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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTIN

FACULTAD DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL “PRUEBAS ACELERADAS DE VIDA EN ANAQUEL”

DOCENTE

: Ing. Abner Obregón Lujerio

ASIGNATURA

: Envases, Embalaje y Transporte

ESTUDIANTE

: Linley Gabriel kajekui Collantes

CÓDIGO

: 092j53

CICLO

: IX

MORALES – PERÚ 2017

1.- INTRODUCCIÓN Xiong y Hernandez (2002), afirman que la vida útil o vida en anaquel de un producto, está íntimamente relacionada con la calidad del alimento y de esto son concientes tanto los productores como los consumidores, por lo que la FDA (Food and Drug Administration) y la USDA exigen declarar la vida útil del producto indicando claramente la fecha de expiración en los empaques o conteiner. Labuza (1999), indica que esencialmente, la vida útil de un alimento, es decir, el periodo que retendrá un nivel aceptable de su calidad alimenticia desde el punto de vista de la seguridad y del aspecto organoléptico, depende de cuatro factores principales; conocer la formulación, el procesado, el empacado y las condiciones de almacenamiento. Desde el punto de vista de la Industria Alimentaria, la vida útil está basado en la cantidad de pérdida de calidad que se permitirá antes del consumo del producto. Para los consumidores, el extremo de vida útil es el tiempo cuando el producto absolutamente ya no tiene un sabor aceptable. Para la alta calidad del arte culinario, esto significa un cambio muy pequeño que puede tener lugar, cuando los consumidores quieren una calidad igual a “gusto a fresco” o “como recién preparado”. El conocimiento de la vida útil es un aspecto muy importante. Esta vida debe al menos exceder el tiempo mínimo requerido de distribución del productor al consumidor. La determinación oportuna y objetiva de la "vida útil" de sus productos le permitirá a los empresarios evitar pérdidas por devolución, ampliar su mercado nacional y de exportación, la confianza del consumidor. También cuando se lance un nuevo producto al mercado, haya sustitución ó cambio de especificaciones de alguna materia prima, se hace también necesario la determinación de la "vida útil". La vida de almacén es controlada por:    

La interacción de los componentes del sistema. El proceso empleado La permeabilidad del empaque a la luz, la humedad y los gases. La distribución de la humedad y tiempo-temperatura relativa durante el transporte y almacenaje.

El productor debe tener un conocimiento de estos factores así como de las maneras críticas de falla del alimento. Con esta información, el productor puede entonces elegir los mejores sistemas para maximizar la vida de almacén. Poner sobre el producto una fecha abierta que indique la vida de alta calidad del producto (Labuza, 1999).

1.1.- Objetivos  Conocer las pruebas aceleradas de vida en anaquel.  Destacar la importancia de conservación de vida en anaquel de un producto.  Entrenar al estudiante en los parámetros y métodos que gobiernan estas pruebas.  Determinar el % de agua adquirido 2.- REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1. VIDA EN ANAQUEL DE SISTEMAS ALIMENTICIOS La vida en anaquel es el período de tiempo durante el cual se espera que un producto mantenga determinado nivel de calidad bajo condiciones de almacenamiento específicas. (Sheftel, 1986; citado por Lau, 1992). La calidad engloba muchos aspectos del alimento, como sus características físicas, químicas, microbiológicas, sensoriales, nutricionales y referentes a inocuidad. En el instante en que alguno de estos parámetros se considera como inaceptable el producto ha llegado al fin de su vida útil. (Singh, 1998). Este período depende de muchas variables en donde se incluyen tanto el producto como las condiciones ambientales y el empaque. Dentro de las que ejercen mayor peso se encuentran la temperatura, pH, actividad del agua, humedad relativa, radiación (luz), concentración de gases, potencial redox, presión y presencia de iones. (Brody, 2003). Para predecir la vida útil de un producto es necesario en primer lugar identificar y/o seleccionar la variable cuyo cambio es el que primero identifica el consumidor meta como una baja en la calidad del producto (Brody, 2003), por ejemplo, en algunos casos esta variable puede ser la rancidez, cambios en el color, sabor o textura, pérdida de vitamina C o inclusive la aparición de poblaciones inaceptables de microorganismos. Posteriormente se analiza la cinética de la reacción asociada a la variable seleccionada, que depende en gran medida de las condiciones ambientales. Es importante recalcar que la vida útil no es función del tiempo en sí, sino de las condiciones de almacenamiento del producto y los límites de calidad establecidos tanto por el consumidor como por las normas que rigen propiamente los alimentos. (Labuza, 1982).

La vida útil se determina al someter a estrés el producto, siempre y cuando las condiciones de almacenamiento sean controladas. Se pueden realizar las predicciones de vida útil mediante utilización de modelos matemáticos (útil para evaluación de crecimiento y muerte microbiana), pruebas en tiempo real (para alimentos frescos de corta vida útil) y pruebas aceleradas (para alimentos con mucha estabilidad) en donde el deterioro es acelerado y posteriormente estos valores son utilizados para realizar predicciones bajo condiciones menos severas. (Charm, 2007).

2. PRUEBAS ACELERADAS PARA DETERMINAR LA VIDA EN ANAQUEL DE SISTEMAS ALIMENTICIOS Las pruebas aceleradas de vida en anaquel, constituyen el método que mayores satisfacciones ha dado a investigadores y tecnólogos en alimentos. Estas pruebas consisten en experimentos de almacenamiento a temperaturas relativamente altas, con el fin de predecir, con un cierto margen de certidumbre, la vida en anaquel de un alimento procesado en las condiciones bajo las cuales será transportado, distribuido, comercializado. (Núñez, 1990). Espinoza (1995), reporta que las pruebas aceleradas de vida en anaquel tratan de predecir la vida en anaquel de un alimento bajo condiciones dadas, en un menor tiempo. El desarrollo del método de pruebas aceleradas de estabilidad, el cual es aplicable para el almacenaje a temperatura constante de los productos sensibles a la humedad empacados en empaques permeables al vapor, no requiere un conocimiento anterior de la cinética del modelo de efecto de la humedad en el porcentaje del deterioro. Este método puede ser aplicado en productos deshidratados cuando el índice de deterioro sólo depende del contenido de humedad, el cual cambia continuamente durante el almacenaje. Las pruebas aceleradas están basadas en las predicciones del cambio de calidad del producto, el cual sufre un rápido deterioro causado por el alto, aunque controlado, porcentaje de ganancia de humedad. Huerta (1993) indica que para determinar el período de vida en anaquel se espera el tiempo que dure el producto, lo que es costoso y puede ser afectado el alimento por condiciones externas ajenas. Por ello se ha buscado demostrar que existe un proceso por el cual se acelera el deterioro. Es así que se emplea diferentes temperaturas y el tiempo de almacenamiento se reduce, de meses a días, lo que permite predecir el tiempo de vida en anaquel a costos bajos.

2.1. VIDA EN ANAQUEL DE LOS ALIMENTOS EMPACADOS La vida en anaquel de los alimentos empacados las regulan las propiedades de los alimentos, así como las propiedades de barrera del envase al oxígeno, la luz, la humedad y el bióxido de carbono. Para determinar la conducta de los productos, a estos se los debería almacenar en condiciones conocidas por un periodo de tiempo para de esta manera poder medir sus propiedades. La pérdida o ganancia de humedad es uno de los factores más importantes que controla la vida en anaquel de los alimentos. (Álvarez, 2006). Los cambios en el contenido de humedad dependen de la velocidad de transmisión de vapor del agua del envase. Para controlar el contenido de humedad del alimento dentro de un envase, deben seleccionarse la permeabilidad al vapor del agua del material de empaque, el área superficial y el espesor de este, considerando el almacenamiento que se requiere o la vida en anaquel (Urgilés, 2006). 2.2. RELACIÓN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS El agua es el más abundante e individual constituyente por peso en la mayoría de los alimentos. Es un importante componente aún en aquellos alimentos en los cuales la proporción de agua ha sido reducida durante su procesamiento, en razón de cambiar las propiedades o ayudar a su preservación. De acuerdo a la proporción de agua contenida se los clasifica en las siguientes categorías: Alimentos secos, alimentos de humedad intermedia y alimentos húmedos. 2.3. EVALUACIÓN SENSORIAL Lees (1984) indica que el análisis sensorial puede utilizarse en el control de calidad de los alimentos para resolver problemas de distinta índole; en cada caso concreto, la naturaleza de los mismos determina el tipo de prueba a realizar, las características del grupo de jueces y las condiciones de análisis. La evaluación sensorial es el análisis de alimentos u otros materiales por medio de los sentidos. La palabra sensorial se deriva del latín sensus, que quiere decir sentido. La evaluación sensorial es una técnica de medición y análisis tan importante como los métodos físicos, químicos y microbiológicos, etc. Este tipo de análisis tiene la ventaja de que lleva sus propios instrumentos de análisis es decir sus cinco sentidos. Es un instrumento importante cuando se trata de evaluar la textura de productos con bajo contenido de humedad y más aún cuando la crocantéz es una característica indispensable para el alimento.

2.4. EMPAQUE DE ALIMENTOS Los empaques, son materiales poliméricos susceptiblemente elaborados de materias orgánicas caracterizadas por su estructura macromolecular y polimérica de moldeo mediante procesos térmicos, a bajas y altas temperaturas como presiones. (Vidales, 2000). Los empaques llevan a cabo dos funciones en la industria alimentaría: primera, proteger la vida de anaquel de los alimentos hasta un grado predeterminado; y segunda, atraer la atención de los consumidores. (Driscoll y Paterson 1998). Según Álvarez (2006) escoger un buen empaque envuelve un gran número de consideraciones, por ejemplo para productos de bajo contenido de humedad se deben tener en cuenta algunas características importantes de los plásticos como: -

-

Baja densidad: Por el peso específico de los plásticos los empaques tienen grandes ventajas en su costo, transporte y almacenamiento. Flexibilidad: Pueden soportar grandes esfuerzos sin fractura y recobrar su forma y dimensiones originales. Resistencia a la corrosión: Son altamente resistentes a la humedad, oxigeno, ácidos débiles y soluciones salinas. Resistencia al impacto: Favorece las afectaciones o presiones de fuerza que pueda sufrir el empaque-producto. Economía: Tomando en cuenta su densidad, la materia prima del plástico es relativamente económica.

2.4.1. TIPOS DE EMPAQUES USADOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA La industria alimentaría usa diversas gamas de empaques elaborados de diversos materiales poliméricos o mezclas de algunos de ellos. El polietileno es un envase flexible y transparente que tiene como funciones: proteger al producto del oxígeno y humedad, preservar el aroma del mismo, darle estabilidad, resistencia a los agentes, resistencia a los agentes químicos y atmosféricos y a la radiación, resistencia a la tracción, estiramiento y desgarramiento, facilidad para abrirse y cerrarse, susceptible de reciclarse; bajo costo del envase en su transportación y almacenamiento higiénico (Vidales, 2000). Otros empaques son, Polipropileno Orientado, blanco y opaco. Es útil para los mercados de galletas, alimentos y confitería, debido a su naturaleza impermeable al aire cuando se le cierra en forma hermética y Polipropileno Biorientado, tiene la densidad más baja de todas las películas comerciales, tiene una buena barrera contra grasas, no cambia las características de protección en climas extremos. Existe otro tipo de empaque como laminados, los cuales son una mezcla de dos o más películas con adhesivos, por lo que requiere de una mayor tecnología y su costo es más alto. (Vidales, 2000) por ejemplo:

Laminaciones con aluminio con diferente materiales como poliéster, PP y poliamicida, BOPP, poliamida, alcohol polivinilo y polietileno modificado. 

POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD: El polietileno de baja densidad es la película plástica de uso más corriente en el envasado. Es resistente, transparente y tiene una permeabilidad relativamente baja al vapor de agua. Es químicamente muy inerte y carece prácticamente de olor y sabor. Una de sus principales ventajas es la facilidad con que puede cerrarse térmicamente (Varillas, 2004). Se obtiene a altas presiones (entre 1.000-3.000 atm.) y a temperaturas entre 100 °C y 300 °C en presencia de oxigeno como catalizador. Es un producto termoplástico de densidad 0,92 blando y elástico. En su estado natural el film es totalmente transparente, disminuyendo esta característica en función del grosor (galga) y del grado (Rigaplast, 2010).



POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD: El polietileno de alta densidad a baja presión, difiere del anterior en que se obtiene a bajas presiones y a temperatura más baja, en presencia de un catalizador órgano-metálico. Posee en sus características, más dureza y rigidez. Su densidad es mayor (0,94). En estado natural, el film, si bien es translúcido, no es totalmente transparente, tomando un aspecto céreo, igualmente que el anterior, su aspecto irá variando según el grado y el grosor (galga). (Rigaplast, 2010).

 POLIPROPILENO: Fellows (1994): Menciona que el polipropileno es una película traslucida y brillante con propiedad óptica y muy resistente a la tensión y punción. Es bastante impermeable al vapor de agua, los gases, olores y no le afecta los cambios de humedad ambiental. Es similar químicamente a los anteriores, pero es de mayor dureza, es poco permeable al vapor de agua, tiene excelente resistencia a las grasas y resistente a los solventes. Su naturaleza polar también ayuda a la impresión (Varillas, 2004). Existen básicamente dos tipos: Monorientado ó Cast (para la fabricación de bolsas, y complejos con otros plásticos) y Biorientado (se suele usar en film para ser utilizado en maquinaria de envase automático, e igualmente para complejos). Los polipropilenos (PP) se caracterizan a diferencia de los anteriores por su mayor transparencia, y aspecto más cristalino. Sus características mecánicas son bien distintas y su densidad 0,90 (Rigaplast, 2010).

 POLIPROPILENO RÍGIDO: Es un termoplástico de polipropileno que está formado por los llamados potes que resisten temperaturas de hasta 130ºC y son irrompibles.

3.- MATERIALES Y MÉTODOS Materiales: Los materiales utilizados en la práctica son: -

Estufa Balanza Analítica Placa Petri Queque de naranja

Y se usaron 10 muestra de alimentos (en este caso queque de naranja) debidamente empacados en bolsitas de 50 g cada uno aproximadamente. Métodos:  Se separaron las 10 muestra en bloques de 5 muestras cada uno, el primer bloque fue sometido a un tiempo de vida en anaquel a temperatura ambiente y el otro bloque fue introducido a una estufa a una temperatura constante de 40 ºC.  Luego se procedió a calcular la pérdida de agua que experimentaban cada par de muestra por semana (uno de cada bloque) con el método que ya conocemos. Tiempo de duración de la práctica: 4 semanas.  Y finalmente de calculó el porcentaje de humedad, que también es conocido, para finalmente aplicar el modelo matemático para determinar el tiempo de vida útil del producto estudiado.

4.- RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1.- Resultados Cuadro 1.- Resultados de pérdida de agua (Al iniciar la práctica)

Nº 1 2 3 4

Peso de Placa (Pp) 35.4118 36.1753 35.6116 42.4742

Peso de muestra Peso húmeda Final (Pf) (Pmh) 10.2207 45.3983 10.1011 46.0544 10.1336 45.5347 10.1096 52.2143

Peso Muestra Seca 9.9865 9.8791 9.9231 9.7401

%H - Bh 2.291% 2.198% 2.077% 3.655%

H - Bs 0.0229 0.0220 0.0208 0.0366

Promedio

0.0225 0.0287

Cuadro 2.- Resultados de pérdida de agua (1era Semana) Muestra Nº en: 1 2 3 4

Estufa Tº Amb.

Peso de Placa (Pp) 41.6947 41.6633 41.2164 41.5937

Peso de muestra húmeda (Pmh) 10.0503 10.1597 10.2065 10.178

Peso Final (Pf) 51.4815 51.1085 51.0517 51.0832

P. Muest. Seca 9.7868 9.4452 9.8353 9.4895

%H - Bh H - Bs

2.622% 7.033% 3.637% 6.765%

0.0262 0.0704 0.0364 0.0677

Promedio

0.0483 0.0520

Cuadro 3.- Resultados de pérdida de agua (2da Semana) Nº

1 2 3 4

Muestra en:

Estufa Tº Amb.

Peso de Placa (Pp) 41.5647 41.6723 41.3124 41.4917

Peso de muestra húmeda (Pmh) 10.2503 10.2527 10.3835 10.2778

Peso Final (Pf) 51.4245 51.3165 51.0516 51.0432

P. Muest. Seca 9.8598 9.6442 9.7392 9.5515

%H - Bh H - Bs

3.810% 5.935% 6.205% 7.067%

0.0381 0.0594 0.0621 0.0707

Promedio

0.0487 0.0664

Cuadro 4.- Resultados de pérdida de agua (3ra Semana) Nº

1 2 3 4

Muestra en:

Estufa Tº Amb.

Peso de Placa (Pp) 36.4627 35.8353 36.5834 36.8357

Peso de muestra húmeda (Pmh) 10.4603 10.2527 10.2185 10.3788

Peso Final (Pf) 46.3845 45.5145 46.2516 46.3432

P. Muest. Seca 9.9218 9.6792 9.6682 9.5075

%H - Bh H - Bs

5.148% 5.594% 5.385% 8.395%

0.0515 0.0560 0.0539 0.0840

Promedio

0.0537 0.0690

Cuadro 5.- Resultados de pérdida de agua (4ta Semana) Nº

1 2 3 4

Muestra en:

Estufa Tº Amb.

Peso de Placa (Pp) 41.6835 35.8353 35.6731 40.9397

Peso de muestra húmeda (Pmh) 10.2513 10.3567 10.3155 10.2668

Peso Final (Pf) 51.3845 45.5145 45.3516 50.3432

Peso Muest. Seca 9.7010 9.6792 9.6785 9.4035

%H - Bh

5.368% 6.542% 6.175% 8.409%

H - Bs

0.0537 0.0655 0.0618 0.0842

Promedio

0.0596 0.0730

H (Bs) vs Tiempo (Semanas) 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

0

1

2 Tº Ambiente

3

4

Estufa

Figura 1.- Diagrama de Humedad en base seca adquirida durante el tiempo (semanas) de estudio.  Aplicación del Modelo Matemático para calcular Tiempo de vida en Anaquel y Q10 (Factor de Sensibilidad). Cuadro 6.- Aplicación del Modelo Matemático. Tiempo

Q TA

LnQ TE

TA

1/Q TE

TA

TE

0

0.0287 0.0225

-3.5509

-3.7942 34.8432

44.4444

1

0.0520 0.0483

-2.9565

-3.0303 19.2308

20.7039

7

0.0664 0.0487

-2.7121

-3.0221 15.0602

20.5339

14

0.0690 0.0537

-2.6736

-2.9243 14.4928

18.6220

21

0.0730 0.0596

-2.6173

-2.8201 13.6986

16.7785

Total

0.2891 0.2328 -14.5104 -15.5911 97.3256 121.0828

Promedio 0.0578 0.0466

-2.9021

-3.1182 19.4651

24.2166

R´2

0.6744 0.5954

0.5807

0.4976

0.4940

0.4206

K

0.0017 0.0012

0.0330

0.0307

0.6992

0.8317

Donde: TA = Tiempo a Tº Ambiente y TE = Tiempo en Estufa.

Vida útil del producto para la cinética de orden Cero: TA TE

3.713864864 5.035952064

Cuadro 7.- Temperatura, Tiempo de vida y Valor de Q10 Temperatura (°K)

TA TE

301 313 b Q10

Tiempo de vida en anaquel

Lts

3.71 5.04

1.312073077 1.616602597 0.02537746 1.288881259

4.2.- Discusiones  Si observamos la Figura 1, podemos darnos cuenta que las muestras que han estado sometidas a una almacenamiento a temperatura ambiente durante 4 semanas, son los que mayor valor de humedad en base seca poseen con respecto a las muestras que han estado sometidas a un almacenamiento bajo estufa, haciendo contraste de la mayor humedad absorbida y liberada, del cual podemos deducir que éstas muestras son las que menor tiempo de vida útil tendrán.  Aplicando el modelo matemático, en el cuadro Nº 7, estimamos el valor de vida en anaquel de la muestra estudiada (queque de naranja), que viene a ser de 3.71 días de duración y apta para consumo a temperatura ambiente y de 5.04 días de duración y apto para consumo a una temperatura en estufa de 40 ºC.  El valor Q10, que es el factor de sensibilidad a las variaciones de temperatura, y que denota el incremento de la velocidad de una reacción, resulta 1.29, valor que aumentará la velocidad de la reacción si la temperatura del sistema es elevada en 10ºC. 5.- CONCLUSIONES  Se conoció el modelo matemático que ha sido en puesta en práctica para éste informe y se destacó su importancia para determinar y estimar el tiempo de vida en anaquel de un producto.  La muestra estudiada (queque de naranja) posee un tiempo de vida en anaquel muy corto.

6.- RECOMENDACIONES 

Se recomienda a los consumidores a respetar el tiempo de vida en anaquel de los productos para prevenir contaminaciones o intoxicaciones que estos alimentos por las diferentes reacciones químicas que podrían producirse durante su tiempo de almacenamiento.

7.- BIBLIOGRAFÍA  LABUZA, T. P. (1982) Shelf-life dating of foods. Connecticut, Food & Nutrition Press, INC.  SINGH, R. (1998) Introducción a la Ingeniería de los Alimentos, Ed. Acribia. S.A. Zaragoza España.  BRODY, A.L. (2003) Predicting Packaged Food Shelf Life. Food Technology.  CHARM, S.E. (2007) Food engineering applied to accommodate food regulations, quality and testing. Alimentos ciencia e ingeniería.  NÚÑEZ, T. (1990) Envasado y empacado de los alimentos. Universidad de lima. Lima – Perú.  ESPINOZA, E. (1995) Determinación de la vida en anaquel de wafers mediante pruebas aceleradas. Universidad Agraria la Molina. Lima – Perú.  HUERTA, R.L. (1993) Determinación de la vida útil de un chocolate mezclado con kiwicha (Amarantus Candatus) expandida, mediante métodos acelerados de deterioro. Universidad Agraria la Molina. Lima – Perú.  ÁLVAREZ, V. (2006) Efecto de las condiciones de almacenamiento en el tiempo de vida útil de productos de consumo masivos de baja humedad empacados en películas plásticas.  URGILÉS, O. M. (2006). Estudio del efecto de las condiciones de envasado y empacado en el tiempo de vida útil de bocaditos de maíz estrusados almacenados a temperatura ambiente.  LEES, R. (1982) Análisis de alimentos. Editorial Acribia Zaragoza. España.  DRISCOLL R. H. AND PATERSON J. L. (1998) Packaging and Food Preservation. USA.  FELLOWS, P. (1994) Tecnología del procesado de alimentos. Editorial Acribia Zaragoza España.  RIGAPLAST INDUSTRIAL S.A. (2010) Fabrica de bolsas y bobinas de plásticos. Barcelona.  VARILLAS, S. C. (2004) Determinación de vida en anaquel de la harina de maca (Lepidium meyenii walp) instantánea en envase de polipropileno por modelos probabilísticos. Tesis de grado (Ingeniero en industrias alimentarias). Universidad nacional del centro del Perú. Huancayo – Perú.