Mezclado de Alimentos Sólidos

MEZCLADO DE
ALIMENTOS
M.C. Ma. Luisa Colina Irezabal
Mezclado de Alimentos
El mezclado es una operación unitaria ampliamente utilizada en
el procesamiento de alimentos
Es la operación mediante la cual se obtiene una distribución
uniforme de dos o más componentes y es lograda
por medios mecánicos
Además de la mezcla de componentes, el mezclado puede ser
empleado con otros fines:
- Realización de trabajo mecánico (amasado de masas de panadería)
- Promoción de la transferencia de calor (congelación de helados)
- Promoción de la transferencia de masa (lixiviación de
componentes)
- Promoción de reacciones químicas y biológicas (fermentación)
El mezclado ejerce un importante efecto sobre las
propiedades funcionales y las características
sensoriales de los alimentos
Por ejemplo, en las masas de panadería, durante el
mezclado y amasado se facilita la formación de enlaces
de hidrógeno y disulfuro responsables de la estructura y
consistencia del gluten, a la que se debe la característica
textura del pan.
El mezclado es sumamente importante
cuando se trata de la elaboración de algunos
alimentos en los que la concentración de sus
diversos componentes debe cumplir con
normas o legislación
Por ejemplo, en mezclas de vegetales; en
salchichas, jamones y otros productos cárnicos;
en productos fortificados con vitaminas y/o
minerales, etc
Los componentes de una operación de mezclado pueden ser:
El grado de uniformidad obtenido en una mezcla varia de
acuerdo a la naturaleza de los componentes
En el caso de líquidos miscibles de baja viscosidad o sólidos
altamente solubles en líquidos puede obtenerse un alto grado de
uniformidad en la mezcla
Un mezclado menos uniforme se obtiene con líquidos viscosos,
pastas y productos secos
MEZCLADO DE ALIMENTOS SECOS
Cada ingrediente, posee propiedades
físicas que afectan su capacidad para
ser mezclado con otros ingredientes
Entre las propiedades que mas importancia tienen durante el
mezclado de alimentos secos se pueden mencionar:
- Tamaño de partícula
- Densidad
- Forma y características de superficie
- Higroscopicidad
- Adhesividad
- Susceptibilidad a cargas electrostáticas
El tamaño de partícula es el factor que más influye
sobre el mezclado uniforme de los alimentos secos
Teóricamente si todos los ingredientes tuvieran el
mismo tamaño de partícula, seria muy fácil mezclarlos y no ocurriría
segregación.
En diversos estudios se ha demostrado que conforme se incrementa el
tamaño de las partículas, se requiere mas tiempo para obtener un
mezclado uniforme (con menos de un 10 % de coeficiente de variación
entre muestras); sin embargo, en la practica es necesario mezclar
partículas con un amplio rango de tamaños.
Por lo general se consiguen mezclas mas
uniformes con aquellos productos cuyo
tamaño, forma y densidad son semejantes
Diferencias excesivamente grandes en
estas características pueden incluso
impedir su mezcla.
La homogeneidad en el mezclado es tanto más difícil de
conseguir cuanto más diferentes son las cantidades de cada
componente.
El componente que se encuentra en
menor proporción, es el más difícil de
homogeneizar.
La uniformidad del producto final depende principalmente de:
-Tipo de mezcladora empleada
-Condiciones del mezclado (velocidad, temperatura, tiempo)
-Composición del alimento
Con algunas mezclas, después de que inicialmente se
consigue una uniformidad en el mezclado, ésta se rompe y
los productos comienzan a separarse (segregación). En
estos casos es de suma importancia controlar con
exactitud el tiempo de mezclado
SEGREGACIÓN DE LOS
INGREDIENTES DE UNA MEZCLA
SEGREGACIÓN
Tendencia a la separación de los
componentes de una mezcla
Las principales causas principales de la
segregación son:
-
Diferencias en el tamaño de los componentes
Diferencias en la densidad de los componentes
Forma de las partículas
Realizar un Sobre-Mezcaldo
El objetivo de una mezcladora es
mover las partículas de los ingredientes
Cuanto mayor sea el movimiento de partículas
realizado, mas rápido y eficiente será el mezclado
La selección del tipo y tamaño de mezcladora mas adecuado
depende de
-Tipo y cantidad de producto a mezclar
-Velocidad de agitación necesaria para efectuar el mezclado
- Consumo energético
Existen básicamente 2 modalidades de mezcladoras para productos secos:
1) Aquellas en las que el material
se mueve como consecuencia
del movimiento de rotación del
recipiente que lo contiene
2) Aquellas en las que el material
es impulsado por la acción de
un transportador helicoidal
- Mezcladoras de Volteo
-Mezcladoras de Cinta
-Mezcladoras Verticales de Tornillo
Mezcladoras en las que el material se mueve como consecuencia
del movimiento de rotación del recipiente que lo contiene:
1) Mezcladoras de Volteo
Operan volteado la masa de los sólidos en un tambor giratorio de
forma variada.
Algunas formas típicas de estas mezcladoras son:
Mezcladoras de Volteo
Las mezcladoras de volteo se llenan sólo hasta la mitad de su capacidad
y giran a velocidades entre 20 y 100 rpm
La velocidad de volteo debe ser siempre inferior a la velocidad crítica
(aquella velocidad a la que la fuerza centrífuga supera a la de la gravedad)
Para mejorar su efectividad se colocan deflectores, paletas contra
rotatorias o sistemas giratorios internos.
Patrón de mezclado en una
mezcladora de tambor
Mezcladoras en las que el material es impulsado por la acción
de un transportador helicoidal
2) Mezcladoras de Cinta
Estas mezcladoras poseen en su interior dos o
mas cintas metálicas giratorias en forma
helicoidal, con las que además del mezclado el
alimento se desplaza a través de la mezcladora
Mezcladoras de Cinta
Las mezcladoras de cinta (sencilla o doble) son muy utilizadas para el
mezclado de ingredientes secos finamente particulados, como mezcla de
granos de cereales (antes de la molienda), harinas, mezclas para
pasteles, sopas deshidratadas, incorporar aditivos, etc.
3) Mezcladoras Verticales de Tornillo
Están constituidas por un tornillo vertical que gira sobre su eje, en el
interior de un recipiente cónico, que a su vez gira sobre su eje
longitudinal.
Mediante este sistema se consigue una intensa acción de mezclado, por lo
que resultan muy eficaces ciando se desea incorporar una cantidad muy
pequeña de un determinado ingrediente (ej: adición vitaminas a
chocolates en polvo, etc)
TIPOS DE MUESTRAS
Una mezcla perfecta de partículas de igual tamaño indica que
independientemente de la región donde tomemos una muestra,
encontraremos la misma proporción de cada tipo de partículas .
La mezcla perfecta, a menos que se haga manualmente,
NO es posible obtenerla en una mezcla real
Lo que se pretende lograr es una mezcla aleatoria o mezcla al
azar y evitar tener mezclas segregadas
Mezcla Perfecta
Mezcla al azar
Mezcla segregada
Mezcla aleatoria es aquella en que la probabilidad de que una
partícula de un determinado componente se encuentre en una
muestra es proporcional al número de partículas de ese
componente en la mezcla total
En los procesos industriales de mezclado, lo que se
espera obtener son
MEZCLAS ALEATORIAS
ya que son, en teoría las mejores mezclas que pueden
lograrse en la práctica (no es posible obtener mezclas
perfectas)
Cuando se desea valorar una mezcla, generalmente se utilizan los
INDICES DE MEZCLADO (M)
En ellos se compara la desviación estándar de una muestra de la
mezcla en estudio, con la desviación estándar de toda la mezcla
tanto al inicio del proceso, como la desviación estándar esperada al
final del mismo (mezcla aleatoria)
σm = desviación estándar de la muestra evaluada
σ0 = desviación estándar de la mezcla inicial
σ∞ = desviación estándar de la mezcla esperada al final del proceso
Existen muchos índices de Mezclado debido a que los sólidos son
sistemas complejos, que no pueden ser caracterizados de igual manera
en todas las aplicaciones y circunstancias
INDICES DE MEZCLADO
Tiempo de Mezclado
La homogeneidad de una mezcla depende del
tiempo de mezclado
La homogeneidad no aumenta indefinidamente
con el tiempo, sino que existe un tiempo de
mezclado óptimo
Esto se debe a que durante el proceso de
mezcla compiten mecanismos de mezclado y
desmezclado o segregación de los
componentes.
El tiempo de mezclado se relaciona con la desviación
estándar de una manera exponencial:
2.4
Si
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
Tiempo óptimo de mezclado
Mezclado Homogéneo
1.0
0.8
0.6
0.4
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
tiempo (minutos)
METODOLOGÍA PARA LA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE MEZCLADO
1)
Se toman muestras de la mezcla a diferentes tiempos durante la
operación de mezclado
2) Las muestras se analizan para determinar la concentración de los
componentes en ellas
3) Se define al concentración media final que se requiere en la mezcla
( ), así como el coeficiente de variación (CV) máximo que puede
permitirse en esa mezcla, y con ellos se calcula el valor de σ∞
4) Se calcula el valor de σ0
5) Se obtiene la Desviación Estándar de cada lote de muestras tomada en
cada tiempo
6) Se calculan los diferentes Índices de Mezclado de cada lote de
muestras tomada en cada tiempo
7) Se obtienen las gráficas de Índice de Mezclado vs. Tiempo, las cuales
indican el funcionamiento de la mezcladora y la eficiencia del mezclado
8) Se calcula el tiempo óptimo de mezclado tm