Escaldado y pelado al vapor.

Tema 6: Escaldado y pelado al vapor
Tecnología de los Alimentos
Tema 6
Escaldado y pelado al vapor.
Objetivos
•
Definir la operación de escaldado, su utilidad y su ámbito de aplicación
•
Estudiar los fundamentos de la operación de escaldado y sus parámetros de diseño y
operación
•
Definir la operación de pelado al vapor y estudiar su aplicación el la industria alimentaria
•
Estudiar el diseño y la operación de la operación de pelado al vapor
•
Diferenciar las operaciones de escaldado y pelado al vapor
•
Conocer los equipos industriales en los que se realizan las operaciones presentadas
1
Tema 6: Escaldado y pelado al vapor
Tecnología de los Alimentos
Índice del tema
1
2
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................... 3
ESCALDADO: ....................................................................................................................................... 3
2.1
Aplicación del escaldado ........................................................................................................... 5
2.2
Diseño de la operación de escaldado. ....................................................................................... 6
2.2.1
2.2.2
2.2.3
Temperatura del medio calefactor..........................................................................................................6
Tiempo de penetración del calor ............................................................................................................7
Tiempo de residencia del producto ........................................................................................................9
3
PELADO AL VAPOR .............................................................................................................................. 9
3.1
Aplicabilidad del pelado al vapor.............................................................................................. 9
3.2
Diseño de la operación de pelado al vapor ............................................................................. 11
4 EQUIPO DE ESCALDADO Y PELADO AL VAPOR. ................................................................................... 12
2
Tema 6: Escaldado y pelado al vapor
1
Tecnología de los Alimentos
Introducción
En este tema se estudian dos operaciones de estabilización térmica de principio y operación
similar pero con dos fines muy distintos. Ambas operaciones consisten en la exposición del alimento a un
fluido caliente (que es siempre agua o vapor calientes, aunque podrían emplearse otros) durante un corto
periodo de tiempo (segundos o hasta minutos). Los fines perseguidos en cada una de estas operaciones
son diferentes:
•
El ESCALDADO se realiza con el objetivo de destruir enzimas, principalmente en los
vegetales, que catalizan determinadas reacciones de degradación. El enzima que se toma
como ejemplo para esta operación es la peroxidasa, proteína que cataliza la oxidación de
vatios aceptores de protones (reductores) a costa de peróxidos o de oxígeno molecular en
su defecto. Son ricos en peroxidasa vegetales como el espárrago y semillas como la soja,
esta última en su membrana externa. La peroxidasa es un oxidante tan eficaz que se ha
propuesto su empleo en procesos industriales tales como el blanqueamiento de pasta de
papel en sustitución de la lejía.
•
El PELADO AL VAPOR por otro lado es un calentamiento local y muy intenso de la
superficie que desorganiza los tejidos y permite separar la piel fácilmente. También el
escaldado con agua cercana a los 100ºC permite separar la piel, pero es mucho más
eficiente el uso de vapor a presión por su mayor temperatura y porque la descompresión
al final del ciclo ayuda a arrancar la piel.
Como diferencia mencionaremos que durante el escaldado se pretende que el calor penetre hasta
donde esté la enzima. El pelado al vapor, por otra parte, persigue que el calor penetre lo menos posible.
Obviamente, también se puede escaldar con vapor,
2
Escaldado:
Es un calentamiento de corta duración destinado a inactivar las enzimas propias de un alimento de
forma que se detenga su actividad metabólica y cese la degradación del alimento. Entre las enzimas que
producen estas degradaciones se encuentran la catalasa, lipooxigenasas y la peroxidasa. Si estas enzimas
están en la piel del alimento, basta un tratamiento superficial en el que se produzca un calentamiento muy
localizado.
Por otra parte, a veces es necesario que el calor penetre más profundamente, para alcanzar
temperaturas del orden de los 60-65 ºC en el centro de un alimento, y así inactivar enzimas que se
encuentran repartidas por toda la masa del alimento.
Durante el escaldado pueden tener lugar los siguientes fenómenos
•
Se compacta el producto, al colapsarse estructuras internas y eliminarse gases. Así el
alimento no flota en el líquido de gobierno, lo que es muy conveniente en el caso de
conservas.
•
El número de microorganismos presentes se reduce a veces hasta en un 90%,
especialmente los superficiales. Esto es de gran utilidad en el caso de frutos, en los que la
carga microbiana se concentra en el exterior.
•
Se inactivan enzimas y se desnaturalizan algunas proteínas
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Tema 6: Escaldado y pelado al vapor
•
Tecnología de los Alimentos
Se desorben gases como el oxígeno. La concentración de residual en el después del
escaldado es mínima, con lo que se impide la oxidación del producto y la corrosión de la
hojalata, si este es el envase elegido.
Por otra parte, el escaldado produce algunos cambios indeseables:
•
Pérdida de nutrientes por disolución, tales como sales minerales, vitaminas hidrosolubles
y otros componentes solubles en agua.
•
Cambios en la textura, fundamentalmente ablandamiento de los tejidos, así como cambios
en la dureza, rigidez y cohesión
•
Cambios en el sabor y color. En general son indeseables, aunque en ocasiones el
escaldado resalta el color de los mismos por la acción del aire sobre su superficie.
De lo expuesto debe quedar claro que
estabilización complementaria, y no un método
productos vegetales antes de su congelación, ya
sabores extraños durante el almacenamiento en
congelado.
el escaldado debe ser considerado una operación de
de conservación por sí sólo. Es típico el escaldado de
que de esta forma de impide en desarrollo de olores y
congelación, prolongando mucho la vida del alimento
t
En cualquier caso, ambas operaciones tienen como objetivo provocar una alteración mínima de
las propiedades nutricionales y de las características organolépticas de los alimentos tratados.
Ejemplo: inactivación de peroxidasa de zanahoria a varias temperaturas.
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2.1
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Aplicación del escaldado
El escaldado es típicamente un tratamiento térmico previo a la congelación de verduras y frutas.
Durante el escaldado de frutas y verduras se someten a un baño de agua a temperaturas comprendidas
entre 95-100ºC durante varios minutos con el fin de destruir las enzimas que puedan alterar sus
propiedades organolépticas y nutritivas.
Destrucción de enzimas: la actividad enzimática es muy reducida a –18ºC (temperatura estandar
de almacenamiento de congelados), pero sería necesario un almacenamiento a –40ºC para conseguir el
cese de esta actividad.
Por ejemplo, las judías verdes sin escaldado congeladas a –18ºC, adquieren un sabor a heno
después de 3 meses de almacenamiento.
Aunque el escaldado produce INICIALMENTE perdida de vitaminas, permite
GLOBALMENTE limitar la pérdida total por la eliminación de las enzimas responsables de su
destrucción.
Por ejemplo, en el caso de habas conservadas durante 12 meses a –20ºC:
•
Habas no escaldadas: las perdidas de vitamina C, B1 y B2 son respectivamente del 90%,
20% y 40%.
•
Habas escaldadas: perdidas de vitamina C, B1 y B2 del 50%, 30% y 3% respectivamente.
Destruyendo las enzimas se consigue estabilidad del color y nutricional.
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Uso de aditivos químicos durante el escaldado
Se utilizan escasamente y solo cuando el escaldado no sea suficiente. En general se aplican en el
agua de escaldado para reforzar la acción de éste. Los tratamientos más habituales son:
•
Disminución del pH del agua de escaldado con ácido cítrico, se disminuye la temperatura
y tiempo del tratamiento (se utiliza para las berenjenas).
•
Adición de ácido ascórbico para prevenir el pardeamiento enzimático debido a su carácter
reductor (reduce las quinonas, antes de polimerizarse, a sus componentes fenólicos
originales).
•
La adición de SO2 complementa al escaldado porque interfiere de forma irreversible la
reacción de pardeamiento enzimático, ya que reacciona con las quinonas dando productos
no coloreados e impidiendo su polimerización. No obstante tiene efectos nocivos como
destrucción de la vitamina B1, alteración del sabor y además es peligroso si se sobrepasan
ciertos límites de tolerancia.
2.2
Diseño de la operación de escaldado.
Puesto que el fin de la operación es producir la desactivación de una enzima, se puede decir que
el diseño de una operación de escaldado requiere fijar o calcular las tres siguientes variables:
1. Elegir la temperatura del baño o medio calefactor
2. Calcular el tiempo de penetración del calor hasta el punto más desfavorable
3. Calcular el tiempo de residencia del producto para producir un grado (%) de inactivación
de la enzima responsable del deterioro.
Por supuesto, el tiempo total de exposición es la suma de los tiempos calculados en los apartados
1 y 2.
2.2.1
Temperatura del medio calefactor
El escaldado suele realizarse en el intervalo de 60ºC a 100ºC. Por ejemplo, son típicos procesos a
temperaturas de 80ºC durante unos minutos o a 100ºC durante unos segundos
La correcta la temperatura a la que se va a realizar el escaldado depende del alimento que se esté
escaldando (forma, tamaño y propiedades térmicas), de dónde esté situada la enzima a desactivar y de su
cinética de desactivación así como de la susceptibilidad del alimento a sufrir transformaciones de color y
textura a causa del calor.
Así tratamientos cortos a alta temperatura son adecuados para desactivar enzimas que se
encuentran en la superficie, mientras que las que se encuentran por todo el alimento responden mejor a
tratamientos más prolongados a baja temperatura, que alteran menos las propiedades del alimento.
En general, es difícil aconsejar una temperatura determinada. La determinación requiere la
realización de pruebas empíricas y la evaluación del producto escaldado por un panel de catadores.
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2.2.2
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Tiempo de penetración del calor
Es un problema de transferencia del calor en el estado no estacionario que vd. ya sabe resolver.
Sin embargo, hay que destacar que se pueden producir dos tipos de situaciones
1. Que se desee tratar todo el volumen del alimento.
2. Que se desee tratar la piel o un pequeño espesor exterior.
1.- El calor debe penetrar hasta el centro.
Para resolver este problema vd puede usar las gráficas de Gurney y Laurie. Para ello debe conocer
(a modo de repaso):
-
Geometría del alimento y tamaño.
-
Posición: centro (n=0).
-
Conocer las propiedades térmicas del alimento (k ó α, Cp) y la densidad.
-
Conocer las propiedades térmicas del baño (h).
Con lo anterior, ya puede calcular m ó su inverso (Biot) y determinar el tiempo que tarda el centro
en calentarse hasta la temperatura deseada (calcule Y para leer de la gráfica el correspondiente número de
Fourier) del que se despeja el tiempo.
Cuestiones
• Desea escaldar tomates de 7 cm de diámetro usando un chorro de vapor de 100ºC. Si los
tomates están inicialmente a 20ºC, calcular el tiempo que llevará que se alcancen 65ºC
en el centroun punto a 2mm bajo la superficie.
• ¿Cómo afectaría que el calentamiento se realizase en un baño de agua a 95ºC?
vapor en vez de esféricos se pudiesen considerar cilíndricos (con L=D si es que ésto
fuese necesario?
2.- El escaldado es superficial.
En este caso las gráficas de Gurney y Laurie son a menudo inefectivas por dos motivos
-
No reproducen bien lo que pasa en tiempos cortos (el calentamiento suele ser corto en
este caso)
-
La representación de la posición es muy burda.
En este caso suele ser muy ventajoso el uso de la siguiente gráfica.
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Esta gráfica sólo sirve para el caso de transferencia del calor en el estado no estacionario
denominado “sólido semiinfinito”, que se da cuando un punto del sólido (en este caso el centro) no
cambia de temperatura durante el calentamiento
Hay que destacar que en el caso de que la resistencia por convección sea despreciable frente a la
resistencia del sólido (Bi>40 ó m=0, caso del uso de vapor o de un baño bien agitado) el problema tiene
solución analítica.
Y=
P
2
e
π ∫
− z2
dz (Esta es la función errf(P), que aparece en muchos problemas estadísticos y es
0
manejada directamente por muchas calculadoras y la mayoría de programas de cálculo).
En
Y=
la
ecuación
anterior,
Y
es
la
T − T∞
∆T
=
y el módulo P se define como:
(∆T ) max T0 − T∞
P=
aproximación
fraccional
a
la
temperatura
x
2 α ·t
siendo x la posición expresada como distancia desde la superficie del alimento hasta el punto
considerado.
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Cuestión
• Desea escaldar patatas aproximadamente esféricas de 8 cm de diámetro usando un chorro de
vapor de 120ºC. Si las patatas están inicialmente a 20ºC, calcular el tiempo que llevará que se alcancen
100ºC en un punto a 2 mm bajo la superficie.
2.2.3
Tiempo de residencia del producto
Es el tiempo requerido para que la concentración de enzima se reduzca hasta un nivel adecuado
que suele cifrarse entre el 90% y el 99.9% del contenido inicial. Si la enzima presenta una cinética de
degradación de 1er orden, que es lo más habitual, el tiempo de residencia se estima de la siguiente forma.
Co: Concentración inicial de enzima
Cf: Concentración final de enzima
kd: Constante cinética de desactivación de la enzima (depende de T)
Y el tiempo se calcula como
t=
Ln(Co / C f )
k
(por ejemplo, para una reducción del 99% queda un 1% de la enzima inicial y Cf = Co/100, para )
Cuestión:
Para la desactivación de peroxidasa de zanahoria se tiene que la constante cinética se puede
obtener de la ecuación de Arrhenius sabiendo que a 65ºC k = 0,015 min-1 con Ea = 14,8·104 J mol-1.
Obtenga el tiempo que tarda en eliminar el 99% de la enzima a 55ºC, 65ºC y 75ºC. Si escalda con un baño
de agua a 100ºC calcule el tiempo total de la operación para zanahorias de 2 cm de diámetro.
3
Pelado al Vapor
Es también un calentamiento de corta duración pero, a diferencia del escaldado, su finalidad es
desorganizar los tejidos externos del alimento, de forma que se desprendan con facilidad. Por esto el
calentamiento que se produce durante el pelado al vapor es mucho más intenso y corto, y se desea que el
calor penetre lo menos posible a la masa del alimento.
Con el desarrollo de sistemas de pelado a presión, el vapor no sólo desestructura los tejidos, sino
que se consigue crear sobrepresiones debajo de la piel del alimento que permiten arrancar literalmente la
piel produciendo una descompresión súbita, incrementando la eficacia del proceso. Estos peladores de
alta presión son además muy rápidos y dan productos de gran calidad ya que el calor penetra muy poco.
3.1
Aplicabilidad del pelado al vapor
El pelado al vapor es aplicable a una gran variedad de frutos. Las posibilidades son muy
variables, pudiéndose usar desde vapor saturado hasta vapor de alta presión. La figura siguiente muestra
un ciclo de pelado utilizado para el tratamiento de patatas prefritas.
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El pelado puede constar de un solo ciclo o de varios. Las condiciones concretas dependen del tipo
de alimento.
El pelado al vapor tiene muchas ventajas:
o
Permite un elevado grado de automatización.
o
Los ciclos son muy cortos, por lo que se pueden procesar muchos lotes.
o
Se pueden controlar muy bien las condiciones de presión y temperatura
o
Calentamiento y enfriamiento son muy rápidos, por lo que el control de la
penetración del calor es excelente
o
El uso de vapor de alta presión y una descompresión brusca provocan la
aparición de vapor bajo la piel que ayuda al pelado.
o
Por todo lo expuesto, el control del pelado es excelente, lo que permite minimizar
las pérdidas.
El pelado al vapor permite un control muy preciso de la distribución de temperaturas dentro del
fruto, tal y como se muestra en la figura siguiente
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Los únicos inconvenientes del pelado al vapor son que no es aplicable a productos con la piel
muy seca o que el equipo es algo más caro y complicado que un baño de agua, por lo que su uso sólo se
justifica ante volúmenes de producción de medios a altos.
3.2
Diseño de la operación de pelado al vapor
El diseño básico de la operación de pelado conlleva la decisión o cálculo de los siguientes
parámetros:
•
Elección de la presión y temperatura del vapor
•
Cálculo del tiempo de exposición para una penetración del calor dada.
En el caso del pelado al vapor sólo hay que calcular el tiempo de penetración del calor, a
diferencia del escaldado, ya que no es necesario mantener la temperatura al no ser necesario desactivar
ninguna enzima.
Este calculo básico se realiza de la misma forma que en el caso del escaldado superficial, usando
la gráfica recogida en ese apartado o con la función errf(P)=Y.
Ejemplo: Calcule el tiempo de exposición de una patata de 80 mm de diámetro a vapor de 150ºC para
conseguir una temperatura de 120ºC a 1,5 mm debajo de la superficie.
El diseño avanzado implica imponer dos condiciones a la penetración del calor. El caso más
interesante es el imponer dos temperaturas a dos distancias de la superficie. En este caso se obtienen a la
vez la temperatura del vapor y el tiempo de exposición.
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Ejemplo: Se desea diseñar un ciclo de pelado al vapor para una patata de 80 mm de diámetro a
vapor de forma que se alcancen 115ºC a 1,0 mm debajo de la superficie y que no se superen los 100ºC a
2,5 mm. Calcule t y t para obtener el fin deseado
Cálculo:
Sean (T1, x1) y (T2, x2) las dos temperaturas en las dos posiciones fijadas. Sea Tv la temperatura
x
del vapor y To la temperatura inicial. Para la resolución del problema se aplica
T − T∞
2
=
To − T∞
π
2 α ⋅t
∫e
−z2
dz
0
en ambas posiciones. Se obtiene entonces el siguiente sistema de ecuaciones
x1
1.
T1 − Tv
2
=
To − Tv
π
2 α ⋅t
T2 − Tv
2
=
To − Tv
π
2 α ⋅t
∫e
−z2
dz
−z2
dz
0
x2
2.
∫e
0
En un problema concreto, las únicas incógnitas son Tv y t, temperatura del vapor y tiempo de
exposición, que se obtienen resolviendo el anterior sistema de ecuaciones.
Ejemplo:
Durante el pelado a vapor de una patata que se encuentra a una temperatura inicial de 20ºC
deseamos alcanzar 120ºC a 1mm bajo la superficie y 99ºC a 1,5 mm bajo la superficie. Para ello hay que
usar un ciclo de 24,7 segundos de exposición a vapor de 166,6ºC (ver solución en MathCAD).
Existen otros casos del problema cuya solución es fácil de deducir a partir de lo expuesto.
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Equipo de escaldado y pelado al vapor.
El equipo para llevar a cabo ambas operaciones es obviamente diferente, ya que se manejan
fluidos de propiedades muy distintas y porque el escaldado se hace a presión atmosférica mientras que en
el pelado al vapor es habitual la utilización de presiones elevadas.
Sin embargo, es común a ambos equipos que el diseño va orientado a favorecer el contacto entre
el material a tratar (promover turbulencia y en consecuencia favorecer el intercambio de calor) y en
facilitar un contacto uniforme y que alcance a toda la superficie exterior del fruto
También deben posibilitar un tiempo de contacto o residencia uniforme para todos los frutos.
Un escaldador puede ser, por tanto, un simple baño de agua en el que se introducen los productos
durante el tiempo deseado. Otro diseño mejor es, sin embargo, el escaldador rotatorio que se muestra a
continuación.
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Por otra parte, los sistemas de pelado al vapor requieren que se pueda llevar a cabo una
presurización con vapor a la temperatura y presión determinadas.
Es importante que el llenado de vapor sea muy rápido, ya que los ciclos de pelado al vapor son de
por sí cortos y a menudo se requiere provocar un fuerte gradiente de temperatura en las primeras capas
del producto, lo que no se consigue con una presurización lenta.
Por otra parte, es deseable que la despresurización sea muy rápida, idealmente instantanea, ya que
de esta forma se consigue que el líquido sobresaturado ocluido bajo la piel de los frutos se vaporice y
“explote”, arrancando la piel que se encuentra ya ablandada. Este tipo de dispositivos se denominan
“flash”
En la imagen siguiente se muestra un ejemplo de “flash steam peeler” capaz de procesar hasta
500 ton/h.
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Abajo, imagen de patatas peladas al vapor
Bibliografía.
Ver programa
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©Jose Maria Fernandez Sevilla
LastSaved 15/10/2004 11:46
LastSavedBy Jose Maria Fernandez Sevilla
LastPrint 20/10/2004 11:03
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