discontinua, por lo que de las tolvas de salida de las etiquetadoras se deberá verter el producto manualmente a las tolvas de recepción de las envasadoras. El equipo que se instala en la línea de elaboración de caramelos duros está diseñado para envasar este tipo de producto, completamente automatizado, apto para pesar, formar, llenar y cerrar bolsas tubulares a partir de una película termosoldable embobinada 5.10

ALMACENAMIENTO

Los esfuerzos por mantener la calidad y aspecto fresco de los productos no deben acabar con el proceso de producción, ya que el mandamiento principal es el de realizar controles constantes de temperatura y humedad en el almacén de producto terminado.

Los dulces duros de alta cocción, deben protegerse lo mejor posible de la humedad. Si se hace esto, no sufrirán serias alteraciones, aunque se produzcan pequeñas variaciones en la temperatura. Si no se les protege suficientemente y la humedad consigue atacarlos, al variarla temperatura estos dulces tomaran humedad o incluso se licuaran, según la composición que tengan. 6. IMPACTOS GENERADOS POR LA INDUSTRIA DE LOS CARAMELOS Una empresa promedio que produce caramelos chupetes y confiterías en general produce los siguientes residuos. 6.1 PRINCIPALES MATERIAS PRIMAS A continuación se detalla la materia prima e insumos en la etapa de producción de caramelos en la empresa de las diferentes líneas que produce; se presenta también el nivel de peligrosidad así como el tipo de embalaje en el que se encuentran almacenados.

Tabla 1: principales materias e insumos según los servicios técnicos ambientales. 6.2 MANTENIMIENTO Y LIMPIEZA Se realiza el mantenimiento preventivo, correctivo y predictivo de los equipos y maquinarias para lo cual cuenta con un Plan Maestro de Mantenimiento. Las actividades que se realizan en cada equipo o maquinaria son registradas diariamente. En el mantenimiento preventivo se realiza cambio de aceite a maquinarias, incluyendo al generador; así por ejemplo en máquinas de envoltura, cada 2000 horas se realiza el cambio de aceite y filtros; en el generador se lo realiza cada seis meses, por ejemplo. El mantenimiento correctivo comprende el cambio de partes o piezas mecánicas, daños eléctricos, cambio de tuberías, pintura, etc.

De la actividad de mantenimiento se generan residuos como waipes, aceite usado, filtros, piezas metálicas, equipo de protección personal contaminados, etc. Estos residuos son almacenados para su entrega a un gestor ambiental. En relación a la limpieza de la planta, esta se realiza diariamente al final de la jornada; los equipos y maquinarias utilizados en el proceso productivo, reciben en primer término una limpieza en seco, es decir, el material adherido a las paredes se recoge y limpia sin agua, para luego proceder a una limpieza húmeda. Los pisos también son higienizados con agua y productos de limpieza. Las descargas de la limpieza son recogidas en los canales internos que existen en planta y se conducen hacia la caja de revisión. 6.3 GASTOS ENERGÉTICOS En general en una empresa de caramelos se realizan gastos energéticos por electricidad y por vapor, este último es más usado en la industria por su eficiencia, aunque se pueden identificar otros métodos. Para la generación de vapor de agua usado en el proceso de calentamiento de glucosa se utilizan los calderos, que funcionan a través de combustible, por ejemplo el diesel 2. 6.4 RESIDUOS GENERADOS POR LA INDUSTRIA A continuación se detallan los principales residuos resultantes de la actividad de mantenimiento.

Tabla 2: Residuos generados por el mantenimiento de maquinaria. Así también se obtienen residuos debido al proceso productivo, uno de los principales problemas en este aspecto es la generación de migas de caramelo, los residuos generados debido a esta actividad son:

Tabla 3: Residuos generados debido al proceso productivo 6.5 DESCARGAS DE EFLUENTES Así como los residuos sólidos generados en los diferentes procesos unitarios de la industria, también existen residuos líquidos o efluentes líquidos que son generados debido a dos procesos en particular: - Cocción.- Este proceso se realiza al vacío, conseguido a través de la circulación de agua. El agua usada para este proceso debe pasar por una torre de enfriamiento para reducir su temperatura. El agua es recirculada todo el día y eliminada al final de la jornada de trabajo. El agua sale calienta a aproximadamente a 36°C. -

Limpieza de pisos e instalaciones.- Además de forma diaria se realiza la limpieza de maquinarias, de pisos e instalaciones en general, los principales efluentes son:

Tabla 4: Principales efluentes

Es una buena práctica contar con caja de revisión donde se ubica un vertedero, antes de la descarga, en el cual se realiza la medición de caudal y toma de muestras para laboratorio.

Figura 12: Caja de revisión 6.6 EMISIONES A LA ATMÓSFERA En la industria se utilizan los calderos para la generación de vapor, por lo que se tienen identificados puntos de emisión de fuentes fijas. Y por último la emisión de ruidos. Con toda esta información podemos elaborar un diagrama de flujo adecuado identificando los impactos para la industria de caramelos en general.

Figura 13: Chimeneas de la caldera

Entradas Azúcar, Jarabe de glucosa (108°-110°) precalentado, agua, electricidad.

Salidas Pre cocción

Espuma formada, solución azucarada, residuos, posibles derrames, saco, tambores.

Solución azucarada, vapor de la caldera, combustible (diesel2)

Cocción

Gases contaminantes (chimenea), pasta de caramelo, ruido

Colorantes en forma de solución, acido premezclado, electricidad

Adición de aditivos

Pasta con aditivos, pomas de plástico, fundas de polietileno

Amasado

Partículas residuales de caramelo.

Aire, electricidad

Batch de azúca, electricidad,

Abastonado- egalizado

Cordón del caramelo

Troquelado

Caramelos troquelados, desperdicios

Enfriado

Caramelos duros

Electricidad, empaques de los caramelos

Envasado

Caramelos envasados, fundas plásticas, embalajes dañados

Electricidad

Empacado

Bolsas de empacado, cajas de cartón

Almacenamiento (En una bodega a temperatura ambiente).

Producto caducado, cartones y fundas plásticas

Electricidad

Electricidad, aire

Mantenimiento

Aceites usados, Grasas, Lubricantes, waipes, filtros, piezas metálicas, Equipo de protección personal contaminado, aqua del lavado de maquinaria y detergentes.