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SEPARACIÓN POR CENTRIFUGACIÓN: EXTRACCIÓN DE PULPA DE FRUTA Y DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS INSOLUBLES EN LA PULPA Bryan Duque Álvarez Cod. , Paula Andrea Escobar Espinal Cod.1432485, Gisselle Jury Morales Cod. 1430942, Juan Sebastian Sabogal de la Pava Cod. 1430074 Fecha de práctica: Abril 13 de 2016 Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería de Alimentos, Universidad del Valle, Santiago de Cali, Abril 27 de 2016. ________________________________________________________________ I.

INTRODUCCIÓN Las frutas o frutos son aquellos alimentos que se pueden ingerir, los cuales se obtiene de cultivos que, por su sabor son generalmente dulce-acidulado, con un aroma intenso, un sabor agradable y con múltiples propiedades nutricionales. En esta práctica se utilizaron 3 frutas diferentes, la mora, el lulo y el tomate de árbol. La mora es originaria de Asia y de Europa, es un fruto que está constituido por pequeñas drupas o granos que se agrupan entre sí. Este fruto aporta muy pocas calorías, debido a su alto contenido de agua y contiene un bajo contenido de hidratos de carbono; sin embargo tiene un elevado contenido de fibra y de vitaminas (De Luis Román , 2012). El lulo, también conocido como naranjilla crece de forma espontánea en el área andina, encontrándose principalmente en sitios frescos y sombreados, cercanos a corrientes de agua con temperaturas entre 20 y 17 grados centígrados, este fruto es rico en vitamina C y posee un alto contenido de hierro, por eso se le atribuye las propiedades de tonificar y ayuda a l buen funcionamiento de los riñones (Lamarck, 1794). El tomate de árbol crece en lugares húmedos, con temperaturas entre los 13 y 17 grados centígrados, la piel es lisa, de color rojo o anaranjado en la madurez, con estrías de color más claro. La pulpa es jugosa, algo ácida, de color naranja, con numerosas semillas. Existen dos procesos que se realizaron con las frutas mencionadas anteriormente, los cuales son el despulpado y la centrifugación. El primero de ellos consiste en de la parte aprovechable de la fruta las semillas, la cascara y la fibra, es decir; se saca toda la parte liquida de la fruta y lo que queda es una sustancia que dependiendo de la fruta que se esté manejando puede llegar a ser muy viscosa o liquida, con esta pulpa se puede realizar productos como jugos, néctares, mermeladas y jaleas.

El segundo de ellos cumple con la función de realizar una separación de líquidos inmiscibles y la de sólidos de líquidos. La centrifugación es una operación de separación basada en la acción mecánica de la fuerza centrífuga mediante un sistema de rotación, en el cual se crea un campo de fuerza centrífuga que puede ser en muchas ocasiones superior a la fuerza de la gravedad. El método es utilizado cuando dicha acción es muy poco efectiva y cuando la velocidad de decantación resulta ser excesivamente lenta (Grau Ríos & Muñoz Camacho, 2013), por ejemplo en procesos como la elaboración de aceite de oliva, producción de leche descremada y la elaboración de zumos, para separar la pulpa (solido) del zumo (liquido). La presente práctica tuvo como objetivos efectuar la operación de centrifugación en distintas pulpas de fruta, para verificar el cumplimiento de la ley de conservación de la materia y la ley de conservación de la energía, y así mismo analizar tal proceso en la separación por la acción de la fuerza centrífuga de las partículas sólidas que existen en la suspensión del jugo de fruta. II. METODOLOGÍA En el laboratorio de Operaciones Unitarias de la Escuela de Ingeniería de Alimentos se llevaron a cabo dos procesos: la extracción de pulpa de fruta y la centrifugación de la misma para obtener una separación entre el líquido y los sólidos que la componen. Para la extracción se utilizaron muestras de mora, tomate de árbol y lulo de aproximadamente 1 kilogramo, una tabla para cortar, un cuchillo, algunos baldes plásticos secos y limpios, previamente pesados en una balanza de capacidad de 4 kilos y una máquina despulpadora. Las frutas cortadas y sin tallos (como en el caso del tomate), se sometieron al proceso por separado. Luego del mismo y utilizando los baldes se pesaron la pulpa y los desechos resultantes. Para la centrifugación se utilizaron 4 tubos ya pesados y aptos para el proceso, una probeta de 50 mL y una centrífuga a 10029 rpm con desaceleración de 9 m/s2. Se tomaron alrededor de 20 mL de las pulpas con la probeta y se traspasó cierta cantidad de dicho volumen a los 4 tubos, teniendo presente que la diferencia de pesos entre un tubo y otro (dos parejas) no superara los 0.5 a 0,7 gramos. Luego se acomodaron los tubos en la máquina de forma opuesta uno frente al otro y se centrifugaron durante 15 minutos. Finalmente, se separó el líquido del sólido, se midió su volumen y se pesó el sólido. Con base en la ley de conservación de la materia, el material que entra es igual al que sale. En los casos del despulpado y de la centrifugación se tienen dos clases de diagramas de bloque para cada tipo de fruta (Figuras 1-6), con los cuales se realizó el balance en todo el sistema como se muestra a continuación:

Mora

Figura 1. Diagrama de Flujo despulpado de Mora

Figura 2. Diagrama de Flujo centrifugado de Mora

Tomate de árbol

Figura 3. Diagrama de Flujo despulpado de Tomate de árbol

Figura 4. Diagrama de Flujo centrifugado de Tomate de árbol

Lulo

Figura 5. Diagrama de Flujo despulpado de Lulo

Figura 6. Diagrama de Flujo centrifugado de Lulo

Ahora bien, dado a que en los procesos como la centrifugación y el despulpado se pueden generar pérdidas en el momento de la separación y la extracción de la parte liquida (agua), se debe tener en cuenta una variable de pérdida en el balance y por tal razón las ecuaciones con las cuales se realizan los cálculos más adelante son:

Para el proceso de despulpado: Muestra de Fruta= pulpa+ desechos+ perdida Ec 1. Balance global despulpado

Para el de centrifugado: Pulpa= Agua+Solidos + perdida Ec 2. Balance global centrifugado

Teniendo presente que durante el balance no se tuvo una relación de entrada y salida, puesto que hubo una mayor masa de salida que de entrada en algunos casos, se debe calcular un porcentaje de pérdida o también llamado porcentaje de rendimiento, el cual está dado por la siguiente ecuación rendimiento=

entrada−salida ∗100 entrada Ec 3. Porcentaje de rendimiento

III. CÁLCULOS, RESULTADOS Y ANÁLISIS Despulpado Usando la Ec.1 se encontró la pérdida resultante para cada fruta en el proceso de despulpado como se muestra a continuación para la mora: perdida=Muestra de fruta−desechos− pulpa perdida=0,970−0,305−0,550

perdida=0,115 Kg Así el tomate de árbol y el lulo tuvieron pérdidas de 0,080 y 0,075 kg respectivamente. Luego, haciendo uso de la Ec 3 se calculó el porcentaje de redimiendo para los 3 tipos de frutas, en donde la entrada corresponde a la masa de la muestra de la fruta y la salida a la suma de la masa de pulpa y los desechos. El proceso para la mora es el siguiente: rendimiento=

0,970−( 0,305+ 0,550) ∗100=11,85 0,970

De tal forma y con la ecuación anterior el porcentaje de rendimiento para el tomate de árbol fue de 8,29% y para el lulo de 8,06%.

Centrifugación Mediante la Ec. 2 se encontró la perdida determinada para cada fruta en el proceso de centrifugación mostrado a continuación para la mora, cabe resaltar que el valor correspondiente a la pulpa es el promedio de todas las muestras y el valor del peso correspondiente al agua se halló por medio de la densidad de la misma. Masa Agua=densidad∗volumen Masa Agua=1

kg ∗0,0125 l=0,125 Kg l Perdida=Pulpa−Agua−solidos

Perdida=0,0169−0,0125−0,0047 Perdida=−3 x 1 0−4 Kg El mismo procedimiento se aplicó para el tomate de árbol y el lulo y como resultados sus pérdidas fueron 2x10-4 y 8x10-4 kg respectivamente. Por otra parte y utilizando la Ec.3 se calculó el porcentaje de redimiendo para los tres tipos de frutas, en donde la entrada corresponde a la masa de la pulpa y la salida a la suma de la masa del agua y los solidos. El porcentaje de rendimiento para la mora fue de -1,77% y fue determinado así: rendimiento=

0,0169−(0,0125+ 0,0047) ∗100=−1,77 0,0169

Finalmente el rendimiento para el tomate de árbol fue de 1,25%, mientras que el del lulo fue 3,88%. error en datos porque agua+solidos>pulpa

en de

perdida

de

mora,

la

masa

de

IV. CONCLUSIONES

 En todos los procesos de despulpado y centrifugado de un alimento en este caso de una fruta genera una cierta cantidad de pérdida del producto, el cual se ve reflejado en el porcentaje de rendimiento del proceso.  La centrifugación es un proceso que nos permite conocer la cantidad de solidos insolubles que se obtienen de la separación de las dos fases

(liquida, solida) que se encuentran dentro de una fruta después de haber pasado por el proceso de despulpado.  La pulpa que se obtiene de una fruta después de haberla pasado por la despulpadora, puede tener una consistencia o muy liquida o más espesa todo esto depende del tipo de fruta que se esté utilizando.

V. BIBLIOGRAFÍA  De Luis Román , D. (16 de 06 de 2012). La Mora, una pequeña granfruta. El norte de Castilla.  Grau Ríos, M., & Muñoz Camacho, E. (2013). Ingeniería química. Madrid: UNED.  Lamarck, J. (1794). Tableau Encyclopedique et Methodique Botanique 2.16.

VI. ANEXOS Tabla 1. Datos de extracción de pulpa de fruta Mora Muestr a (kg) 0,970

Pulp a (kg) 0,550

Tomate de árbol Desecho s (kg)

Muestr a (kg)

0,305

0,965

Pulp a (kg) 0,775

Lulo

Desecho s (kg)

Muestr a (kg)

0,110

0,930

Pulp a (kg) 0,610

Desecho s (kg) 0,245

Tabla 2. Datos de centrifugación de pulpa de fruta Mora #

Tomate de árbol

1

Muestr a (kg) 0,0172

Líquid o (L) 0,0130

Sólido (kg) 0,0048

Muestr a (kg) 0,0159

Líquid o (L) 0,0070

2

0,0172

0,0130

0,0048

0,0159

0,0080

3

0,0165

0,0120

0,0047

0,0159

0,0060

4

0,0165

0,0120

0,0046

0,0159

0,0070

Sólid o (kg) 0,008 9 0,008 5 0,009 0 0,008 5

Lulo Muestr a (kg) 0,0202

Líquid o (L) 0,0180

0,0203

0,0160

0,0209

0,0170

0,0208

0,0160

Sólid o (kg) 0,002 8 0,002 8 0,003 0 0,003 4

Las preguntas formuladas en la guía se encuentran a continuación con sus respectivas respuestas. 1. Defina que es una centrifuga, la fuerza centrífuga y la fuerza centrípeta.

Una centrifuga es una máquina que pone en rotación una muestra para separar por fuerza centrífuga sus componentes o fases (generalmente una sólida y una liquida), en función de su densidad. La fuerza centrífuga se mide en gravedades (G), por ello idealmente se debe indicar inicialmente el número de G a que se centrifuga, aunque usualmente se hace referencia al número de revoluciones por minuto (rpm). La fuerza centrífuga se relaciona con el radio del rotor y con las rpm. Los rotores pueden ser de ángulo fijo o de balde colgante o flotante. (Rodríguez Cavallini, Gamboa Coronado, Hernández Chavarría , & García Hidalgo, 2005). La fuerza centrípeta tiene, al igual que la aceleración centrípeta dirección radial hacía el centro de la trayectoria circular. 2. Cuáles son las variables que describen el proceso de centrifugación.

3. Describa los factores que afectan la operación de centrifugación. Las variables que influyen en el proceso de centrifugación son el tamaño de partícula, densidad de las partículas, forma de las partículas, propiedades superficiales y principalmente la fuerza centrífuga. 4. Cuáles son los equipos de centrifugación más utilizados en la industria alimentaria y en cuál o cuáles procesamientos de productos se aplica este método de separación.

Los equipos de centrifugación se clasifican en dos grupos: Equipos de centrifugación-filtración y Equipos de sedimentación centrifuga. Dentro del segundo grupo se encuentran las centrifugas tubulares, de cámara múltiple, de tazón sólido, decantadoras y de discos. Estos equipos se utilizan principalmente en procesos de purificación de leche, descremado, clarificación de néctares y jugos, separación de levaduras o residuos en la industria cervecera, clarificación de vinos, elaboración de margarinas, entre otros.