Mejora y optimización de procesos poscosecha de arroz Ingeniera Alimentaria, Alejandra Billiris, PhD

Transcripción

1 Mejora y optimización de procesos poscosecha de arroz Ingeniera Alimentaria, Alejandra Billiris, PhD XIII Conferencia internacional de Arroz para América Latina y El Caribe Alianzas para la sostenibilidad de la producción arrocera de mayo, Piura, Perú

2 LATITUD FUNDACIÓN LATU Organización flexible enfocada al desarrollo de proyectos de I+D+i, que logre adaptarse a las necesidades de la Industria y las del país con el respaldo del Laboratorio Tecnológico del Uruguay. Objetivos: 1 Generar productos/procesos o servicios que promuevan el aumento de las exportaciones 2 Mejorar la competitividad de las empresas 3 Aumentar la sostenibilidad de las cadenas productivas 4 Sustituir importaciones 5 Agregar valor a la producción nacional

3 ÁREAS DE TRABAJO LATITUD ALIMENTOS BIOCOMBUSTIBLES MEDIO AMBIENTE FORESTALES

4 INFRAESTRUCTURA Plan según medio La Fundación cuenta con dos plantas piloto de 500 m² y laboratorios ocupando 300 m² en el área técnica del edificio central del LATU

5 TEMARIO Mejora y optimización de los procesos poscosecha Mejora de procesos poscosecha Evaluación del comportamiento de cultivares Optimización de procesos poscosecha Ajuste de parámetros de proceso (Secado, Almacenamiento y Elaboración) Secado Mecanismo de formación de fisuras Ejemplos Conclusiones

6 Mejora y optimización de procesos poscosecha ARROZ PADDY HÚMEDO INDUSTRIALIZACIÓN COMPORTAMIENTO DE CULTIVARES Agronómicos Industriales Sensoriales Sanitarios ARROZ BLANCO PARAMETROS DE PROCESO

7 EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE CULTIVARES

8 OBJETIVOS Conocer el potencial de cultivares comerciales y promisorios Contribuir en la selección de cultivares de alto rendimiento y calidad superior

9 METODOLOGÍA PROCESO ESTANDARIZADO DE EVALUACIÓN DE CULTIVARES CULTIVO COSECHA SECADO LIMPIEZA Estación experimental INIA Treinta y Tres PLANTA PILOTO Latitud - LATU DESCASCARADO PULIDO CLASIFICACIÓN

10 SECADO TEMPERATURA = 25 C, HUMEDAD RELATIVA = 65%

11 DESCASCARADO Arroz cáscara (paddy) Cáscara COMPARACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD AL QUIEBRE ENTRE CULTIVARES DESCASCARADO Arroz integral (arroz cargo)

12 COMPORTAMIENTO EN DESCASCARADO Arroz cáscara (paddy) Cáscara Rendimiento descascarado = masa de arroz integral (arroz cargo) masa de arroz cáscara (paddy) DESCASCARADO Varietal ENTERO CARGO Arroz integral (arroz cargo) QUEBRADO CARGO

13 PULIDO Arroz integral (cargo) Salvado (afrechillo) DESCASCARADO Rendimiento pulido= masa de arroz blanco (blanco total) masa de arroz cáscara (paddy) Arroz blanco (blanco total)

14 Quebrado*, % COMPORTAMIENTO EN EL PROCESO DE PULIDO Cultivar Grado de molienda Susceptibilidad a quebrarse durante el pulido COMPARACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD AL QUIEBRE ENTRE CULTIVARES DURANTE EL PULIDO Quebrado* = Proporción de masa de quebrado en la masa de arroz blanco Quebrado*= (Quebrado (g quebrado/100 g cáscara)*100)/(blanco (g blanco/100 g cáscara)) Pendiente= Proporción de quebrado en la masa de blanco que se genera con el aumento de un punto en el grado de molienda.

15 Quebrado* EJEMPLO DE PERFILES MOLINEROS 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0, Grado de molienda

16 PROPIEDADES CULINARIAS Y SENSORIALES

17 PROPIEDADES SENSORIALES Entrenamiento para la formación de panel de jueces en arroz en la Universidad de Arkansas Formación del panel de jueces en LATU OLOR Almidón Lácteo Cartón Cereal Tierra húmeda Sulfuro Rancio Tostado Dulce Salvado Humo APARIENCIA Grado de blancura Brillo Pegajosidad Apariencia superficial (rugosidad) Integridad de grano Largo de grano Ancho de grano Presencia de estrías Presencia de embrión FLAVOR Almidón Lácteo Cartón Cereal Tierra húmeda Sulfuro Rancio Tostado Dulce Salado Ácido Amargo Astringente Metálico TEXTURA Rugosidad Dureza Centros crocantes Elasticidad Pegajosidad manual

18 EVALUACIÓN DE PARÁMETROS DE PROCESO

19 PROCESOS RELEVANTES EN LA INDUSTRIALIZACIÓN DE ARROZ MAXIMIZAR RENDIEMIENTO SIN ALTERAR CALIDAD FÍSICA Y SENSORIAL SECADO ALMACENAMIENTO ELABORACIÓN Minimizar formación de fisuras Minimizar pérdida de masa Minimizar quebrados

20 SECADO Minimizar fisuras Las condiciones operativas y condiciones del grano durante el secado determinan la formación de fisuras. Estas fisuras vuelven al grano más susceptible a quebrarse durante los procesos de elaboración Relevante entender el mecanismo de formación de fisuras, su relación con condiciones operativas y condiciones del grano

21 Por qué se forman las fisuras en el secado? Gradientes de humedad Si la velocidad de evaporación de agua en la superficie del grano es mayor que la velocidad de migración del agua desde el centro a la superficie Baja humedad Temperatura uniforme Se forma un gradiente de humedad dentro del grano Velocidad de evaporación depende de condiciones operativas Alta humedad Diferentes propiedades en el centro con respecto a la superficie (mas pronunciado en presencia del fenómeno de transición vítrea)

22 Relación entre gradientes de humedad y fisuras Gradiente de humedad Tensiones dentro del grano Formación de fisuras Diferentes propiedades en el centro con respecto a la superficie (mas pronunciado en presencia del fenómeno de transición vítrea) Severidad depende de: 1) La magnitud del gradiente formado 2) Estado del material dentro del grano (Fenómeno de transición vítrea) Granos débiles muy susceptibles a quebrarse durante el proceso de elaboración

23 MAGNITUD DEL GRADIENTE FORMADO Las condiciones del aire de secado (temperatura, humedad relativa y velocidad), tempering y la humedad del grano determinan la magnitud del gradiente formado Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Baja humedad Baja humedad Baja humedad Alta humedad Alta humedad Alta humedad

24 TRANSICIÓN VÍTREA PORQUE LO SUFRE EL ARROZ? Estructura de la amilopectina polímero SEMICRISTALINO (ZONAS CRISTALINAS Y AMORFAS) ZONAS AMORFAS SUFREN TRANSICIÓN VÍTREA ZONAS CRISTALINAS SUFREN EL FENÓMENO DE FUSIÓN

25 TRANSICIÓN VÍTREA PORQUE ES IMPORTANTE PARA EL PROCESO DE SECADO? Temperatura de masa de grano, C 60 Rango de temperatura de transición vítrea Las combinaciones de Comportamiento cauchoso (mayor coeficiente de expansión de volumen y mayor difusividad) temperatura y humedad del grano presentes en los procesos de secado atraviesan el rango de transición vítrea 40 Comportamiento vítreo (menor coeficiente de expansión de volumen y menor difusividad) 3 25 Humedad del grano, % Las condiciones de temperatura y humedad del grano determinan el estado del almidón durante el proceso de secado

26 MAGNITUD DEL IMPACTO DEL FENÓMENO DE TRANSICIÓN VÍTREA SOBRE LAS PROPIEDADES DEL ALMIDÓN DE ARROZ Deformación del material Difusividad Volumen específico Comportamiento mecánico Velocidad de difusión del agua durante el secado

27 Temperatura de masa de grano, C CÓMO SE RELACIONA CON LAS FISURAS? Rango de temperatura de transición vítrea Comportamiento cauchoso T TENSIONES T Comportamiento vítreo Humedad del grano, % Impacto de las condiciones de temperatura y humedad del grano con la formación de fisuras

28 MECANISMO DE FORMACIÓN DE FISURAS Generar curvas de transición vítrea para distintos cultivares. Evaluar el impacto de condiciones operativas y condiciones de grano sobre el rendimiento (entero). Generar curvas de secado, para estudiar el impacto de las condiciones del aire de secado sobre la velocidad de secado. Calorímetro diferencial de barrido Secadora piloto Evaluar estos comportamientos para distintos cultivares. Evaluar el rol que juegan los gradientes de humedad y el fenómeno de transición vítrea en la formación de fisuras. Búsqueda de indicadores Recomendaciones

29 SECADORA PILOTO Turbina Cámara de secado Celda de carga PLC Equipo de frio (condensador) Resistencias e inyección de vapor Tablero general

30 CONTENEDOR Y CÁMARA DE SECADO Se mide temperatura de masa de grano

31 RESULTADOS UTILIZANDO SECADORA DE LABORATORIO Humedad, % T masa de grano, ºC Ejemplo: T= 60 C, HR= 10% y v= 0,4 m/s k: velocidad de secado Curva de secado H t = H i He e ktn + H e Ecuación de Page H t : humedad al tiempo t H i : humedad inicial de la corrida n: parámetro que mejora el ajuste del modelo ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Tiempo, h Humedad de equilibrio (H e )

32 Temperatura de masa de grano, C APLICACIÓN Secado Enfriamiento Calentamiento Humedad del grano, %

33 Impacto de las condiciones del aire de secado sobre el entero Entero, % Entero, % Temperatura del aire de secado=40ºc Temperatura del aire de secado=60ºc Humedad relativa del aire, % Humedad relativa del aire, % Basado en Ondier et al Drying characteristics and milling quality of rough rice dried in a single pass incorporating glass transition principles. Drying Technology, 30:

34 Entero, % Impacto del tempering sobre el entero Ej. Temperatura del aire de secado=70ºc Tempering=60 minutos Tempering=30 minutos Tempering=0 minutos Humedad relativa del aire, % Basado en Ondier et al Drying characteristics and milling quality of rough rice dried in a single pass incorporating glass transition principles. Drying Technology, 30:

35 CONCLUSIONES Evaluación cultivares Los perfiles molineros permiten predecir la generación de quebrados en la pulidora, siendo una herramienta relevante en la selección de cultivares. El contar con un panel de jueces para la evaluación sensorial permite conocer el perfil de calidad y seleccionar cultivares con características de calidad conocida. Parámetros de proceso - Secado Curvas transición vítrea. El contar una secadora de laboratorio permite: generar curvas de secado y temperatura de masa de grano para distintas condiciones operativas. Esta información es relevante para entender los mecanismos de formación de fisuras y elaborar recomendaciones de Secado

36 Gracias