Facultad de Ingeniería U.Na.M. Ingeniería e Industrias Tema 4: Industrias Regionales INDUSTRIALIZACIÓN DE LA MANDIOCA Breve Reseña Histórica La mandioca es originaria de América, y actualmente se extiende a todo el mundo tropical como aporte a la dieta de la población tanto humana como animal. Tiene distintos nombres vulgares según las regiones en que se cultiva. En zonas de habla Guaraní, se la conoce como Mandiog-Aypi; en otras áreas de América del Sur, simplemente Mandioca y en América Central, Yuca. Su nombre inglés es Cassava La mandioca o yuca, es un arbusto perenne, su raíz es un tubérculo carnoso y muy sabroso, de color blanco, recubierto por una corteza parda o marrón oscuro, la cual contiene la Fécula. El cultivo de la mandioca La mandioca posee períodos vegetativos que van desde 8 a 12 meses y en algunos casos de 18 a 24 meses para la industrialización. Su ciclo productivo va desde primavera hasta fines de otoño y comienza con la preparación del suelo con una pasada de arado tipo "tatú" en los meses de julio-agosto. La plantación en Misiones se realiza a partir de la segunda quincena de agosto en el periodo libre de heladas. La cosecha comienza a partir del cuarto o quinto mes para consumo fresco y a partir del vigésimo para las industrias. Con los primeros fríos, la planta ingresa en un periodo de descanso fisiológico y pierde sus hojas. Cuando un 80% de las hojas ha caído, se procede al corte de las ramas, previa selección de las mejores plantas y las mejores ramas o tallos. Estas son acondicionadas apropiadamente para su conservación y posterior plantación en el nuevo ciclo. Se adapta bien a suelos ácidos y tolera períodos largos sin lluvia. Entre las desventajas que presentan las raíces de esta planta se pueden mencionar su alta perecibilidad, además que es un producto voluminoso por su alto contenido de agua. En América Latina es producida por pequeños productores en extensiones de tierra de menos de 20 ha. Generalmente se siembra como cultivo asociado con maíz entre otros. Usos de la mandioca - Alimentación humana en forma procesada (raíces hervidas, aglutinante para la fabricación de alimentos, ingrediente de diversas recetas, etc.) Aventaja a otros almidones por su proceso de gelificación más rápido. La mandioca, no es fuente de gluten, por lo que puede consumirse sin problemas, por personas que tienen celiaquía o intolerancia al gluten. - Alimentación animal en forma fresca y procesada (picado, componente de balanceado, afrecho, etc.) - Uso industrial: Se utiliza como absorbente y agentes ligantes de agua. En la industria de los almidones modificados, la cual es modificada químicamente siendo utilizada: Para el acabado en papel, Como excipiente en medicamentos o aditivo, Posee amplias virtudes como adhesivo o gelificante, entre otros. La dextrina se destina a la elaboración de vinos de frutas, y de cerveza.
La glucosa. Se emplea en la fabricación de confituras, y para el abrillantado del arroz, una vez descascarado en los molinos Diagrama de bloques del proceso de fabricación de fécula de mandioca Recepción e inspección de Materia prima Agua Potable Depósito de raíces Arroyo Descarga Tratamiento de efluentes Lavado Separación Selección Abono Agua retorno Trituración Molienda Separación Refinación primaria Silo de Bagazo Refinación secundaria Alimentación de ganado u otros usos Refinación terciaria Deshidratación Secado Almacenamiento Fraccionamiento
Descripción del Proceso de Fabricación de Fécula de Mandioca Recepción, Pesado y Descarga El proceso en la fábrica comienza con el pesado de la raíz en la báscula. Una vez pesado el camión se dirige a una plataforma volcante la cual se inclina a 45º, en donde se descargan las raíces de mandioca en una tolva. Se toman 3 muestras que deben contener exactamente 3 Kg. las que luego son pesadas en agua, es decir se obtiene por peso hidrostático. y luego se obtiene mediante el uso de una tabla el porcentaje de fécula presente en la raíz. Esto es lo que permite dar la valoración económica de la carga. Desde la tolva las raíces de mandioca pasan a una zaranda, mediante un tornillo sin fin que esta ubicado en la base de la tolva. En esta zaranda se separa la tierra de la raíz. Esta tierra es cargada nuevamente al camión a fin de pesar la carga conjunta (camión más tierra) y poder conocer la carga efectiva de raíces. Al salir de la zaranda, la mandioca pasa por una cinta transportadora hasta llegar a una segunda tolva, de la que sale un tornillo sin fin que conduce las raíces a la lavadora. Lavado y Seleccionado La lavadora está conformada por un sistema de paletas, las cuales rotan lavando las raíces y quitando la cascarilla fina exterior. Posteriormente se lavan las raíces quedando las mismas completamente limpias. El agua utilizada en este proceso proviene de actividades que se realizan posteriormente. Esta agua pasa a través de filtros para sacar las impurezas, cascarillas o suciedad. Las cascarillas son utilizadas posteriormente como abono orgánico para los productores de la zona. Seguidamente la mandioca pasa por una cinta transportadora controlada por un obrero encargado de inspeccionar la misma. El objetivo de esta inspección es que no pase ningún objeto extraño. El operario se encarga de eliminar las cepas o partes leñosas de la raíz que no son útiles para el proceso. Triturado (Chipeado) La cinta descrita anteriormente finaliza en un triturador que reduce la raíz en pequeñas partes. Dichos pedazos se depositan en una tolva. En esa tolva existe un sensor, que indica cuando la misma está llena con lo que se corta automáticamente todo el proceso anterior. Una vez llena la tolva, esta se descarga dentro de un Desintegrador. Molienda: Desintegrador A continuación la mandioca ingresa al Desintegrador. Está máquina está constituida por 120 cuchillas, las cuales tiene la función de desmenuzar. La función de dicho Desintegrador es romper la gran mayoría de las células en las cuales se encuentran las reservas de fécula en forma de gránulos. Se tiene un control riguroso del consumo de corriente de esta máquina, el consumo normal va de 40 A a 80 A, si supera el valor máximo mencionado de la corriente pueden estar ocurriendo dos cosas: - La cantidad de trozos de raíces sea excesivo, por lo cual aumenta el consumo de la máquina. - Las cuchillas pueden estar desafiladas por lo cual la máquina trabajará fuera de su punto óptimo y aumentará su consumo de energía. Es fácil verificar esto a la salida ya que la materia prima no saldrá cortada como debe ser.
Separación: Zarandas rotativas Al salir del Desintegrador, la raíz desmenuzada se dirige hacia las zarandas rotativas, las cuales pueden ser varias; en su interior poseen una malla metálica en forma cónica, que gira a altas velocidades. La función de este equipo es separar la fécula de la fibra o bagazo, el cual se deposita en un recipiente que posee una bomba que impulsa el bagazo hasta una última zaranda rotativa, en la cual se lo lava para extraer todo el resto de fécula remanente. El bagazo se deposita en un silo y posteriormente se utiliza como alimento de ganado, entre otras utilidades. Refinación: Centrífugas Las centrífugas son equipos mecánicos que giran a muy altas revoluciones extrayendo por fuerza centrífuga las fibras e impurezas de la lechada de fécula, así como el agua excedente. En su interior éstas están conformadas por una serie de platos cónicos que tiene la función se realizar la separación del fécula de los elementos no deseados (fibra remanente, impurezas menores y agua en exceso). En general son varias máquinas de este tipo que trabajan en serie. Centrifugación primaria: Extrae el agua vegetal u orgánica y la mayor parte de las impurezas que contenga la lechada de fécula, disminuyendo de este modo el porcentaje de humedad y aumentando el porcentaje de fécula que es controlado con una varilla reglada en grados Baumé (medición de densidad). El agua extraída es depositada en un tanque para ser reutilizada en el sector de lavado de las raíces de mandioca. Por otro lado, la fécula todavía en forma de lechada espesa, es introducida en un tanque donde se agrega por goteo, ácido clorhídrico; el cual permite disminuir el ph desde 7,2 hasta 6,5, para luego ser enviado a la siguiente centrífuga. Centrífugación secundaria: En esta etapa se refina aún más la lechada de fécula. El funcionamiento de esta centrífuga es idéntico al de la anterior, con la diferencia que en esta etapa se agrega agua limpia para lavar la fécula y concentrarla aún más según las especificaciones requeridas por el cliente. Centrifugación terciaria: Tiene la misma función que la anterior pero le otorga el refinamiento final. La lechada de fécula a la salida de esta centrífuga posee un porcentaje de concentración (grado Baumé) entre 8 y 12 grados. Deshidratado: Luego del proceso anterior, la lechada de fécula ingresa a un tanque, desde el cual se alimenta al deshidratador. Este tanque posee paletas agitadoras, las cuales impiden que la fécula se decante y la mantienen en disolución. Existen varios modelos de deshidratadores. Los más utilizados en la provincia son el horizontal de deshidratado por vacío, y los deshidratadores verticales, de varias etapas, que deshidratan por centrifugado. En el caso del Deshidratador horizontal, el mismo consiste en un tambor giratorio, en cuya periferia existe una malla muy fina y en cuyo interior se genera vacío. Este tambor al girar, pasa por una batea de lechada de fécula ubicada en su parte inferior, donde se adhiere la fécula mojada por efecto del vacío. Una vez que la fécula sale de la batea, se va deshidratando a medida que gira con el tambor (adherido a la malla), para finalmente, en el lado opuesto, ser raspada por una gran cuchilla que va de un extremo
al otro del tambor, saliendo con una humedad del 40 %, por lo tanto, habiendo perdido el 60 %. En el caso de los deshidratadores centrífugos, no son otra cosa que grandes centrifugadoras que operan en serie (varias una a continuación de otra), y que en su tambor rotativo cuentan con mallas finas que retienen la fécula, siendo expulsada el agua por fuerza centrífuga. En la parte interna existen cuchillas raspadoras que van desprendiendo la fécula del deshumidificador. En este caso, la fécula sale con aprox. 36% de humedad remanente. Secado: La fécula presecada del proceso anterior, ingresa a un tubo de gran longitud por el cual circula aire caliente que es proveído por un intercambiador de calor. La fécula húmeda se va mezclando con el aire caliente que ingresa a aprox. 153 ºC. A medida que avanza por el tubo, va tomando calor del aire y se va secando, con lo que por otra parte se va reduciendo la temperatura del aire. El control de este proceso generalmente se hace por medición de las temperaturas de entrada y de salida del aire Para poder separar el aire de secado de la fécula ya seca, en necesario ingresar el flujo a un gran ciclón (en algunos casos varios ciclones en serie), que separa el aire de la fécula por diferencia de peso específico. La fécula separada cae dentro del ciclón desde donde se lleva al silo mediante tornillos de transporte. El aire separado sale por la parte superior del ciclón con remanentes de fécula, por lo que en algunos casos suelen instalarse ciclones secundarios como también lavadoras de polvo finales que luego es reciclado al circuito. La humedad de la fécula se puede controlar a la salida del silo, y en caso de un secado insuficiente es necesario reingresarla al tubo secador. El porcentaje de secado final deseado es de aprox. 12 a 13 % Ensayos especiales de producto Ensayos de aflatoxinas Para casos particulares se realiza este tipo de ensayos. Las aflatoxinas son toxinas que provienen del hongo aspergilius flavius Envasado: La fécula en condiciones de ser envasada se almacena en un silo, de donde es fraccionada en diferentes recipientes, generalmente bolsas de papel de 25 kg (para venta en a procesos industriales o fraccionadoras) o en bolsas de menor tamaño, como por ej. de 1 kg para venta a supermercados. Tratamiento de efluentes Las fábricas de fécula liberan agua residual que contiene partículas (fibras, tierra, impurezas, etc.) por lo que es necesario su tratamiento antes de su eliminación final, que en general se produce a un curso de agua cercana. En primer lugar existe una cámara de filtración en la que se separan la cascarilla y terrones más gruesos que vienen con el agua. El agua que sale de esta cámara se dirige a piletones donde se produce la descomposición anaeróbica mediante microorganismos produciéndose metano. En una etapa más avanzada se agregan fertilizantes que contienen nitrógenos con lo que se aumenta la reacción del carbono, el fósforo y el potasio lo que favorece el crecimiento de los microorganismos.
El agua en tratamiento va pasando de pileta en pileta hasta perder su acidez inicial y haberse descompuesto los residuos sólidos en material orgánico inocuo. Especificaciones: Condiciones generales y particulares para los establecimientos elaboradores: Las especificaciones se encuentran en el Capítulo II del Código Alimentario Argentino ( Ley 18284/69, Decreto 2126/71). Las especificaciones y características para la fécula, fariña y tapioca se detallan en el Capítulo IX del mismo Código. En el Codex Alimentarius, Volumen XI "Azúcares, productos del cacao, y el chocolate y productos varios" parte V, Se presentan normas de carácter orientativo para la harina comestible de yuca. Apunte para uso de Ingeniería e Industrias Confeccón: Ing. María de los A. Puente