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LABORATORIODEPROCESOSINDUSTRIALESLABORATORIO N° 2BALANCE DE MASA PARA LAELABORACIÓN DE MERMELADAREALIZADO POR:Jhordan Alexander Carrasco Gil 984161Shela Mikole Martínez Correa 984155Ana Teresa Ortiz Suárez 984307Adriana Lizbeth Castillo Cevallos 984268María José Terán Chamba 984341NIVEL 2do SEMESTRE...

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LABORATORIO DE PROCESOS INDUSTRIALES

LABORATORIO N° 2

BALANCE DE MASA PARA LA ELABORACIÓN DE MERMELADA REALIZADO POR: Jhordan Alexander Carrasco Gil 984161 Shela Mikole Martínez Correa 984155 Ana Teresa Ortiz Suárez 984307 Adriana Lizbeth Castillo Cevallos 984268 María José Terán Chamba 984341 NIVEL 2do SEMESTRE FECHA DE REALIZACION: 18/05/2020 FECHA DE ENTREGA: 26/05/2020

Riobamba - Ecuador INFORME Nº2

BALANCE DE MASA PARA LA ELABORACIÓN DE MERMELADA 1 Objetivos: 1.1 General:  Estudiar el proceso de producción industrial de mermelada, mediante balances de masa para conocer los diagramas de flujo asociados. 1.2 Específicos:  Calcular la cantidad de materia prima requerida mediante las unidades físicas para determinar la concentración del proceso.  Identificar las propiedades físico químicas del proceso para llevar a cabo correctamente la elaboración de la mermelada.  Aprender el uso específico de los equipos utilizados para la elaboración de la mermelada mediante la manipulación y la práctica ejercida en ellos para poder entender su utilidad en este proceso industrial. 2 Marco Teórico Referencial: 2.1 Marco Teórico: La mermelada de piña es un producto de consistencia pastosa o gelatinosa que se ha producido por la cocción y concentración de esta, combinándola con agua y azúcar. Se caracteriza por la inclusión de pulpa de la piña o de fruta entera; la confitura de fruta entera es a veces llamada conserva y difiere de la jalea en que esta última solo usa el zumo de la fruta, generalmente muy colado para hacerla lo más cristalina posible. La elaboración de mermeladas es hasta ahora uno de los métodos más comunes para conservar las frutas y su producción casera es superior a la producción hecha masivamente. Las características más saltantes de la mermelada es su color brillante y atractivo, además debe parecer gelificada sin mucha rigidez. La Mermelada de frutas cítricas. Es el producto preparado con una o una mezcla de frutas cítricas y elaboradas hasta adquirir una consistencia adecuada. Puede ser preparado con uno o más de los siguientes ingredientes: fruta(s) entera(s) o en trozos, que pueden tener toda o parte de la cáscara eliminada, pulpa(s), puré(s), zumo(s) jugo(s), extractos acuosos y cáscara que están mezclados con productos alimentarios que confieren un sabor dulce, con o sin la adición de agua Existen mermeladas de prácticamente todos los tipos de frutas: ciruela, manzana, fresa, plátano, arándano, mora, cereza, naranja, limón, membrillo, melocotón, albaricoque, y un sinfín de frutas más. Aunque la fruta es el componente básico, algunas mermeladas también se pueden elaborar con hortalizas, como el tomate y la zanahoria. La mermelada hecha de fruta, en la que la pulpa libre de huesos y semillas se cuece con azúcar o miel.[ CITATION Jua15 \l 12298 ] 2.2 Marco Referencial: La práctica de “ELABORACIÓN DE MERMELADA” se llevó acabo el día Lunes 18 de Mayo a las 17:00 horas del 2020 en el laboratorio de Operaciones Unitarias y de Procesos Industriales de la Facultad de Ciencias de la Escuela de Ingeniería Química ubicada en la ESPOCH en la ciudad de Riobamba, ubicada en la panamericana Sur Km ½ cuyas coordenadas son 78°40´20” y una altura de 2815 msnm. 3 Parte Experimental: 3.1 Sustancias y Reactivos:  Pectina (1%)  Ácido cítrico (0,05%)

 Sorbato de potasio (0,1%)  Azúcar (1:1)  Agua (2:1)  Fruta NOTA: los porcentajes de materia prima son con respecto a la fruta o pulpa. 3.2 Materiales y Equipos:  Evaporador  Cernidor  Licuadora  Cucharon  Cuchillos  Refractómetro  Escaldador  Viscosímetro 3.3 Procedimiento:  Recepción de la materia prima: La fruta se recepta previo muestreo e inspección y almacena hasta el momento de la elaboración.  Selección: Se descarta las frutas que presentan daños físicos, químicos y biológicos.  Lavado: Con agua potable, sirve para eliminar las partículas extrañas adheridas a la fruta. Luego del lavado las frutas se desinfectan con una solución de agua con cinco gotas de solución de cloro por litro.  Pelado y desemillado: Se utiliza cuchillos de acero inoxidable o peladoras mecánicas.  Blanqueado térmico: Se realiza colocando las frutas en agua caliente, entre 85 a 90 º c durante 3 a 5 min. Esta operación sirve para inactivar las enzimas que oscurecen la fruta y cambian el sabor. Asimismo, acentúa el color natural de la fruta.  Pesado: Se pesa la fruta que se va a utilizar para la elaboración de la mermelada.  Acondicionamiento de la pulpa: La fruta se corta en pedazos pequeños de 1 cm x 1 cm. Una parte de ella se licúa y otra parte se ralla con un rallador.  Cocción:  La fruta se calienta en un evaporador de simple efecto de acero inoxidable hasta una temperatura de 60ºC donde se añade el 10 % del azúcar y la cantidad de ácido cítrico que necesitamos en el proceso.  Al alcanzar los 80ºC se agrega un 30 % más de azúcar.  Cuando se alcance los 85ºC agregar 30 % más de azúcar.  Cuando la temperatura llegue a los 90ºC, agregar el 30 % del azúcar restante, el sorbato de potasio y la cantidad de pectina necesaria para el proceso.  Por último, cuando la mezcla alcance los 65 º brix dejar hervir hasta obtener un concentrado entre un (65 – 68) % de la mezcla inicial.  Envasado: El envasado se realiza entre (70º - 85) ºC, en envases previamente esterilizados por acción de vapor de agua sobrecalentado o agua en ebullición. Se deja un espacio de 1 cm. Desde el borde del frasco.  Sellado: Inmediatamente después del envasado los frascos se cierran herméticamente, procediendo a colocarlo en forma invertida para asegurar el cierre hermético.



Enfriado: A temperatura ambiente

INICIO

RECEPCIÓN DE LA MATERIA PRIMA

SELECCIÓN

°BRIX: 65°70°

ENVASES

COCCIÓN

ENVASADO

T°: 70 -85° LAVADO

PELADO Y DESEMILLADO

T°: 8590°C T: 3-5min

BLANQUEADO TÉRMICO

PESADO

CORTAR: 40% LICUAR: 30% RAYAR: 30%

ACONDICIONAMI ENTO DE LA PULPA

SELLADO

T°: AMBIENTE

ENFRIADO

FIN

4 Datos 4.1 Datos Experimentales: Tabla 4.1-1 Datos Experimentales de las Cantidades a utilizar Pfruta Vmermelada Vagua Azúcar Pectina Ácido Cítrico Sorbato de K t (m3) (m3) (Kg) (Kg) (Kg) (Kg) (Kg) (h) 17 0,01607 8,5* 17 0,17 0,0085 0,017 7 −3 10 FUENTE: CASTILLO, Adriana, Laboratorio de Procesos Industriales, ESPOCH, 2020 Donde: Pfruta = Peso de la fruta, (Kg) Vmermelada = Volumen de la mermelada obtenida, (m3) Vagua = Volumen de agua, (m3) t = Tiempo de operación del proceso, (h) Tabla 4.1-2 Datos Experimentales de las Temperaturas obtenidas en el Proceso de Evaporación TF (C) TS (C) TE (C) TW (C) 20 80 85 138,8 FUENTE: CASTILLO, Adriana, Laboratorio de Procesos Industriales, ESPOCH, 2020 Donde: TF = Temperatura de la alimentación., (°C) TS = Temperatura del concentrado, (°C) TE = Temperatura del evaporado, (°C) TW = Temperatura de vaporización, (°C) Tabla 4.1-3 Datos Experimentales de las Propiedades Físico-Químicas ρfruta ρmermelada (Kg/m3) µ (Kg/m. ° Brix 3 s)) (%) (Kg/m ) 4,3 65,37 1039 1270 FUENTE: CASTILLO, Adriana, Laboratorio de Procesos Industriales, ESPOCH, 2020 Donde: µ= Viscosidad de la mermelada (Kg/m. s) ° Brix = Contenido de azúcar (%) ρfruta = Densidad de la fruta, (Kg/m3) ρmermelada = Densidad de la mermelada, (Kg/m3) 5 Cálculos y Resultados: 5.1 Datos Adicionales: Tabla 5.1-1 Datos adicionales para la Densidad ρagua (Kg/m3 T (°C) ) 20 998,29 FUENTE: CASTILLO, Adriana, Laboratorio de Procesos Industriales, ESPOCH, 2020 Donde: ρagua = Densidad del agua, (Kg/m3) T = Temperatura del agua, (°C)

5.2 Cálculos Específicos: 5.2.1 Cálculo del flujo de alimentación (F). Kg de agua=V agua∗ρagua −3 3 3 kg de agua=8.5× 10 m ∗1000 kg /m kg de agua=8.5 m=Kg de fruta+ Kg de agua+ Kg de azucar + Kg de pectina+ Kgde acido citrico+ Kg sorbato de K m=17 kg +8.5 kg +17 kg +0.17 kg +0.0085 kg + 0.017 kg m=42.6955 kg F=

F=

m t

42.6955 kg 7h

F=6.099 kg / h 5.2.2 Cálculo de las fracciones másicas en el flujo de alimentación. m x Fi = i mt Fruta (piña): XFF =

17 kg =0.398 42.6955 kg Azúcar:

XFA =

17 kg =0.398 42.6955 kg Agua:

XF H 2 O=

8.5 kg =0.199 42.6955 kg Pectina:

XFP=

0.17 KG =3.98 X 10−3 42.6955 KG Ácido cítrico:

XFAc=

0.0085 kg =1.99 x 10−4 42.6955 kg

Sorbato de potasio: XFS=

0.017 kg =3.98 x 10−4 42.6955 kg

5.2.3 Cálculo del flujo del concentrado (S). kg de mermelada=ρmermelada∗V mermelada

kg=

1270 kg ∗0.01607 m 3 3 m kg=20.4089

S=

kg de mermelada t

S=

20.4089 kg 7h

S=2.9155 kg / h

5.2.4 Balance de Masa y Energía E

F

S

5.2.5 Balance de Masa: F=S + E E=F−S E=6.099 kg /h−2.9155 kg / h E=3.1835 5.2.6 Cálculo de las fracciones másicas en el flujo del concentrado. F X F =S X S +E X E X E=0 F X F =S X S

X Si =

F X Fi S

Fruta (piña): XSF=

6.099 kg / h ( 0.398 ) 2.9155 kg / h XSF=0.832

Azúcar: XSA=

6.099 kg / h (0.398) 2.9155 kg /h XSA=0.832

Agua: XS H 2 O =

6.099 kg / h (0.199) 2.9155 kg /h

XS H 2 O=0.416

Pectina: 6.099 kg / h (3.98 x 10−3 ) 2.9155 kg /h

XSP=

XSP=8.32 X 10−3 Ácido cítrico: XSAc=

6.099 kg / h (1.99 x 10−4 ) 2.9155 kg /h XAc=4.16 x 10

−4

Sorbato de Potasio: XSS=

6.099 kg / h (3.98 x 10−4) 2.9155 kg /h XSS=8.32 X 10−4

5.2.7 Cálculo del Rendimiento R=

R=

S x 100 F

2.9155 kg / h 6.099 kg / h

*100%

R=47.80 %

5.3 Resultados F (Kg/h) 6.099

Tabla 5.3-1 Resultados Obtenidos S (Kg/h) E (Kg/h) R (%)

2.915 3.183 47.8 5 5 0 FUENTE: CASTILLO, Adriana, Laboratorio de Procesos Industriales, ESPOCH, 2020 Donde: F = Flujo de Alimentación, (Kg/h) S = Flujo de Concentrado, (Kg/h) E = Flujo de Evaporado, (Kg/h) R = Rendimiento (%)

X FF

Tabla 5.3-2 Fracciones másicas en la Alimentación X FH 20 X FA X FP X FAC −3

X FK

0.39 0.199 0.39 3.98 X 10 1.99 x 10 3.98 x 10−4 8 8 FUENTE: CASTILLO, Adriana, Laboratorio de Procesos Industriales, ESPOCH, 2020 Donde: X FL = Fracción másica de la fruta en el flujo de alimentación. X FA = Fracción másica de azúcar en el flujo de alimentación. X FP = Fracción másica de pectina en el flujo de alimentación. X FAC = Fracción másica del ácido cítrico en el flujo de alimentación. X FK = Fracción másica de sorbato de potasio en el flujo de alimentación.

X SF

0.832

−4

Tabla 5.3-3 Fracciones másicas en el Concentrado X SH 2 O X SA X SP X SAC 0.416

0.832

8.32 X 10

−3

4.16 x 10

X SK −4

8.32 X 10

−4

FUENTE: CASTILLO, Adriana, Laboratorio de Procesos Industriales, ESPOCH, 2020 Donde: X SL = Fracción másica de la fruta en el flujo del concentrado. X SA = Fracción másica de azúcar en el flujo de concentrado. X SP = Fracción másica de pectina en el flujo de concentrado.

X SAC = Fracción másica de canela en el flujo de concentrado. X SK = Fracción másica de sorbato de potasio en el flujo de concentrado.

6 Errores 6.1 Sistemáticos:  El equipo donde se encuentra fallas para poder trabajar es el caldero porque al no prestar atención, este automáticamente se apaga y no permite su funcionamiento y que se genere el vapor ya que al apagarse este quemador no estaría inyectando la cantidad de calor que requiere para que el agua utilizada se convierta en vapor porque estaría llegando a temperatura ambiente, entonces si no se observa o no se controla esta falla técnica, no es posible ejecutar la práctica correspondiente y el quipo no va a funcionar dentro de los 45 minutos sino se va a tardar más de dos horas para que pueda funcionar otra vez. 6.2 Aleatorios:  Existen fallos al momento de realizar los cálculos para la elaboración de la mermelada al no tomar adecuadamente los pesos correspondientes de los materiales para realizar la práctica lo que produjo una perdida en el producto.  Se detectó una excesiva cantidad de agua al no colocar la medida correspondiente en el caldero y esto ocasionó más tiempo del requerido para proceder hacer nuestra práctica.  Se tomó más tiempo de lo dispuesto desarrollar este producto. ya que la cocción de la fruta tardó un poco más de lo previsto. 7 Discusión Las mermeladas y las confituras son productos cuyos ingredientes mayoritarios son la fruta y los azucares. La fruta, o la mezcla de frutas en su caso, es el ingrediente que les da identidad propia formando parte de la denominación comercial del productor, por su valor y sus características organolépticas, constituyen un grupo de productos muy apreciado y de gran consumo en desayunos, meriendas y postres, por otro lado, la piña es una fruta muy rica en hidratos de carbono y posee contenido de proteínas vegetales abundantes en potasio, yodo y vitaminas A y B ,incluso combate algunas enfermedades, al utilizarla para la realización de le mermelada obtenemos un producto de beneficio nutricional y que se puede acompañar en varios alimentos. 8 Conclusiones y Recomendaciones 8.1 Conclusiones:  Se estudió el proceso que se empleó en la producción de la mermelada considerando sus respectivos balances de masas que fueron fundamentales en su desarrollo, a partir de ellos se pudo elaborar y entender los diagramas de flujos asociados para describir de forma consecuente los procedimientos efectuados en la práctica.  Se calculó la cantidad de agua, pectina , azúcar, piña, ácido cítrico y sorbato de potasio mediante unidades de concentración físicas (%m/v, %m/m) por lo tanto se usó 17 Kg de piña que fueron pesadas en una balanza, (por cada kilogramo de piña se usó 0.5 litros de agua) , y se empleó 8,5 L de agua, 170 g de pectina, 8.5 g de acudo cítrico, 17 g de sorbato de potasio y 17 Kg de azúcar para la elaboración de la mermelada  Se identificó propiedades físico químicas del procedimiento como la viscosidad que fue de 4,3 kg/m. s, con un contenido de azúcar de 65,37%, densidad de la fruta de 1039 kg/m3, y la densidad de la mermelada de 1270 kg/m3, éstas

permitieron guiar el desarrollo de forma correcta para la elaboración de la mermelada, ya que son características que deben presentar para continuar con el proceso. Se aprendió la utilidad de los equipos en la elaboración de mermelada, tales como: evaporador, el cual fue empleado para dar la concentración a la piña, viscosímetro que determina la ductilidad y la viscosidad de diferentes fluidos; y refractómetro usado para medir la densidad de los líquidos, gases y sólidos; entre otros. 8.2 Recomendaciones:  Desinfectar las máquinas utilizadas en el proceso de la elaboración de mermelada debido a que el producto obtenido puede llegar a contaminarse.  Al momento de envasar la mermelada realizar una previa esterilización de los recipientes, respetando las normas de higiene para evitar la proliferación de microorganismos.  Esquematizar el procedimiento antes de ser realizado para comprender el proceso de elaboración de mermelada de piña y poder realizar los cálculos de balance de forma correcta.  Respetar las cantidades calculadas que se va a utilizar en el procedimiento con el fin de tener una buena calidad en la mermelada de piña. 

9 Aplicaciones CALDERO En el laboratorio es aplicado para el calentamiento de maquinaria y equipos del proceso proporcionan el vapor necesario para usarlo en las máquinas y equipos en el proceso de calentamiento. En la industria alimenticia es una parte esencial de sus procesos ya que está basada en el calor para lograr la cocción o purificación de muchos de sus productos, en los Ingenios azucareros se usan los Calderos de vapor para cocer el jugo extraído de la caña y procesar el mismo, a través de máquinas de vapor o por turbinas. En las centrales eléctricas los calderos producen vapor para mover turbinas y generar electricidad. APLICACIONES DE LA MERMELADA En el campo de la salud la producción de la mermelada nos aporta las siguientes propiedades nutricionales cabe destacar que tiene los siguientes nutrientes: hierro, proteínas, calcio, potasio, yodo, zinc, carbohidratos entre otros. 10 Referencias Bibliográficas: 10.1 Citas:  (Moya, 2015)  (Saravia,2014)  (Mendoza,2006)  (Millingalle,2010) 10.2 Bibliografía:  SARAVIA, P. C., NASS, R. D., & SUAZO, E. V. (2014). PECTINA: QUÍMICA, FUENTES, PROCESO DE EXTRACCIÓN, GELIFICACIÓN Y SU USO EN LA ELABORACIÓN DE MERMELADAS O JALEAS Y OTRAS APLICACIONES.

 



Mendoza, J. (2006). Elaboración de mermeladas. Mailxmail–Cursos para compartir lo que sabes. Millingalle, F., & Maribel, J. (2010). Efecto de un conservante (Sorbato de potasio) y un mejorador (Carboximetilcelulosa) sobre las características sensoriales y en la vida de anaquel de las empanadas de viento (pasteles) elaboradas en la planta artesanal taty (Bachelor's thesis). Riera, J. B. (2004). Química y bioquímica de los alimentos II. Ediciones Universitarias Barcelona.

10.3 Internet:  Moya, J. R. (16 de 12 de 2015). consumer.es. Obtenido de https://www.consumer.es/seguridad-alimentaria/mermeladas-confituras-y-jaleasalgo-mas-que-fruta-y-azucar.html 11 Cuestionario 11.1 ¿Cuál es la función del ácido cítrico? El ácido cítrico proporciona el color brillante a la mermelada, mejora el sabor, ayuda a evitar la cristalización del azúcar y prolonga el tiempo de conservación, también es utilizado como regulador de la acidez, así como compuesto aromático. Incrementa la capacidad gelificante y disminuye el pardeamiento enzimático en la fruta. (Saravia,2014) 11.2 ¿Cuál es la función de la pectina? La pectina es una sustancia que tiene la propiedad y la función de provocar la gelificación de la mermelada cuando la cantidad de azúcar y la acidez son las adecuadas. (Mendoza,2006) 11.3 ¿Qué función cumplen el sorbato de potasio? La función principal del sorbato de potasio es limitar, retardar o prevenir la proliferación de microorganismos que pueden estar presentes en los alimentos, es un agente conservador antimicrobiano y antifúngico capaz de preservar el sabor, textura, color y el valor nutritivo de los alimentos a los que se añaden, es totalmente inofensivo si se consume en cantidades recomendables. (Millingalle,2010) 12 Anexos 12.1 ANEXO I

ANEXO I

a)

b)

c)

d)

NOTAS:

a.

Recepción, selección y lavado de la materia prima.

b.

Pelado desemillado

c. d.

Cocción Envasado, sellado y enfriado.

y

CATEGORIA DEL DIAGRAMA:

 Aprobado  Preliminar  Certificad o

 Por aprobar Informaci ón  Por calificar



ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA ELABORADO POR:Carrasco.J,Martí nez.S,Ortiz.A, Castillo.A,Terán,M.

RECONOCIMIENTO DE LABORATORIO LÁ MI NA 1

ESC ALA

FECHA

1:1

26/05/2020

RESUMEN El día 18 de mayo de 2020 a las 17:00 horas, se llevó acabo la práctica online de laboratorio, la cual consistió en exponer el proceso de elaboración de mermelada a partir de la piña cumpliendo con el respectivo balance de masas y desarrollando los diagramas de flujos asociados que intervienen en este proceso. Se explicó los cálculos mediante ecuaciones y fórmulas que indicaban las cantidades de materia prima, sustancias y reactivos necesarios para determinar la concentración del proceso, se explicó métodos que se pueden utilizar al momento de elaborar la mermelada tomando en cuenta que se debe seguir las normas de seguridad e higiene establecidas en el protocolo del laboratorio de balance de masas; t...