Instrumentación Para la Elaboración de Helado PDF

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Nacional de Ciencia Biológicas

Asignatura: MEDICIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

Título del proyecto: INSTRUMENTACIÓN DE LA ELABORACIÓN DE HELADO

Integrantes: García Reyes Jesús Gerardo Reyes Luna Areli Susano López Ariana

1. Objetivo general. Instrumentar y desarrollar los diagramas para la elaboración de helado. 2. Objetivo específicos. -Identificar las operaciones unitarias que conforman el proceso para implementar un sistema de control. -Analizar componentes y elementos industriales para la operación y elaboración de helado. -Realizar los cálculos para obtener balances de masa y energía de las corrientes presentes en la elaboración de helado. -Desarrollar diagrama de flujo de bloques de proceso (DFB) y diagrama de flujo de proceso (DFP). -Implementar la simbología adecuada para representar las operaciones unitarias y los elementos requeridos. 3. Introducción. 3.1. Descripción de helado Los helados o nieves según la FAO son productos pasteurizados elaborados con leche, mantequilla, azúcares, frutas o saborizantes naturales o sintéticos y otros aditivos alimentarios. Las especificaciones de identidad y sanitarias que se precisan en esta Norma sólo podrán satisfacerse cuando se empleen materias primas e ingredientes de buena calidad sanitaria y se fabriquen y se comercialicen en locales e instalaciones bajo condiciones higiénicas que cumplan con las disposiciones que establece la Ley General de Salud y demás ordenamientos.(DOF - Diario Oficial de la Federación, 1993) Los helados son una mezcla congelada de una combinación de componentes de leche, edulcorantes, estabilizantes, emulsionantes y saborizantes. Esta mezcla es pasteurizada y homogeneizada antes de ser congelada. El congelamiento involucra una extracción rápida del calor mientras es agitado para incorporar aire, donde se logra la textura deseada del producto.(Marshall T.Robert , Goff H. Douglas, 2003) 3.2. Origen El origen del helado se desconoce. El primer relato escrito sobre el helado data de hace más de tres mil años atrás y tiene su origen en el Oriente. Algunas historias piensan que los chinos fueron sus inventores, otras que los babilonios, o tal vez los mongoles, y que de alguna de estas culturas pasó a la India, a las culturas persas y después a Grecia y Roma. Pero es en Italia, en la Baja Edad Media, cuando el helado toma forma y se difunde por toda Europa. Según referencias históricas, en los siglos XVI y XVII, en las cortes de España, Francia e Inglaterra se elaboraban y servían helados. En Florencia, el arquitecto, escenógrafo e ingeniero militar Bernardo Buontalenti (1531-1608), que estaba al

servicio de los Médicis, inventó el “gelato”, el precursor del helado, enriqueciendo el sorbete con crema.(Morales Juri Gisselle, 2015) 4. Justificación. En los productos lo que se busca es obtener buena calidad, así como asegurar que el proceso cubra las normas establecidas para garantizar la seguridad de este, por ello es de suma importancia tener un control de todas las variables de operación que conlleva la elaboración de helado cuidando el mantenimiento y control del proceso. Para tal fin en el presente trabajo se busca emplear herramientas obtenidas del curo teórico que son de gran ayuda en el desarrollo de diagramas de bloques y flujo de procesos, ya que con ello se tiene un mejor panorama de la instrumentación que se llevará a cabo para la elaboración de helado y ver este trabajo como la pauta que nos permitirá como ingenieros bioquímicos extrapolarlo en otros procesos a nivel industrial , también nos permite al mismo tiempo revisar si hay alguna falla o realizar mejoras de condiciones. Sabiendo que es de gran utilidad saber realizar y controlar los procesos industriales la instrumentación para la elaboración de helado nos permitirá desarrollar habilidades para el diseño y compresión de diagramas y balances que traducidos nos permite identificar si hay alguna falla o en el mejor de los casos algún punto en el cual pueda haber mejoras del proceso 5. Descripción del proceso. 5.1. Recepción y almacenamiento de la materia prima. Para la recepción de la materia prima, particularmente, la leche en polvo se somete a pruebas de solubilidad, ausencia de materia extraña; El azúcar es muestreado directamente de los camiones que la transportan, verificando solo la ausencia de materia extraña y que no venga hidratada (formando terrones). La primera prueba realizada para la crema al ser recibida es la de temperatura, ya que es indicador de la manipulación del producto, se revisa la ausencia de hongos y materia extraña, además de pruebas de batido. Respecto a los aditivos tal como estabilizantes, emulsificantes y colorantes no se les realiza ningún análisis fisicoquímico, ya que el proveedor hace entrega junto con el producto en cuestión un certificado de calidad. (Quintero Arvizu Liliana, 2007) Los productos líquidos como la leche, glucosa en el caso de ser líquida y grasas se entragan en cisternas, por un lado los productos lacteos se enfrían a 5°C antes de su almacenamiento,mientras que las grasas a temperatruras relativamente altas de 30-50°C con el objetivo de mantener su viscosidadd lo suficientemente baja como para que puedan ser bombeadas.

Los ingredientes solidos utilizados en la elaboración son leche en polvo desnatada, azúcar,suero en polvo se entregan en contenedores y por medio de sistemas de trasnporte neumático pasan a silos de almacenamiento.

5.2. Dosificación de los ingredientes. Todos los productos son trasladados de sus respectivas áreas de almacenamiento al área de proceso de helados, donde; la leche en polvo, azúcar, estabilizante, colorante, glucosa, emulsificante, son pesados; mientras que los líquidos son dosificados por medidores volumétricos. Los ingredientes líquidos llegan al tanque de mezcla a través de tuberías tras ser previamente dosificados y son impulsados por bombas centrífugas, para el caso de la materia grasa previamente pasa a un derretidor centrífugo, donde por medio de vapor se va aumentando la temperatura hasta 40-45°C, siendo entonces bombeable..Por su parte los ingredientes solidos son transportados por un alimentador de productos en polvo que consta de una tolva de recepción a nivel del suelo donde se descarga la materia prima, el producto es transportado por medio de un tornillo sinfín horizontal y otro vertical hasta la tubería final de descarga donde pasa al tanque de mezcla.

5.3. Mezclado. Existen dos métodos de mezclado: Tratamiento discontinuo. Todos los ingredientes líquidos (nata, leche, leche condensada, jarabe de glucosa, agua, etc.) son vertidos en un tanque de doble pared en el que se inicia la agitación y el calentamiento donde es recomendable usar agua caliente como medio de calentamiento en vez de vapor, ya que el vapor puede causar requemado. Por su lado los ingredientes secos se añaden durante la agitación y antes de que la temperatura llegue a 50 °C. Al usarse un estabilizante / emulsificante de tipo fructodan, se obtiene una suspensión apropiada pre mezclando el estabilizante con parte del azúcar evitándose de esta manera la formación de grumos. Si la grasa es mantequilla, aceite de mantequilla o grasa vegetal se funde separadamente antes de ser añadido a la mezcla.

Tratamiento continúo. La nata, leche desnatada o agua es llevado al tanque de mezclado y es recirculado por un inyector donde los ingredientes secos son añadidos. La mantequilla o grasa vegetal se calientan separadamente y se inyectan a la mezcla. Si se desea un proceso de mezclado en caliente, los ingredientes líquidos son llevados a través de la sección regenerativa del pasteurizador de placas, y durante la circulación los otros ingredientes se añaden por el inyector.(González Bolaños & Jácome Sánchez, 2012)

5.4. Pasteurización.

La pasteurización puede hacerse de dos maneras distintas. Normalmente los pequeños productores usan la pasteurización de temperatura baja (batch) mientras que la pasteurización continua en un pasteurizador de placas (HTST) se usa por las fábricas grandes. (Madrid Antonio Vicente, 2003)Las temperaturas más usadas son las siguientes: 

Batch: 65–70 °C por 30 minutos



HTST: 80–85 °C de 20 a 25 segundos

Otros autores, indica que los métodos de pasteurización más usados son: 

Pasteurización baja o lenta: destaca el principio conservado del valor nutricional. El rango de temperatura es de 62 – 72 °C por 30 min y elimina entre 95 – 99 % de microorganismos.



Pasteurización rápida: es la de mayor frecuencia debido que las vitaminas se modifican levemente. El rango de temperatura es de 71 – 74 °C por 25 segundos y elimina el 99.5% en promedio de microorganismos.



Pasteurización alta: poca frecuencia debido a las alteraciones físicas y químicas de la mezcla, como la pérdida aproximadamente del 20% de las vitaminas A, B1 y C. La temperatura es de 85°C por 15-20 segundos y elimina

99.9% de microorganismos 

Ultra pasteurización: el rango de temperatura es 100-130 °C por 1 a 40 segundos y elimina 99.9% de microorganismos. Pero su uso genera eliminación de propiedades nutritivas.(Grepe, 2001)

5.5. Homogenización Se basa de un proceso mecánico que se da en un flujo continuo y forzado del producto a presiones elevadas de 140 Bar. Se genera una disminución del tamaño de glóbulos grasos a menos de 1 micra. Es el proceso básico en la formación del helado que pretende: conseguir un glóbulo graso de tamaño uniforme, distribuir los emulsificante y proteínas de la leche en la superficie de glóbulo de grasa, mejorar el batido en la incorporación de aire, producir una textura suave.(Madrid Antonio Vicente, 2003) Los efectos ocasionados por la homogenización engloban dos condiciones fundamentales a considerar durante esta etapa del proceso y son: Efectos de la temperatura. La temperatura de homogenización puede variar desde 70 a 85 °C, la temperatura óptima es de 80 °C para una mezcla con cierta composición. Las temperaturas bajas pueden producir la formación de grumos en la mezcla al salir de la homogeneizadora. Además, es importante que la grasa y el emulsificante estén en forma líquida antes de la homogenización. Esto es esencial para la construcción de nuevas membranas alrededor de los glóbulos de grasa, ya que los aditivos y las substancias de membrana de la grasa misma no pueden absorberse a la superficie de grasa cristalina. Efecto de la presión sobre el tamaño de los glóbulos de grasa. La homogenización reduce el tamaño de los glóbulos de grasa a menos de una micra. Las presiones usadas son entre 105 a 250 Kg/cm2 para los de dos etapas, siendo de 35 a 70 Kg/cm2 la presión usada en la segunda etapa. 5.6. Enfriamiento. Es esencial que la mezcla sea enfriada a una temperatura < 8 °C que debe efectuarse lo más rápido posible, ya que permite reducir el período crítico, es decir, existen unos rangos de temperatura (variables según el tipo de microorganismo) en donde la multiplicación es rápida. Para enfriar la mezcla se utilizan tanques enfriadores (batch coolers), o menudo enfriadores de placa. 5.7. Maduración. Después de enfriada la mezcla va directamente al congelador o a pequeños tanques donde se le agrega saborizante líquido, o puede ir a los llamados tanques de maduración. Estos son tanques aislados para mantener la mezcla a 4-5 °C o a

temperaturas más bajas. Si la mezcla es madurada, por lo general se deja de 4 a 24 horas. En los métodos actuales de procesamiento, un periodo de maduración de 3 a 4 horas es suficiente. Los tanques de maduración son de doble pared por donde se hace circular la corriente helada de entre 1-2°C además están equipados con agitadores especiales, dandole a la mezcla un tratamiento suave con un bajo consumo de energía eléctrica.Tiene una doble pared para la refrigerraciónn con agua fría.Durante esta etapa se añaden colorantes y saborizantes, esto porque de agregarse inicialmente corren el riesgo de perder sus caracaateríasticas organolepticas. 5.8. Batido. En este proceso interviene la mantecadora (batidora o freezer), que consta de un cilindro de acero inoxidable y doble pared que es la encargada de proporcionar el frío en el interior de la cuba haciendo fluir una corriente de agua helada de 1-2°C, a este cilindro se ajustan unas aspas que serán las encargadas de mover la mezcla. El cilindro de la cuba, a medida que se va congelando enfría la mezcla y las aspas evitan la adherencia de esta a las paredes del cilindro, de esta manera va envolviendo la mezcla evitando que se formen cristales de hielo demasiado grandes por la presencia del agua, a la vez que va incorporando aire y se va endureciendo la mezcla logrando la textura deseada. Cuanto más baja ea la temperatura, mayor proporción de agua se congelará con un mayor número de cristales pequeños. 5.9. Congelación. El producto ingresan a través de cintas transportadoras sobre bandejas a un túnel de congelación con nitrogeno líquido, el nitrogeno en froma líquida se almacena en depósitos a una presión de 3 Kg/cm2 a temperatura ambiente para aprovechar su calor latente y se lleva al tunel por una conducción aisala térmicamente por 100 mm de espesor de poliuretano y revestido con placas de acero inoxidable que límita las perdidas de frío. (Di Bartolo, 2005) Luego estas bandejas ingresan al túnel y circulan dentro del mismo hasta alcanzar la salida, generalmente en la parte posterior. Durante este trayecto el helado es sometido a temperaturas de -35 a -40 °C generadas por un equipo de frío y por circulación forzado de aire, que tiene la propiedad de repartir en forma uniforme el aire frío por toda la cámara. El tiempo de endurecimiento será función del tiempo de permanencia del helado dentro del túnel (Di Bartolo, 2005)

Di Bartolo, E. (2005). Guia Para La Elaboracion d Helados | Helado | Sacarosa. https://es.scribd.com/document/169578158/Guia-Para-La-Elaboracion-d-Helados DOF - Diario Oficial de la Federación. (1993). http://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php? codigo=4687075&fecha=14/04/1994&print=true

González Bolaños, L. A., & Jácome Sánchez, A. H. (2012). Elaboración de una propuesta de mejora para el proceso productivo del helado de crema de una empresa manufacturera en la ciudad de Guayaquil. http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/25038 Grepe, N. (2001). Productos lácteos :Centro de Estudios Agropecuarios /. CEA. : Grupo Editorial Iberoamérica ,. Madrid Antonio Vicente, C. D. C. I. (2003). TECNOLOGIA DE LA ELABORACION DE LOS HELADOS PDF Book. http://1772394101.habitosdelectura.xyz/milbook.php? q=TECNOLOGIA DE LA ELABORACION DE LOS HELADOS&s=ANTONIO MADRID VICENTE Marshall T.Robert , Goff H. Douglas, H. R. W. (2003). ICE CREAM. Sexta edición. https://books.google.es/books? id=DN9Ju6oiSWkC&pg=PA2&lpg=PA1&focus=viewport&dq=ice+ +cream&lr=&hl=es#v=onepage&q=ice cream&f=false Morales Juri Gisselle, R. N. J. S. (2015). El helado desde la antigüedad hasta nuestros días. Universisdad del Valle Campus Melendez. https://www.researchgate.net/publication/273831451_El_helado_desde_la_antiguedad_h asta_nuestros_dias Quintero Arvizu Liliana. (2007). CONTROL ESTADÍSTICO EN EL PROCESO DE HELADOS. https://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/15896/control estadistico de el proceso de helados.pdf?sequence=1&isAllowed=y...