Diseño de Proceso para el Desarrollo de Barras Energéticas como Subproducto en la Obtención de Leche Saborizada de Soya



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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción

“Diseño de Proceso para el Desarrollo de Barras Energéticas como Subproducto en la Obtención de Leche Saborizada de Soya”




TESIS DE GRADO
Previo a la obtención del Título de:

INGENIERO DE ALIMENTOS

Presentada por:


Vannia De María Gamboa Valarezo
GUAYAQUIL – ECUADOR
Año: 2007


AGRADECIMIENTO

En primer lugar quiero agradecer a mi familia por su apoyo y cariño incondicional. A mi profesora, Ing. Ana María Costa que de manera amigable ha sabido guiarme. A todas aquellas personas que de una u otra manera me han apoyado durante mi etapa académica. A mis amigos de la universidad, gracias por su amistad.



DEDICATORIA

A Mi Familia. Sin ustedes el esfuerzo no habría valido la pena. Los Amo



TRIBUNAL DE GRADUACIÓN


Ing. Eduardo Rivadeneira P. Ing. Ana María Costa V.

DECANO DE LA FIMCP DIRETOR DE TESIS

PRESIDENTE




MBA Mariela Reyes L. Ing. Karin Coello O.

VOCAL VOCAL

DECLARACIÓN EXPRESA
¨ La Responsabilidad del contenido de esta tesis de grado, me corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL¨
(Reglamento de Graduación de la ESPOL).

_________________________

Vannia De María Gamboa Valarezo
RESUMEN

El grano de soya es ampliamente reconocido por su elevado contenido en nutrientes. Durante el proceso de elaboración de la leche de soya el okara o pulpa residual del proceso representó del 20 a 25 por ciento del desperdicio cuyo alto valor nutricional y energético fue aprovechado.


En el presente trabajo se propuso aprovechar integralmente el grano de soya, dando valor agregado a la fase líquida donde se obtuvo leche saborizada de soya y, a partir del desperdicio se obtuvieron barras energéticas.
En la primera etapa se analizaron los métodos ya establecidos para obtener leche a partir del grano entero y empleando una matriz de decisiones se seleccionó el más apropiado obteniéndose como resultado el método de Cornell.
Posteriormente mediante pruebas experimentales a nivel de laboratorio se determinaron las formulaciones y parámetros de proceso para obtener leche saborizada de soya y barras energéticas. En base a los resultados obtenidos se diseñaron los procesos a nivel piloto.
Finalmente se establecieron las especificaciones técnicas de los productos terminados empleando el análisis de estabilidad en percha, análisis sensorial y costos de ambos procesos.


INDICE GENERAL


ABREVIATURAS



Ac

Acido

Bar

Bares

Cm

Centímetros

CT

Costo Total

E. Coli

Escherichia Coli

Gr

Gramos

Kcal

Kilo Calorías

Kg

Kilogramos

Mc

Masa de Cocción

Me

Masa de Cereales

MF

Masa del Fréjol

Mf

Masa de Corte y Enfriamiento

Mh

Masa de las Barras E.

Mi

Masa Inicial

Ml

Masa de la Leche de Soya

Mo

Masa del Okara

Mz

Masa de la Mezcla

mg

Miligramos

min

Minutos

ml

Mililitros

neg.

Negativo

PV

Precio de Venta

ST

Sólidos Totales

TM

Toneladas Métircas

UP

Unidades de Producción

W

Porcentaje de Agua Evaporada

Xc

Sólidos de Cocción

Xe

Sólidos de los Cereales

XF

Sólidos del Fréjol

Xf

Sólidos del Corte y Enfriamiento

Xh

Sólidos de las Barras E.

Xi

Sólidos Iniciales

Xl

Sólidos de la Leche de Soya

Xo

Sólidos del Okara



SIMBOLOGÍA



º C

Grados Centígrados

CP

Centi Poise

FAO

Food and Agriculture Organization

FDA

Food and Drugs Adinistration

FL

Fluidos

INEN

Instituto Ecuatoriano de Normalización

NTE

Normas Técnicas Ecuatorianas

OMS

Organización Mundial de la Salud

OZ

Onzas

PH

Indicador de Alcalinidad

PSI

Pounds per Square Inch

SI

Sistema Internacional de Medidas

UFC

Unidades Formadoras de Colonias

VDR

Valores Diarios Recomendados


INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Composición del Fríjol de Soya………………………………………6

Figura 1.2 Productos elaborados a partir del grano de soya………………...12


Figura 1.3 Diagrama de Flujo Método Tradicional……………………………..16

Figura 1.4 Diagrama de Flujo Método Illinois………………………………….17

Figura 1.5 Diagrama de Flujo Método de Cornell……………………………..18

Figura 2.1 Desnaturalización de Proteínas Vs. Tiempo y Temperatura……..26

Figura 3.1 Diagrama de Proceso de Leche Saborizada de Soya…………...48

Figura 3.2 Limpieza de los Granos de Soya…………………………………...50


Figura 3.3 Cocción y Molienda…………………………………………………...51
Figura 3.4 Indicador de Temperatura…………………………………………..52
Figura 3.5 Filtrado………………………………………………………………..52
Figura 3.6 Mezcla de la Dosificación…………………………………………….53
Figura 3.7 Homogenización………………………………………………………54
Figura 3.8 Embotellado de Leche Saborizada de Soya……………………….54
Figura 3.9 Botellas Esterilizadas………………………………………………..55
Figura 3.10 Bascula………………………………………………………………56
Figura 3.11 Equipo Stephan……………………………………………………..57
Figura 3.12 Equipo Homogenizador……………………………………………..58

Figura 3.13 Envasadora de Botellas…………………………………………….59


Figura 3.14 Autoclave……………………………………………………………60
Figura 3.15 Balance del Proceso Leche de Soya……………………………..67

Figura 3.16 Diagrama de Flujo Barras Energéticas……………………………69



Figura 3. 17 Báscula………………………………………………………………76
Figura 3.18 Mesas Industriales…………………………………………………..77
Figura 3.19 Marmita………………………………………………………………78
Figura 3.20 Horno Industrial……………………………………………………...78
Figura 3.21 Banda Transportadora……………………………………………..79
Figura 3.22 Empacadora de Barras Energéticas……………………………...79
Figura 3.22 Balance del Proceso de Barras Energéticas…………………….88
Figura 4.1 Presentación Final Leche Saborizada de Soya…………………..91
Figura 4.2 Presentación Final Barras Energéticas………………………….....91
Figura 4.3 Prueba de Análisis Sensorial………………………………………104
Figura 4.4 Gráfico de Aroma……………………………………………………106
Figura 4.5 Gráfico de Apariencia……………………………………………….106
Figura 4.6 Grafico de Dulzor……………………………………………………107
Figura 4.7 Gráfico de Sabor……………………………………………………107
Figura 4.8 Gráfica de Aceptación………………………………………………108
Figura 4.9 Gráfica de Apariencia………………………………………………109
Figura 4.10 Gráfica de Textura………………………………………………...109
Figura 4.11 Gráfica de Dulzor…………………………………………………..110
Figura 4.12 Gráfica de Sabor…………………………………………………..110
Figura 4.13 Gráfica de Aceptabilidad…………………………………………..111
INDICE DE TABLAS
TABLA 1 MATRIZ DE DESICIONES........................................................22
TABLA 2 FORMULACIÓN # 1 DE LECHE SABORIZADA……………….36
TABLA 3 FORMULACIÓN # 2 DE LECHE SABORIZADA……………….37
TABLA 4 FORMULACIÓN # 3 DE LECHE SABORIZADA……………….38
TABLA 5 FORMULACIÓN # 1 DE BARRAS ENERGÉTICAS…………...44
TABLA 6 FORMULACIÓN # 2 DE BARRAS ENERGÉTICAS…………...45
TABLA 7 FORMULACIÓN # 3 DE BARRAS ENERGÉTICAS…………...46
TABLA 8 COMPOSICIÓN NUTRICIONAL LECHE SABORIZADA DE SOYA………………………………………………………………..92
TABLA 9 COMPOSICIÓN NUTRICIONAL BARRAS ENERGETICAS….93
TABLA 10 REQUISITOS BROMATOLÓGICOS LECHE SABORIZADA DE SOYA………………………………………………………………..94
TABLA 11 REQUISITOS BROMATOLOGICOS BARRAS ENERGÉTI-CAS………………………………………………………………….94
TABLA 12 REQUISITOS MICROBIOLOGICOS DE LECHE SABORIZADA DE SOYA……………………………………………………………95
TABLA 13 REQUISITOS MICROBIOLOGICOS DE BARRAS ENERGETI-CAS………………………………………………………………….95
TABLA 14 ANALISIS MICROBIOLOGICOS DE LECHES SABORIZADAS DE SOYA………………………………………………………….101
TABLA 15 ANALISIS MICROBIOLOGICO BARRAS ENERGÉTICAS ……………………………………………………………………...103
TABLA 16 RESULTADOS DEL ANÁLISIS ECONÓMICO LECHE DE SOYA ................................................................................................113
TABLA 17 RESULTADOS DEL ANÁLISIS ECONÓMICO BARRAS ENERGETICAS…………………………………………………..114

INTRODUCCION
El presente proyecto trata sobre darle valor agregado a la soya con la obtención de leche saborizada de la fase líquida, y lograr un aprovechamiento integral al desarrollar barras energéticas como subproducto a partir del desperdicio del proceso.
Existen en la actualidad varios métodos de elaboración de leche de soya que ayudan a determinar de mejor manera los parámetros que afectan al producto final durante su proceso. Para la leche de soya los parámetros a determinar son los de tiempo y temperatura que van proporcionalmente relacionados con la inactivación de enzimas y la pérdida de proteínas como valor nutricional.
El residuo sólido de la leche de soya llamado también okara fue aprovechado como ingrediente principal para la elaboración de barras energéticas, siendo la humedad el parámetro principal a determinar en el diseño del proceso.
Mediante equipos industriales se realizaron las pruebas a nivel piloto obteniendo en la leche saborizada de soya y en la barras energéticas resultados deseados en el diseño de proceso. Este objetivo se logró realizando pruebas de formulación, que a su vez fueron aceptadas mediante evaluaciones sensoriales, además se realizaron los cálculos para el balance de diseño de proceso, análisis microbiológico para determinar la estabilidad en percha del producto final y mediante un análisis económico sus costos de producción.

CAPITULO 1



  1. GENERALIDADES




    1. La Soya

La soya se originó en Asia hace aproximadamente 5,000 años y ha jugado desde entonces un papel crucial en la alimentación de los pueblos orientales como el Chino y el Japonés.
El nombre botánico de la soya es Glycine max, y es un cultivo anual cuya planta alcanza generalmente una altura de 80 cm. La semilla de soya se produce en vainas de 4 a 6 cm. de longitud, y cada vaina contiene de 2 a 3 granos de soya.

La soya se desarrolla óptimamente en regiones cálidas y tropicales. El fríjol soya se adapta a una gran variedad de latitudes que van desde 0 a 38 grados, y los mayores rendimientos en la cosecha se obtienen a menos de 1000 metros de altura. La semilla varía en forma desde esférica hasta ligeramente ovalada y entre los colores más comunes se encuentran el amarillo, negro y varias tonalidades de café.

(www.1, 2006)

La producción de soya se encuentra en las provincias de Los Ríos y de Guayas pues reúnen condiciones favorables para este cultivo, que se realiza en grandes extensiones y en forma mecanizada.

Tanto la superficie sembrada como la producción se concentran en la Provincia de Los Ríos; alrededor del 96% de la superficie sembrada de soya y alrededor del 97% de su producción se encuentran en ese cantón, con un rendimiento promedio de 1,72 TM/Ha. Lo restante de la producción se distribuye en las provincias de Guayas, Manabí, El Oro, por la Región del Litoral, Bolívar, Cotopaxi, Chimborazo y Pichincha por la Sierra, las dos últimas con producciones marginales; y en la misma baja magnitud Morona Santiago y Napo por la Amazonía. 
La producción de soya abastece a las nueve plantas agroindustriales existentes en el país, de las cuales se hallan localizadas seis en Guayaquil, dos en Manta y una en Quito.(www.2, 2006)


    1. Beneficios y Composición de la soya

El grano de soya es una semilla compuesta de una cáscara, un hipo cotilo y dos cotiledones. El grano soya se considera como oleaginosa debido a que tiene un alto contenido de grasa (20%), además contiene también proteína (40%), hidratos de carbono (25%), agua (10%)y cenizas(5%). Desde un punto de vista alimenticio y comercial sus principales componentes son la proteína y la grasa.




Figura 1.1 Composición del Fríjol de Soya

La soya también es rica en vitaminas (Vitamina A, E, K y trazas de Vitamina B) y minerales (Potasio, Hierro, Zinc y Fósforo).

El grano de soya a su vez contiene ácidos grasos saturados y un 60% en ácidos grasos insaturados que consisten en ácidos linoléicos y linolénicos los cuales ayudan a promover la salud cardiovascular. (Tetra Pak, 2005)

La soya contiene compuestos llamados isoflavones, que tienen efectos sobre el organismo como el estrógeno. Aunque los isoflavones se encuentran en pequeñas cantidades en algunos granos y vegetales, el fríjol de soya es la fuente más concentrada de isoflavones.
La investigación sobre los isoflavones de la soya, que es de forma general limitada, muestra cierto número de beneficios potenciales para la salud:


  • disminuye los niveles de colesterol

  • reduce la severidad de los estragos de la menopausia

  • mejora el sistema inmunológico

  • protege contra la osteoporosis

  • reduce el riesgo cardiovascular.

Entre los beneficios de la soya podemos decir que es un producto libre de lactosa por la cual la hace un alimento excelente para aquellas personas que sufren de intolerancia a dicho componente. (Tetra Pak, 2005)




    1. Productos Elaborados a partir del grano de soya

De acuerdo a la Administración de Drogas y Alimentos de Estados Unidos (FDA). Existen en la actualidad diversos productos elaborados a base del grano de soya y esto se debe a que los productos de soya ofrecen muchos beneficios para la salud. (www.3, 2005)


Entre estos tenemos:


  • Miso:

El miso es una mezcla fermentada de soya, sal y otro grano que resulta en una pasta salada. Esta combinación de ingredientes se deja madurar de uno a tres años en barriles de madera de cedro. El miso se puede usar para sazonar sopas, salsas, aderezos y salsas para marinar.


  • Tofu:

Este es la leche de soya cuajada y se prepara al mezclar la leche de soya caliente con un coagulante. El tofu es blanco, tiene la forma cuadrada y su textura, sabor y consistencia es similar a la del queso. El tofu está disponible en consistencia firme, suave o de seda y puede encontrarse en la sección de productos lácteos del supermercado. El tofu de consistencia firme se usa en recetas de “stirfry”, en sopas y en guisados. El tofu suave puede ser mezclado con hierbas y especies para usarse en salsas.



  • Nueces de soya:

Las nueces de soya tostadas son frijoles de soya enteros que han sido remojados en agua y horneados. Estas nueces están disponibles en diferentes sabores, incluyendo las nueces de soya cubiertas en chocolate. Las nueces de soya son parecidas en textura y sabor al maní y son altas en proteínas e isoflavonas.



  • Tempeh:

El tempeh es hecho de frijoles de soya fermentados. Es un alimento tradicional de Indonesia. Se le da la forma de una torta de soya que es suave y rica. El tempeh puede ser marinado, asado o añadido a guisados, sopas y cazuelas. Tiene un sabor ahumado o a nuez. El tempeh se puede encontrar en la sección de productos lácteos del supermercado o en tiendas de productos naturales.



  • Salsa soya:

Este líquido color marrón oscuro se prepara de los frijoles de soya fermentados. Aunque las salsas de soya tiene un sabor salado, son más bajas en sodio que la sal. Algunos tipos de salsa de soya son shoyu, tamari y la salsa teriyaki. La salsa shoyu es una mezcla de soya con trigo, mientras que la salsa tamari es hecha de soya solamente. La salsa teriyaki es más espesa que los otros tipos de salsa e incluye ingredientes tales como azúcar y vinagre.



  • Natto:

El Natto es preparado de frijoles de soya enteros que son fermentados y cocinados. El Natto se digiere más fácilmente que los frijoles de soya enteros porque el proceso de fermentación destruye las proteínas complejas de los frijoles. El Natto tiene una textura como la del queso con una capa viscosa y pegajosa. En países asiáticos, el Natto se sirve con arroz, en sopas de miso y con vegetales. El Natto se vende en tiendas asiáticas y tiendas de productos naturales.



  • Leche de soya:

Los frijoles de soya son remojados, molidos y luego se cuelan para producir un líquido llamado leche de soya, el cual es un buen sustituto para la leche de vaca. La leche de soya pura, sin ser fortificada, es una buena fuente de alta calidad de proteínas y vitaminas del complejo B. La leche de soya también está disponible en versiones fortificadas y se vende en envases que se consiguen en los anaqueles del supermercado. La leche de soya debe refrigerarse luego de ser abierto el envase y se puede usar con cereales, batidos y en natillas.




Figura 1.2 Productos elaborados a partir del grano de soya



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