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Industrialización de Cítricos. Elaboración de jugo concentrado y aceite esencial.

En el proceso de industrialización de las frutas cítricas, se busca maximizar el rendimiento en la obtención de componentes de valor.

Para saber cuáles son esos componentes veremos en primer término como están compuestas las frutas cítricas.

Luego, describiremos en detalle las características del procesamiento de naranja, aunque las demás frutas cítricas se tratan de manera similar.

Composición de los cítricos

Los frutos cítricos más comunes son

En el fruto existen dos partes claramente diferenciadas:

El pericarpio está compuesto por el flavedo y el albedo.

El flavedo es la capa exterior de la corteza, relativamente delgada y de color amarillento- anaranjado. El flavedo del fruto maduro contiene los pigmentos y las glándulas donde se encuentran los aceites esenciales.

La epidermis se encuentra recubierta por una cera natural, que impide la pérdida de humedad y protege el fruto contra infecciones causadas por hongos.

El albedo es la capa inmediatamente inferior al flavedo. Su nombre alude a su color blanquecino.

En comparación con las glándulas de flavedo, las de albedo son más grandes, menos compactas y contiene gran cantidad de pectina. El albedo rodea la parte comestible de la fruta.

La pulpa o endocarpio es la parte carnosa de los cítricos. Se divide en gajos radiales, que contienen un sin número de vesículas donde se encuentra el jugo y que se adhieren entre sí, merced a unas sustancias pegajosas de alto peso molecular.

En el interior de los gajos se encuentran las semillas, cerca del corazón del fruto. Unos vasos cortos unen las semillas a los elementos conductores que transcurren a lo largo del eje principal del fruto.

Independientemente del sistema de extracción empleado se obtienen tres productos intermedios :

Industrializacion de citricos

La llegada a la fábrica

La fruta que llega a fábrica, a granel, en bins o en cajones tipo cosechero es pesada e inspeccionada. Luego se descarga y es transportada a silos para su almacenamiento, o bien pasa directamente a proceso.

La fruta, desde los silos o desde la descarga, va a un elevador que la conduce a la nave de procesamiento.

Comienza el acondicionamiento

La primera etapa en el procesado de los cítricos es el acondicionamiento. (Me gusta la palabra acondicionamiento. Significa “acción de preparar algo de manera adecuada”. Se refiere a muchas operaciones distintas y a la vez no dice nada…).

La primera etapa es el lavado, que tiene como objetivo la reducción de la carga microbiana presente en la superficie del fruto. Se realiza a través de una lavadora de cepillos. Se divide en un cepillado en seco, seguido de mojado por aspersión de agua, aplicación de detergentes e hipoclorito y enjuague final con agua potable. A medida que se transporta, se fuerza a la fruta a girar sobre sí misma mientras los cepillos eliminan las impurezas.

Selección, descarte y clasificación

La fruta, lavada y desinfectada se deposita sobre una mesa de rodillos. Los rodillos describen un movimiento de rotación a medida que avanzan y hacen girar la fruta para poder visualizar toda la superficie del fruto.

Allí se realiza manualmente el descarte de las unidades que no cumplen con los requisitos para el ingreso a extracción. Estos requisitos se refieren a la calidad fitosanitaria y a la presencia de frutas excesivamente grandes (superiores a 15 cm de diámetro). También se elimina cualquier elemento extraño a la fruta que pudiera ingresar al proceso, produciendo contaminaciones o poniendo en peligro la integridad de los equipos.

Los frutos ingresan a una tamañadora de cintas y rolos, de longitud variable, la cual separa la fruta en distintos grupos, según los tamaños de los extractores de las tecnologías en uso.

A la salida de esta máquina se encuentran unos contadores electrónicos que registran el número de unidades de fruta que ingresan a proceso. Esta información es trasmitida a una computadora que regula automáticamente la cantidad de fruta ingresada, al actuar modificando la velocidad del elevador de entrada.

Extracción

Dependiendo de la tecnología empleada (Por ejemplo Brown), la fruta ya clasificada por tamaño pasa a la extracción de aceite esencial. Se obtiene por raspado de la superficie de la fruta bajo una corriente de agua, que arrastra el aceite esencial en forma de emulsión hasta las centrifugas encargadas de la recuperación de este producto. Luego, la fruta continúa hacia la extracción de jugo.

En otras tecnologías (FMC, EXZEL) el aceite y el jugo se extraen en el mismo equipo.

En la extracción del jugo de los cítricos deberán separarse, el jugo, la corteza, y el aceite esencial de la manera más perfecta posible.

Por esta razón se han diseñado unos extractores de zumos especiales que además permiten el tratamiento individual de cada fruto.

Recordemos que en la corteza se encuentran los aceites esenciales, factor importante que influye sobre el sabor de los jugos. Su contenido deberá situarse entre el 0,01 y el 0,03 % para que el jugo presente un sabor equilibrado y sea apto para conservar.

Durante la extracción se ponen en contacto numerosos componentes y sistemas enzimáticos originariamente alojados en diferentes tejidos o porciones del fruto. Esta situación puede determinar reacciones y variaciones negativas en el color, en el gusto y en el aroma.

El control de dichas reacciones con el fin de guardar elevados niveles de calidad constituye el objetivo fundamental de una tecnología apropiada y especifica.

Tecnología de extracción Brown

Esta tecnología de origen estadounidense se caracteriza por la extracción mediante piñas o trompos rotativos

En los primeros la fruta, a la que se le extrajo previamente el aceite esencial, es cortada en dos mitades. Cada mitad es sostenida en una mordaza de acero inoxidable, recubierta de goma, que la sostiene como si fuera una mano.

Al tiempo que gira el cabezal principal de la máquina, que contiene un mínimo de siete mordazas, penetra en la fruta una piña o trompo giratorio que libera el jugo. Este sistema equivale a una versión mecánica automatizada del exprimidor manual casero.

Esta familia de extractores Brown se instala normalmente en líneas de varias máquinas, las cuales están configuradas para adaptarse a cada tamaño de fruta. Cada extractor tolera cierta superposición de tamaños de fruta haciendo un uso eficiente de todos los extractores en cada línea de procesamiento.

Tecnologias FMC y EXZEL

En estas tecnologías de extracción se separan los componentes de las frutas en cuatro corrientes:

  1. jugo simple
  2. emulsión de aceite esencial
  3. bagazo ( cáscara)
  4. membrana o cuore, ( semilla y pulpa )

La fruta es transportada hasta los extractores, mediante una cinta inclinada dividida en canales para los distintos tamaños de la fruta, y los distribuye en las extractoras.

La extractora tiene dos “copas”. En las copas inferiores automáticamente la fruta es centrada y posicionada para la extracción. La parte superior desciende mientras las copas se entrelazan, aplicándose presión a toda la superficie de la fruta.

La base de la copa inferior contiene un cortador hecho en acero inoxidable que conduce el jugo al tubo filtro o pre-finisher. El cortador realiza una incisión circular en la base de la fruta, y mientras las copas ejercen presión, el interior de la fruta es llevado completamente hacia el tubo pre-finisher, donde el jugo y la pulpa se separan instantáneamente de las semillas y la membrana. Solamente pasan al depósito el jugo y la pulpa.

El jugo simple es recogido por una cañería madre que lo transporta hacia la etapa de filtración del jugo.

En que consiste el “Finishing” o acabado

En la etapa de extracción de jugo, por cualquiera de las tecnologías empleadas, el jugo sale con una graduación aproximada de 11º Brix, y un contenido de pulpa que varía entre un 20 % y un 25 % en volumen.

A continuación de los extractores, este jugo se hace pasar por tamices de tambor horizontal conocidos como finishers, que reducen el contenido de pulpa hasta un 10-12%. Al mismo tiempo se eliminan pedazos de cáscara, restos de semillas, hollejos y otras fibras o membranas características de los cítricos.

Estos equipos pueden ser a tornillos o paletas. El principio de la operación consiste en filtrar el jugo a través de mallas de acero inoxidable con orificios de diámetro variable mediante sinfines de acero inoxidable (tornillo cónico-helicoidal), que obliga al jugo a pasar a través de la malla contra presión de aire controlado en la sección de salida. Esta contrapresión obliga al jugo a pasar de adentro hacia fuera.

En el sistema BROWN el jugo que sale del finisher primario (finisher a tornillo) tiene pulpa flotante en su composición. Una bomba lo hace pasar por los hidrociclones antes de pasar a un finisher secundario.

En estos hidrociclones se eliminan semillas embrionarias y pequeñas partículas de arena que pueden provocar graves daños en partes importantes de las maquinas.

Por el orificio de salida del hidrociclón drena una pequeña cantidad de jugo junto con las impurezas mencionadas anteriormente. Ambos pasan por un finisher a tornillo donde se recupera el jugo y eliminan las impurezas.

Estas impurezas junto a las cáscaras de los extractores, semillas, hollejos y membranas carpelares provenientes del finisher primario con destino a la planta de secado y producción de forraje cítrico.

Luego, en los llamados finishers secundarios o superfinishers, que son a paleta para evitar la rotura de las celdas, salen por la descarga las celdas para su tratamiento térmico, mientras que a través del tamiz sale el jugo con destino a la centrífuga.

Industrializacion de citricos

Centrifugación

Como se mencionó previamente, a la salida de los finisher el jugo presenta un porcentaje de pulpa que oscila del 10 al 12% y mediante el uso de clarificadoras centrifugas se la puede reducir hasta valores inferiores al 1%.

Las clarificadoras centrifugas tienen por objeto eliminar las partículas sólidas que contiene en suspensión un líquido. Estas clarificadoras van equipadas con un tambor de platos.

Allí, las partículas de mayor peso (pulpa sedimentable) se desplazan hacia las paredes del tambor, en tanto la fase menos pesada (jugo) se desplaza hacia el centro, saliendo por la periferia del eje central.

En la actualidad solo se emplean las clarificadoras centrifugas autodeslodantes, ya que estas máquinas facilitan los procesos continuos.

Cuando la cámara de sólidos se llena hasta un nivel óptimo, el tambor se abre automáticamente por medio de un sistema hidráulico y los sólidos son evacuados instantáneamente a velocidad de régimen.

En las descargas parciales como ocurre en el despulpado de jugos cítricos, se expulsa tan solo la cantidad de pulpa deseada, mientras que la fase liquida permanece en el interior del tambor.

A diferencia de ellas, en las descargas totales se expulsa todo el contenido del tambor. Como en la industria cítrica se trabaja únicamente con sólidos fáciles de expulsar, la única finalidad de las descargas totales consistirá en facilitar la limpieza del juego de platos.

El líquido clarificado se descarga a presión y sin espuma por medio de un rodete centrípeto o bomba a de descarga.

La velocidad de estos equipos varían entre 4000 a 4500 rpm y la forma de diferenciarlas de las separadoras de aceite está en el hecho que las separadoras de aceites tienen platos perforados y las clarificadoras de jugo carecen de estos orificios.

Pasteurización

La pasteurización de los jugos cítricos tiene dos objetivos:

Para el caso de los jugos citricos el parámetro que define la pasteurización es el de la destrucción de las enzimas, debido a que se necesita mayor temperatura. Asegurando la destruccion de las enzimas se logra también una adecuada reducción del conteo microbiológico en el jugo pasteurizado.

Un pasteurizador debe cumplir algunos requisitos minimos :

Los pasteurizadores que se usan en la industria del citrus tienen generalmente un sector de recuperación de calor, el sector de calentamiento propiamente dicho y el holding o retención.

En esta industria no se usa recuperación de calor con el mismo jugo caliente, sino que se aprovechan las calorías de los distintos condensados del evaporador. despues del pasteurizador el jugo, aun caliente, ingresa directamente al concentrador

Los equipos mas usados en esta industria son :

Todos estos equipos tienen automatismos incorporados para la correcta regulación de la temperatura.

Concentración

La evaporación tiene como objetivo concentrar una solución que consta de un solvente volátil y un soluto no volátil. En los procesos de la ingeniería de alimentos el solvente a eliminar es agua: los jugos de cítricos a concentrar poseen entre un 86% a un 90% de agua.

Se procede entonces a separar agua por ebullición de la solución, obteniendo una solución de mayor concentración.

La evaporación tiene múltiples aplicaciones en el campo de los alimentos.

Al evaporar jugos cítricos se busca:

· reducir costos de almacenamiento, envasado y transporte.

· reducir la aw aumentando la concentración de sólidos solubles, contribuyendo así a su conservación.

· preconcentrarlos para su posterior procesamiento, por ejemplo secado en spray.

Esencialmente, un evaporador consta de

· una cámara de calefacción a la que llega el fluido calefactor o vapor primario (se conoce como “calandria”);

· una cámara de evaporación a la que llega la solución diluida,

Ambas cámaras están separadas por una superficie de calefacción metálica. El fluido calefactor es generalmente vapor de agua a baja presión que condensa cediendo su calor latente.

Los vapores que se producen por la ebullición de la solución (vapores secundarios) se separan de la misma mediante algún dispositivo separador de vahos.

En la cámara de evaporación la presión es menor que en la de calefacción, de modo de que exista la diferencia de temperaturas imprescindible para el intercambio de calor.

Para evitar el daño térmico, en la cámara de evaporación el líquido se mantiene a presiones menores que la atmosférica, asegurando su ebullición a temperaturas bajas.

Evaporación. Simple y Múltiple efecto

Cuando el vapor procedente del líquido en ebullición se condensa y se desprecia se denomina evaporación de simple efecto.

En cambio si los vapores que se desprenden del líquido en ebullición se reutilizan como medio de calefacción en otro cuerpo de evaporador, el sistema recibe el nombre de evaporación en múltiple efecto.

En un evaporador de triple efecto, por ejemplo, los vapores producidos en el primer y segundo efecto son reutilizados como medios calefactores del segundo y tercer efecto respectivamente.

El uso de los vapores desprendidos en efectos adicionales resulta en un aumento de la eficacia y por lo tanto implica una mayor economía en la utilización del calor.

¿Cómo afecta al jugo?

Es importante conocer las características físicas y químicas del líquido a concentrar, pues su naturaleza afecta profundamente al rendimiento del proceso de elaboración. Entre las características de los jugos cítricos se pueden mencionar:

· Sensibilidad térmica: los alimentos resultan afectados en sus características estructurales, organolépticas y nutritivas cuando se calientan a temperaturas moderadas durante tiempos prolongados.

· En jugos cítricos a medida que aumenta la temperatura y la acidez, mayor es la velocidad de los cambios en el color por pardeamiento no enzimático. Este proceso se acentúa aún más en los jugos de limón por lo que se procesan hasta concentraciones menores.

· También las altas temperaturas y prolongados tiempos de exposición a las mismas originan la aparición de sabores a cocido y la reducción en el contenido de vitamina C. Por lo tanto se debe disminuir la temperatura y/o trabajar con bajos tiempos de retención, además de controlar la no-existencia de sobrecalentamientos en ninguna parte del equipo.

· Variación de las propiedades con la concentración: a medida que aumenta la concentración de una disolución, adquiere cada vez más un carácter particular, diferente a la solución diluida. La viscosidad y la densidad aumentan con el porcentaje de sólidos, lo que afecta al coeficiente individual de transferencia de calor. La temperatura de ebullición también aumenta lo que disminuye la diferencia de temperatura de intercambio.

La concentración inicial de sólidos solubles en un jugo de naranja oscila entre los 10 y 11ºBrix y se concentran hasta los 65ºBrix. En jugo de pomelo, la concentración inicial de la que se parte es de 9ºBrix y se busca obtener un producto final de unos 58 a 60ºBrix. En el caso del limón, se parte de jugos de 7ºBrix y se pretende alcanzar una concentración final de 400 a 500 gramos por litro expresados como ácido cítrico.

· Las condiciones de bombeo de los jugos con que se alimenta un evaporador son similares a las del agua. En las últimas etapas de su concentración la viscosidad alcanza los 10000 a 15000 cp, la densidad inicial de 1,04g/ml adquiere valores de hasta 1,33g/ml. Esto modifica sustancialmente la reología del líquido y las condiciones de la transferencia de calor.

· Contenido de volátiles: los componentes aromáticos de los alimentos líquidos son volátiles. Durante la evaporación la mayoría de los aromas propios del jugo recién extraído son arrastrados con el vapor de agua, con lo que se reduce su contenido en el concentrado resultante. Esta pérdida se podría minimizar con un sistema de recuperación de aromas. Otras veces se procede a mezclar el concentrado resultante con jugo fresco o con aceites esenciales procedentes de la cáscara.

· Formación de depósitos: Algunas soluciones originan costras o incrustaciones sobre la superficie de calefacción. Esto incide directamente reduciendo el valor del coeficiente global de transferencia de calor. Los jugos cítricos contienen solutos disueltos y también pulpa en suspensión, por lo que se deben extremar las precauciones para evitar sobrecalentamientos, zonas desnudas o muertas, particularmente en el sector de transferencia de calor. Para descostrar las superficies se debe interrumpir el funcionamiento del equipo. Este se puede realizar in situ con agentes químicos o las más resistentes por raspado mecánico.

Envasado de Jugo concentrado

Existen varios sistemas de envasado para el jugo concentrado.

El mas común es el envasado en tambores con doble bolsa de polietileno. La mayor desventaja es que las dos bolsas son abiertas y la superficie del jugo está en contacto con el ambiente durante el tiempo que dure el envasado. En general este tiempo no es mayor a 2 o 3 minutos.

Una mejora de este primer sistema es que la bolsa interior sea cerrada y tenga un pico con tapón. Este tapón se retira solamente en el momento del envasado y una vez completado el mismo se vuelve a poner. La ventaja respecto al sistema anterior es que el jugo practicamente no está en contacto con el ambiente y que el cierre de la bolsa interior es mas efectivo.

Otra opción es el envasado aséptico. La ensadadora tiene un pico especial que impide el contacto del producto con la atmósfera durante el envasado.

Los distintos pasos que sigue el envasado aséptico son :

Se pone el pico en el cabezal de envasado.

El cabezal retira la tapa y esteriliza el ambiente del cabezal con vapor.

Envasa el producto y llena hasta pesada prefijada.

Compensa el espacio de cabeza que queda en la bolsa, con nitrógeno para desplazar el aire y vuelve a tapar la bolsa.

Todos estos pasos se realizan dentro del cabezal, por lo tanto en ningún momento hay contacto del producto con el ambiente.

La bolsa que se usa es de varias capas las cuales son barreras para luz, oxigeno y otros gases que pueden migrar a través de los films de polietileno común. Cabe destacar que las bolsas son esterilizadas por radiacion por el proveedor, lo que garantiza la esterilidad de las mismas.

En cuanto a los envases usados para envasar concentrados citricos se pueden emplear:

tambores de chapa de 200 litros con pintura interior sanitaria y con doble bolsa de polietileno de las cuales la interior puede o no ser cerrada con pico de envasado.

Envases plásticos de distintas capacidades, los cuales vienen cerrados con tapa y esteriles en su interior. Se envasan con un peso determinado y característico de cada compañía. Estos envases son de un solo uso y no tienen retorno.

Tanques contenedores, en los cuales se envasa una carga completa de 18.000 a 20.000 kg y donde el espacio de cabeza se compensa con atmósfera de nitrógeno.

Conclusión

En este artículo hemos descripto detalladamente el proceso industrial para la obtención de jugos cítricos. En próximas entradas conoceremos la obtención de otros componentes de valor tales como los aceites esenciales de cítricos.

Los desafíos que enfrentan estas tecnologías pasan por incrementar el rendimiento en la obtención de componentes de valor y a mejorar su calidad, así como obtener la automatización y el perfeccionamiento de los procesos tradicionales.