CONCENTRACIÓN DE ZUMO DE NARANJA EN UN CRIOCONCENTRADOR DE PLACAS CONCENTRATION OF ORANGE JUICE IN A MULTI- PLATE CRYOCONCENTRATOR
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- José Ramón Córdoba Nieto
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1 CONCENTRACIÓN DE ZUMO DE NARANJA EN UN CRIOCONCENTRADOR DE PLACAS CONCENTRATION OF ORANGE JUICE IN A MULTI- PLATE CRYOCONCENTRATOR E. Hernández Bogotá Septiembre 2009
2 Cómo concentrar? Evaporación Membranas Crioconcentración Pérdida de volátiles Menor calidad organoléptica del producto Reacciones químicas Paradas en el proceso para la reposición de membranas Crecimiento microbiológico en periodos largos de filtración Difíciles protocolos de limpieza Sin pérdidas organolépticas, ni nutricionales Mayor vida útil del alimento Fácil manejo y limpieza del equipo(?)
3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1. Estudiar el proceso de crioconcentración de zumo de naranja utilizando un crioconcentrador de placas a escala piloto, analizando la variación en el tiempo del contenido en sólidos solubles medidos como ºBrix en el zumo a concentrar y en el hielo producido durante el proceso. 2. Comparar los resultados obtenidos con ensayos previos de soluciones azucaradas.
4 Mecanismo básico de la crioconcentración Consiste en congelar una solución y separar el agua de esa solución en forma de cristales de hielo puro. Zumo Congelación VENTAJAS: Separación -Aumenta su vida útil. Concentrado Hielo -Disminuye los costos de transporte y almacenamiento. Diagrama de flujo de crioconcentración. (Berk, 2009) -No provoca daños térmicos severos ni perjudica las propiedades sensoriales y nutricionales de los alimentos.
5 Dos métodos de concentración por congelación En suspensión (Huige and Thijssen, 1972; Hartel and Espinel, 1993) Cristales de hielo Alimento líquido CONCENTRADO Núcleos de hielo En capa sobre una superficie fría (Müller and Sekoulov, 1992; Flesland 1995) CONCENTRADO Alimento líquido Capa de hielo Superficie refrigerada
6 Aplicación industrial del sistema de crioconcentración en suspensión (Niro Process Technology) ). Ventaja: Los cristales de hielo tienen elevada pureza Desventaja: Elevada inversión inicial.
7 Esquema de funcionamiento del crioconcentrador de placas
8 Refrigerante Capa de hielo Superficie fría de intercambio Placa refrigerada Capa de hielo Interfase sólidolíquido FLUIDO Fluido alimentario H 2 O Dirección del flujo Migración de solutos Recirculación En la interfase: -Migración de moléculas de agua a la fase sólida -Incremento de la concentración. -Aumento de la viscosidad (impedimentos cinéticos a la cristalización) -Disminución del punto de congelación (Subenfriamiento = Dendritas)
9 F L : Fase líquida (concentrado) F S : Fase sólida (hielo) Ti: Temperatura refrigerante Te: Temperatura fluido recirculado Patm Distribuidor del fluido Ti Te F L refrigerante F S F L F S placa Concentrado
10 Evolución del proceso Concentración del fluido a medida que se incrementa la capa de hielo sobre la placa Etapa 1 Etapa 2 Etapa n F L F S F L F S F L F S concentrado hielo CICLOS
11 Equipo de crioconcentración
12 PROCESO EXPERIMENTAL 1. Se realizaron 4 etapas de crioconcentración, la duración de cada etapa se condicionó al mantenimiento de un caudal con variaciones limitadas al intérvalo 1 0,2 l/s. 2. Cada hora: Mediciones de concentración ( Brix) del zumo de naranja recirculado, de la temperatura y del caudal del fluido en el sistema. 3. Al final de cada etapa se cuantificó el peso y la concentración final del hielo separado de cada placa.
13 PARAMETROS ESTUDIADOS Ratio de impureza (%) = C C H FS 100 C H FS C Eficiencia (%) = C FS 100 Productividad de hielo mu = M A t
14 Detalles del zumo sobre la placa refrigerada y del hielo obtenido en una etapa.
15
16 RESULTADOS 1. Variación en el tiempo del contenido en sólidos solubles medidos como ºBrix en el zumo de naranja y en el hielo formado. Lineal (Zumo de naranja) Exponencial (Hielo formado) Concentració ón ( Brix) 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 y = 2,7772e 0,069x R² = 0, tiempo (h)
17 RESULTADOS Ratio de impureza relativa y eficiencia de la concentración Ratio impureza (%) Ratio de impureza 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 Concentración ( B) Eficiencia concentracion eficiencia (%) 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 concentracion (ºB)
18 RESULTADOS Productividad de hielo productividad hielo Prod ductividad ( g/m²s) 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 Concentración ( B) Estimación del consumo energético Promedio: 1,5 kwh/kg (11 a 28,8 ºBrix zumo de naranja) Planta Piloto Niro: 1,8 kwh/kg (12 a 48 ºBrix zumo citricos)
19 Descongelación hielo
20 CONCLUSIONES -Se obtiene una concentración final para el zumo de naranja de 28,8 Brix muy similar a la obtenida para soluciones azucaradas de glucosa, fructosa y sacarosa ensayadas en este equipo: 27.5 Brix, 26.6 Brix y 31.2 Brix respectivamente, con una velocidad media de concentración de 0.71 Brix/hora. -El incremento de la concentración de solutos medido como Brix en el zumo de naranja sigue una tendencia lineal. -La inclusión de solutos en el hielo formado sigue una tendencia exponencial aumentando a medida que aumenta la concentración de la fase líquida.
21 MUCHAS GRACIAS..!!
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