Elaboración
de un proceso tecnológico para la producción de jugo de naranja en polvo
Elaboration of a technological process to produce
orange juice powder
Alexandra Isabel Tapia Borja.[1],
Mabel Mariela Parada Rivera.[2],
César Arturo Puente Guijarro.[3],
Paúl Marcelo Manobanda Pinto.[4]
& Gonzalo Iván Guanoluisa Ataballo.[5]
Recibido: 17-04-2020 / Revisado: 19-05-2020 / Aceptado: 22-0=
6-2020
/ Publicado: 03-07-2020
Abstract. DOI: https://doi.org/= 10.33262/cienciadigital.v4i3.1323
El The objective of this work was to evaluate a
technological process for the production of orange powder, identifying
variables and parameters through tests at the laboratory level, which will
later be simulated in a process software in order to analyze its technical =
and
economic feasibility. Two varieties of orange were characterized by analyzi=
ng
their physicochemical properties, selecting the Valencia variety with 79.78%
and discarding the Washington variety with 61.5%, clarifying and encapsulat=
ing
the fluid for atomization. Statistically, an excellent yield of 76.7% and a
humidity of 0.763% were determined, with a temperature of 140 ° C and a
concentration of 7% w / w. The physical chemical and microbiological analyz=
es
are: ° Brix; 9.6, pH; 3.61, total coliforms, faecal
coliforms, Ecoli 0 CFU / g, molds and yeasts < 10 CFU / g, being within the allowed range of the=
NTE
INEN 2471. The simulation was performed based on 5 (MT) that corresponds to=
25%
of the unused production in the orange production of the Caluma
canton, taking into account that the total production is 22,482 MT, three
sections were defined: fruit preparation, juice production and powder
production, the same that count with unit operations of each section. From a
technical point of view, the project is totally viable, because the
sub-processes are feasible to be implemented and the final product meets the
necessary requirements for transportation and consumption.
The process is economically feasible, however the
system in 15 years generates a NPV (Net Present Value) of 744,000 USD and an
IRR (Internal Rate of Return) of 10% which, despite being positive, may not=
be
attractive to investors, considering that a total capital investment ($
2,878,000 $ USD) and the operating cost (4,814,762 $ USD) will be required.=
Keywords:
chemical engineering and
technology, maltodextrin, spray drying, computational simulation.
Resumen.
El
objetivo de este trabajo fue evaluar un proceso tecnológico para la producc=
ión
de polvo de naranja identificando
variables y parámetros a través de ensayos a nivel laboratorio, que
posteriormente se simulo en un software de procesos con el fin de analizar =
su
pre factibilidad técnica y económica. Se caracterizó dos variedades de nara=
nja
analizando sus propiedades fisicoquímicas, seleccionando la variedad valenc=
ia
con un 79.78% y descartando la Variedad Washington con el 61.5%, se clarifi=
co y
encapsulo el fluido para su atomización. Estadísticamente se determinó un
excelente rendimiento de 76.7 %, y una humedad 0.763 %, con temperatura de
140°C y concentración 7% p/p. Los análisis fisicoquímicos y microbiológico =
son:
°Brix; 9.6, pH; 3.61, coliformes totales, colif=
ormes
fecales, Ecoli 0 UFC/g, mohos y levaduras <
10 UPC/g, encontrándose dentro del rango permisible de la NTE INEN 2471. La=
simulación
se realizó en función a 5 (TM) que corresponde al 25 % de la producción no
utilizada en la comercialización de naranja del cantón Caluma, teniendo en
cuenta que la producción total es de 22.482 TM, se definieron tres seccione=
s:
preparación de la fruta, producción de jugo y la producción de polvo, los
mismos que, cuentan con operaciones unitarias propias de cada sección. Desd=
e el
punto de vista técnico, el proyecto es totalmente viable, debido a que los
subprocesos son factibles de ser implementados y el producto final cumple c=
on
los requisitos necesarios para su comercialización y consumo. El proceso es
económicamente factible, sin embargo, el sistema en 15 años genera un VAN
(Valor Actual Neto) de 744.000USD y un TIR (Tasa Interna de Retorno) de 10%=
que
a pesar de ser positivos podrían no ser atractivos para los inversores,
considerando que se requerirá una inversión total del capital ($ 2.878.000$=
USD)
y el costo de operación (4.814.762$USD).
Palabras
Clave: Ingeniería y Tecnología Química, Maltodextrina,
Secado Por Atomización, Simulación Computacional.
Introducción.
La
naranja es nativa de la región tropical y subtropical de Asia, desde donde =
se
ha dispersado su cultivo por diferentes partes del mundo y que en la actual=
idad
se produce en varias regiones que poseen un clima cálido y templado. El jugo de naranja al ser consumido en =
estado
fresco genera una fuente natural de nutrientes y vitaminas que favorece como
refuerzo del sistema inmunológico, debido a que gran parte de su contenido =
es
vitamina c fibras y minerales (Moreiras, 2009, citado en Tapia, 2020).
A
nivel mundial la producción de naranjas es de 66,4 millones de toneladas
aproximadamente que representa el 14%, las proyecciones señalan que la
producción aumentará en una tasa anual de 1,2 %
En
Ecuador la producción total de naranja es de 149.380 TM, la superficie
cultivada es de 39.860 Has. En la provincia de Bolívar la producción es de
90.092 TM con una superficie cultivada 10.630 Has., y específicamente el en
cantón Caluma produce 22.482 TM con una superficie cultivada de 2.650 Has (MAGAP, Ministerio de Agricultur=
a,
Ganadería, Acuacultura y Pesca, 2013, citado en Tapia, 2020 ).
En
el Cantón Caluma del subtropical de Bolívar reconocido como la capital cítr=
ica,
un árbol en tiempos atrás generaba 150 y 200 frutos, mismos que en la
actualidad producen 400 y 700 frutos, esto ha generado una sobreproducción y
disminución en los precios del mercado, además que, al no vender la producc=
ión
total, el resto del producto se degradara, produciendo pérdidas económicas =
(El
Telégrafo, 2019, citado en Tapia, 2020).
Reineccius, (1989 citado en Ochoa=
.,
E, 2019)
el secado por atomización es uno de los métodos más empleados en muchos
sectores, industriales, cerámico, químico, alimentario y farmacéutico,
aplicando temperaturas de procesos
adecuadas el agua se elimina en forma de vapor, hasta obtener un
producto de calidad, conservando las propiedades físicos químicos de los
productos, eliminar la mayor cantidad de agua y conservar el producto de los
microorganismos que causan la oxidación (Geankoplis, 1998, citado en Tapia, 2020=
).
La
simulación es la utilización de recursos computacionales con el propósito de
construir modelos representativos aplicado en la industria química, física,
biológica y ambiental, se basadas en operaciones unitarias, que realiza los
procesos mediante diagramas de flujo, mecanizando los procesos y encontrand=
o un
punto de operación estable, que permite predecir la operación y el comporta=
miento
real, técnica y económica del sistema (Designer,
2019, citado
en Tapia, 2020).
Metodología.
La
investigación es de tipo exploratoria ya que recaba información de normativ=
as y
procedimientos para la materia prima y producto final, las variables y
parámetros de proceso se identifican con ensayos de laboratorio y procesos =
semi
industriales, además del uso de la simulación computacional para la propues=
ta
técnica y económica del diseño, basándose en los fundamentos y principios de
cálculos básicos, transferencia de calor y operaciones unitarias (
Se
aplicó el Diseño de Bloques Completamente Aleatorio (DBCA), se evaluaron
temperaturas de proceso y concentración con un modelo factorial 13,
aplicando el análisis estadístico de varianza prueba inter-sujeto y la prueba de TUKEY.
Figura 1.
Tratamiento y diseño experimental
Fuente: Elaboración autores, (citado en Tapia, 2020).<=
/span>
Tabla 1. Variables del proceso de atomización=
|
Variables |
Niveles<=
/span> |
|
Concentr=
ación |
C1;5 C2;7 C3;9 (% P/P) |
|
Temperat=
ura
de proceso |
T1; 120, T2; 140, T3; 160 ° C |
Fuente: Elaboración autores, (citado en Tapia, 2020).
Descripción del proceso a nivel
laboratorio.
Caracterización y selección de
materia prima.
Se
caracterizó dos variedades de naranja
mediante una inspección visual directa y atreves de análisis de sus
parámetros fisicoquímicos fue seleccionada la naranja de variedad valencia,
presentan mejores características
organolépticas como: de sabor aceptable, color muy bueno, textura buena y solo presentan defectos
tolerables, encontrándose libre de golpes y magulladuras en exceso, así mis=
mo
sus parámetros físicos químicos presentan un buen nivel de producción refer=
ente
al diámetro, peso neto y ácido ascórbico
Preparación de la mat=
eria
prima.
Se
realizó una limpieza profunda con agua potable para remover cualquier mater=
ia extraña
o contaminante que se encuentre en contactó con la fruta, posteriormente se
realizó el cortado, extracción y tamización del jugo: cortando la naranja en forma ecuatorial se colocó en una mesa desinfectada cada=
una
de las frutas, seguidamente se realizó la extracción del jugo en un extract=
or
manual tomando en cuenta las medias higiénicas para prevenir su contaminaci=
ón,
simultáneamente se realizó la tamización colocando un colador sobre el
recipiente recolector del jugo
Según Wi=
seman,
A. (1985 citado en Tapia., E, 2020), aplico una clarificación enzimática p=
ara
regular las propiedades fisicoquímicas de la concentración del jugo de nara=
nja
(viscosidad, °Brix, pH) mismos que interfieren =
en la
obtención del producto final, pues la
viscosidad de las mezclas al secar por atomización afecta el tamaño =
de
las microcápsulas y el grosor de sus paredes
Los
sólidos solubles en cantidades grandes afectan el proceso de atomización, a
valores superiores a 18 grados °Brix, el alimen=
to no
fluye, su manipulación y bombeo se hace difícil; afectando notablemente el
proceso de secado ya que el alimento se deposita en la boquilla y la elevada
temperatura del aire terminan por quemarlo (Yanza, G., 2000, citado en Tapia
2020).
Tabla 2. Propiedades físicas del jugo de naranja=
con
tratamiento
|
Par=
ámetro |
Media |
Desviación estándar |
Varianza |
|
Viscosid=
ad (mPa.s) |
2.342 |
0.12 |
0.004 |
|
Grados Brix (°Brix) |
11.675 |
0.08 |
0.005 |
|
pH |
4.445 |
0.05 |
0.004 |
Fuente:
Elaboración autores, (citado en Tapia, 2020).
Atomización, prueba
piloto.
En
la prueba piloto se alimentó concentraciones de p/p 5%, 7%, y 9%. El equipo
utilizado fue un secador por atomización neumático con una boquilla de 0,00=
2 m,
una cámara de secado de 0,58 m de altura, diámetro interno de 0,21 m.
Se
utilizó aire comprimido a una presión de 30 psi, a 40% de la capacidad de la
bomba con un flujo de alimentación 0,25 g/s. La alimentación se dosifica en=
el
secador por medio de una bomba de diafragma con una velocidad de 0,0113 m/s=
, y
una potencia de 0,02 HP. Se utilizó un sistema de recuperación de ciclón
separador de aire / polvo. En la prueba piloto de trabajó con temperaturas =
de
proceso de 120 °C, 140 °C y 160 °C
Descripción de la simulación.
La
simulación de la planta de producción de polvo de naranja se realizó
considerando una capacidad de procesamiento de 25 TM por lote, definiendo l=
os
compuestos y las sustancias involucradas en el proceso. Se aplicó las varia=
bles
y parámetros identificados en los ensayos a nivel laboratorio que permitió =
la
producción del polvo de naranja.
El
diseño del proceso de simulación se realizó en función a 5 Toneladas que
corresponde al 25 % de la producción no utilizada en la comercialización de
naranja del cantón Caluma, teniendo en cuenta que la producción total es de
22.482 TM
Figura 2.
Diagrama de flujo propuesto para producción de polvo de naranja
Fuente:
Elaboración propia.
Según Tapia, (2020), realizó el proceso de simulación
ingresando al sistema todos los componentes necesarios sustancias y compues=
to
que ingresan y salen del proceso, que interactúan de manera simultánea dura=
nte
la producción del polvo de naranja, los parámetros=
del
diseño de los equipos definen las condiciones de funcionamiento.
Tabla 3. Propiedades básicas físicas de component= es (Datos del Simulador)
|
Com=
ponente |
MW (g/gmol) |
Tb (°C) |
Tfreez (°C) |
DHform (J/gmol) |
|
Aroma |
46,07 |
78,25 |
- 114,10 |
- 276.980,00 |
|
Bentonita |
519,75 |
100,00 |
0,00 |
- 285.830,00 |
|
Enzimas |
18,02 |
100,00 |
0,00 |
- 285.830,00 |
|
Ácido clorhídrico |
36,46 |
- 84,95 |
- 114,18 |
- 92.310,00 |
|
Maltodextrina |
3.600,00 |
100,00 |
0,00 |
- 285.830,00 |
|
Metanol |
32,00 |
64,75 |
- 97,68 |
- 239.100,00 |
|
Nitrógeno |
28,02 |
- 195,76 |
- 210,00 |
0,00 |
|
Oxigeno |
32,00 |
- 182,84 |
- 218,79 |
0,00 |
|
Film de empaque |
18,02 |
100,00 |
0,00 |
- 285.830,00 |
|
Ácido Péctico |
179,00 |
100,00 |
0,00 |
- 285.830,00 |
|
Pectina |
100.000,00 |
100,05 |
- 273,15 |
0,00 |
|
Corteza |
2.100,00 |
100,05 |
- 273,15 |
0,00 |
|
Aceite de corteza |
136,23 |
100,05 |
- 273,15 |
0,00 |
|
Agua de corteza |
18,02 |
100,00 |
0,00 |
- 285.830,00 |
|
Agua de Proceso |
18,02 |
100,00 |
0,00 |
- 285.830,00 |
|
Pulpa |
147,60 |
100,05 |
- 273,15 |
0,00 |
|
Agua de Pulpa |
18,02 |
100,00 |
0,00 |
- 285.830,00 |
|
Sólidos solubles |
342,30 |
477,85 |
186,00 |
- 2.226.100,00 |
|
Agua |
18,00 |
100,00 |
0,00 |
- 285.830,00 |
Fuente:
Grupo de investigación.
Según Tapia, (2020),
ha
definido tres secciones: preparación de la fruta, la producción de jugo y la
producción de polvo, los mismos que, cuentan con operaciones unitarias prop=
ias
de cada sección. Esta división en secciones permite realizar un seguimiento
pormenorizado del diseño, simulación del proceso y evaluación de la
prefactibilidad técnico-económica.
Al
analizar las secciones del proceso, la sección de preparación de la fruta e=
s la
más simple, puesto que, en esta se encuentran las operaciones de
almacenamiento, lavado, selección y dimensionamiento del fruto, las mismas =
que
son operaciones mecánicas. Dentro de la sección de preparación del jugo, un=
a de
las operaciones más críticas es la clarificación enzimática del jugo, debid=
o a
que en la misma se la realiza en un biorreactor y la eficiencia de esta
operación es muy sensible a las variables que intervienen en la misma, la c=
ual
es la temperatura, la que debe ser constante a 54 °C. La otra operación crí=
tica
en la sección de preparación de jugo se encuentra en la concentración del j=
ugo
de naranja debido a que interviene la evaporación en equipos de múltiple
efecto, teniendo como resultado de la simulación un total de 4 efectos. En =
esta
sección también se presenta la recuperación del aceite y aroma, así como,
secado de la cáscara de la naranja, como desecho de este proceso. En la sec=
ción
de producción del polvo del jugo de naranja, se encuentra el secado por spr=
ay,
operación crítica, debido a que, la temperatura define la calidad del produ=
cto
final, estandarizando la temperatura final de los sólidos en 55 °C
El tipo de proceso es continuo, esto
debido a que, se debe aprovechar el intercambio energético del proceso de
evaporación, puesto que, constituiría una elevación de costos injustificabl=
e al
realizar este proceso de producción en forma batch o
semi continúa. Por otro lado, como unidad de producción se ha definido la f=
unda
de polvo de jugo de naranja con un peso total de 25.4 Kg, esto definido, en
función a la forma de comercialización internacional de este producto. Las
propiedades fisicoquímicas y termodinámicas de cada uno de los componentes =
que
intervienen en la simulación fueron definidas mediante revisión de diferent=
es
fuentes bibliográficas (Tapia, 2020).
Características
de las corrientes que intervienen en la simulación.
Las corrientes de entrada y salida que
intervienen en cada uno de los procesos tienen sus características y
condiciones de operación propias en función a los cambios físico y/o químic=
os
que ocurren en cada uno de los equipos de cada proceso, tomando en
consideración que, para la simulación de los procesos de clasificado,
dimensionado y extracción de jugo, se utiliza una caja general que permite
dividir las corrientes en función de un porcentaje de desecho o de división,
donde el resultado será una o varias corrientes de salida con sus propias
condiciones y características (Tapia, 2020).
Balance
de masa de componentes.
La entrada y salida d=
e componentes
está perfectamente balanceada, manifestando que, en caso de los valores
negativos, representan la cantidad de sustancia o compuesto que se ha gener=
ado
en el proceso (Tapia, 2020).
Tabla
4. Componentes de entrada y salida d=
el
sistema
|
Com=
ponente |
Ent=
rada |
Sal=
ida |
Ent=
rada-Salida |
|
|
||
|
Aro=
ma |
3,4=
84 |
3,4=
84 |
0 |
|
|
||
|
Ben=
tonita |
4,2=
66 |
4,2=
66 |
0 |
|
|
||
|
Enz=
imas |
12,=
798 |
12,=
798 |
0 |
|
|
||
|
Áci=
do
clorhídrico |
121=
|
121=
|
0 |
|
|
||
|
Mal=
todextrina |
41,=
314 |
41,=
314 |
0 |
|
|
||
|
Met=
anol |
0 |
2,1=
66 |
- 2=
,166 |
|
|
||
|
Nit=
rógeno |
33.=
510,629 |
33.=
510,629 |
0 |
|
|
||
|
Oxi=
geno |
10.=
172,923 |
10.=
172,923 |
0 |
|
|
||
|
Fil=
m de
empaque |
7,5=
50 |
7,5=
50 |
0 |
|
|
||
|
Áci=
do Péctico |
0 |
12,=
116 |
-
12,116 |
|
|
||
|
Pec=
tina |
13,=
063 |
0 |
13,=
063 |
|
|
||
|
Cor=
teza |
371=
,525 |
371=
,525 |
0 |
|
|
||
|
Ace=
ite
de corteza |
41,=
281 |
41,=
281 |
0 |
|
|
||
|
Agu=
a de
corteza |
3.7=
15,248 |
3.7=
15,248 |
- 0=
|
|
|
||
|
Agu=
a de
Proceso |
4.0=
39,900 |
4.0=
39,900 |
0 |
|
|
||
|
Pul=
pa |
42,=
674 |
42,=
674 |
0 |
|
|
||
|
Agu=
a de
Pulpa |
384=
,066 |
384=
,066 |
0 |
|
|
||
|
Sól=
idos
solubles |
470=
,285 |
470=
,285 |
0 |
|
|
||
|
Agu=
a |
3.6=
70,221 |
3.6=
69,002 |
1,2=
18 |
|
|
||
|
TOT=
AL |
56.=
501,345 |
56.=
501,345 |
0 |
|
|
Fuente:
Grupo de investigación.
Balance de energía de
procesos.
A
continuación, se presenta el balance energético de los procesos que intervi=
enen
en el proceso de fabricación del jugo de naranja en polvo.
Tab=
la 5. Balance energético de
procesos
|
Pro=
ceso |
Ene=
rgía
(kW-h/h) |
Uso=
(%) |
|
|||
|
Pre=
paración
de fruta |
2,1=
2 |
2,3=
|
|
|||
|
Lav=
ado |
0,7=
2 |
0,8=
|
|
|||
|
Cla=
sificado |
0,7=
0 |
0,8=
|
|
|||
|
Dim=
ensionado |
0,7=
0 |
0,8=
|
|
|||
|
Pro=
ducción
de jugo |
81,=
52 |
87,=
5 |
|
|||
|
Cla=
rificación
enzimática |
6,3=
9 |
6,9=
|
|
|||
|
Fil=
tración |
0,8=
4 |
6,9=
|
|
|||
|
Con=
centración |
59,=
43 |
63,=
8 |
|
|||
|
Sec=
ado
de cáscara |
9,3=
8 |
10,=
1 |
|
|||
|
Ext=
racción
de jugo |
1,0=
7 |
1,1=
|
|
|||
|
Sep=
aración
de aceite |
0,5=
5 |
0,6=
|
|
|||
|
Ref=
inamiento |
3,5=
9 |
3,9=
|
|
|||
|
Flu=
jo
de fluido |
0,0=
2 |
0,0=
|
|
|
||
|
Rec=
uperación
de bomba |
0,2=
6 |
0,3=
|
|
|
||
|
Pro=
ducción
de polvo |
9,5=
5 |
10,=
2 |
|
|
||
|
Sec=
ado
por pulverización |
9,1=
3 |
9,8=
|
|
|
||
|
Tra=
nsportador
de tornillo |
0,1=
4 |
0,2=
|
|
|
||
|
Emp=
aquetado |
0,2=
8 |
0,3=
|
|
|
||
|
TOT=
AL |
93,=
18 |
100=
|
|
|
||
Fuente:
Grupo de investigación.
La sección que más ne=
cesidad
energética requiere es la de Producción de jugo, siendo el subproceso de
Concentración el que más consume energía, esto debido a que, en el mismo se
utiliza evaporadores de multiefecto. Mientras q=
ue, la
sección de Preparación de fruta es la de menos consumo energético. En la
sección de la Producción de polvo el subproceso de Secado por pulverización=
es
el que mayor consumo energético tiene respectivamente (Tapia, 2020).
Costo
de equipos.
Los
costos de los equipos se encuentran en precios FOB (Free On
Board), en función a las especificaciones propi=
as de
cada uno, relacionado con la capacidad o tamaño y el material de construcci=
ón.
Recalcando que el material y el diseño de este, cumple con las normativas
técnicas ASME (American Society of
Mechanical Engineers), lo
cual repercute directamente sobre el costo del equipo, observando una eleva=
ción
sustancial de los mismos (Tapia, 2020).
Tabla
6. Costos
de los equipos (FOB) en función de sus especificaciones
|
Tip=
o |
Tam=
año (Ca=
pacidad) |
|
Cos=
to
de Com=
pra
($/Unit) |
|
Sec=
ador
de Spray |
1.211,42 |
L |
40,000 |
|
Sec=
ador
de Spray |
2,7=
1 |
m2<= o:p> |
5,0=
00 |
|
Eva=
porador |
10,=
78 |
m2<= o:p> |
100=
,000 |
|
Com=
partimento
de sólidos |
806=
,39 |
m3<= o:p> |
31,=
000 |
|
Rea=
ctor
Agitado |
4.7=
64,83 |
L |
19,=
000 |
|
Div=
isor
de Componente |
2.4=
28,90 |
kg/=
h |
14,=
000 |
|
Con=
densador |
8,4=
6 |
m2<= o:p> |
30,=
000 |
|
Lav=
adora (Flujo a Granel) |
4.5=
35,92 |
kg/=
h |
14,=
000 |
|
Caja
Genérica |
907=
,19 |
kg/=
h |
24,=
000 |
|
Int=
ercambiador
de Calor |
1,9=
8 |
m2<= o:p> |
5,0=
00 |
|
Int=
ercambiador
de Calor |
18,=
75 |
m2<= o:p> |
8,0=
00 |
|
Int=
ercambiador
de Calor |
0,2=
2 |
m2<= o:p> |
4,0=
00 |
|
Caja
Genérica |
4.5=
35,92 |
kg/=
h |
10,=
000 |
|
Mez=
clador |
371=
,19 |
kg/=
h |
5,0=
00 |
|
Rel=
leno |
0,1=
8 |
ent=
idad/min |
19,=
000 |
|
Tor=
nillo
Conveyor |
15,=
00 |
m |
2,0=
00 |
|
Mez=
clador |
3.5=
81,95 |
kg/=
h |
5,0=
00 |
|
Caja
Genérica |
3.5=
81,95 |
kg/=
h |
10,=
000 |
|
Mez=
clador |
2.2=
21,92 |
kg/=
h |
5,0=
00 |
|
Mez=
clador |
394=
,20 |
kg/=
h |
5,0=
00 |
|
Caja
Genérica |
4.5=
35,92 |
kg/=
h |
16,=
000 |
|
Sec=
ador
Rotativo |
70,=
25 |
m2<= o:p> |
50,=
000 |
|
Mez=
clador |
3.9=
76,33 |
kg/=
h |
5,0=
00 |
|
Mez=
clador |
1.6=
52,80 |
kg/=
h |
5,0=
00 |
|
Caja
Genérica |
1.6=
52,80 |
kg/=
h |
19,=
000 |
|
Cen=
trifuga
Pump |
0,0=
1 |
kW<= o:p> |
4,0=
00 |
|
Int=
ercambiador
de Calor |
0,08 |
m2 |
7,000 |
Fuente=
: Grupo de investigación.
Resultados.
Se caracterizó dos variedades de naran=
ja analizando
sus propiedades fisicoquímicas, seleccionando la variedad valencia con un
79.78% y descartando la Variedad Washington con el 61.5%, se clarifico y
encapsulo el fluido para su atomización.
Tabla 7.
Prueba
de Tukey en relación de temperaturas
|
Rendimiento=
|
|||
|
HSD
Tukeya,b=
|
|||
|
Temperatura |
N |
Subconjunto |
|
|
1 |
2 |
||
|
Temperatura120°C |
3 |
50,3667 |
|
|
Temperatura160°C |
3 |
|
64,2000 |
|
Temperatura140°C |
3 |
|
76,7667 |
|
Sig. |
|
1,000 |
,134 |
Fuente=
: Grupo de investigación.
Tabla
8. Prueba de Tukey en relación de concentración
|
Rendimiento=
|
|||
|
HSD
Tukeya,b=
|
|||
|
Concentración |
N |
Subconjunto |
|
|
1 |
2 |
||
|
Concentración 5% |
3 |
50,300 |
|
|
Concentración 9% |
3 |
63,933=
|
|
|
Concentración 7% |
3 |
|
76,420 |
|
Sig. |
|
,445 |
1,000 |
Fuente=
: Grupo de investigación.
La aplicación de la prueba de
comparaciones múltiples de TUKEY con un nivel de confianza del 95 %,
demostraron el mejor resultado con temperatura y concentración de 140°C y 5=
0%
en relación p/p. con un rendimiento del producto final de 76,76 % y una hum=
edad
de 0.763 %.
La validación del polvo de naranja que=
se
obtuvo mediante atomización se realizó en base al rango permisible NTE INEN
2471, mezclas en polvo para preparar refrescos o bebidas instantáneas, y un
producto existente y comercializado en el mercado. El resultado fue aprobad=
o ya
que los parámetros están dentro de la norma especificada. Brix; 9.6, pH; 3.61. Para coliformes Totales, coliformes fecales=
, E. coli presenta un valor de 0 UFC/g, mientras tanto que=
para
Mohos y Levaduras el resultado es ≤ 10 UPC/ g. razón por la cual el
producto cumple con las expectativas deseas y es apto para su almacenamient=
o y
consumo.
Evaluación Económica Total.
El
análisis de flujo de caja ha sido desarrollado mediante la información
internacional de comercialización del jugo de naranja en polvo. Además, se =
ha
mantenido constante los ingresos de ventas y costos de operación para todos=
los
años de recuperación de capital, solo teniendo una pequeña variación en el
primer año, debido a que en este se da el mayor desembolso de capital de
inversión.
La
unidad de producción utilizada es el dólar americano ($/USD), la misma que,
contiene un peso neto de producto final de 25.4 Kg de jugo de naranja en po=
lvo,
esta cantidad de producto por USD se encuentra en función de la forma de
comercialización internacional de este producto.
Tabla 9. Evaluación económica total
|
Inversión Total de Capital |
2.878,000 |
(USD) |
|
Costo
de Operación |
4.815,000 |
(USD/año) |
|
Net
Costo de Operación |
4.814,762 |
(USD/año) |
|
Ingresos
Principales |
4.194,000 |
(USD/año) |
|
Otros
Ingresos |
907,446 |
(USD/año) |
|
Ingresos
Totales |
5.102,000 |
(USD/año) |
|
Costo
Tasa Anual |
20,971 |
(fundas/año) |
|
Costo
Unitario de Producción Neto |
229,59 |
(USD) |
|
Ingreso
de Producción Unitaria |
243,27 |
(USD) |
|
Margen
Bruto |
5,62 |
(%) |
|
Retorno
de la Inversión |
15,28 |
(%) |
|
Tiempo
de Retribución |
6,55 |
(años) |
|
TIR
(Después de Impuestos) |
10,70 |
(%) |
|
VAN
(al 7.0% de Intereses) |
744,000 |
($USD) |
Fuente: Grupo de investigación.
Del análisis de los datos, mediante la
experimentación y simulación del proceso de producción de jugo de naranja en
polvo. Desde el punto de vista técnico, el proyecto es totalmente viable,
debido a que los subprocesos son factibles de ser implementados y el produc=
to
final cumple con los requisitos necesarios para su comercialización y consu=
mo.
El
proceso de producción también es económicamente factible, sin embargo, el
sistema en 15 años genera un VAN de 744.000USD y un TIR de 10% que a pesar =
de
ser positivos podrían no ser atractivos para los inversores, considerando q=
ue
se requerirá una inversión total del capital ($ 2.878.000$USD) y el costo de
operación (4.814.762$USD).
Los costos de capital fijo por cada
sección del proceso de producción del jugo de naranja en polvo, es la que m=
ás
capital necesita con un total de 49.45 % respecto al 43.29 % de la sección =
de
preparación de fruta y el 7.27 % de la producción del polvo. Mientras que, =
en
cada sección su capital fijo tiene un costo mayor en lo que corresponde a
materia prima comparado a los demás costos, con un 50.17 % en la sección de
preparación de frutas, 43.51 % de la sección de la producción de frutas y 4=
9.14
% de la sección de producción de polvo.
Conclusiones:
·&nb=
sp;
La investigación se
basó en un estudio a escala piloto aplicando la simulación de un proceso
tecnológico, con el uso de un simulador de código abierto, en la producción=
del
jugo de naranja en polvo, mediante atomización. Como punto de inicio del
estudio, se identificó que la variedad de naranja Valencia, es la=
óptima
para el diseño del proceso, por sus excelentes características fisicoquímic=
as y
organolépticas de acuerdo con las normativas INEN 2844 norma para la naranj=
a Y
El CODEX STAN 245-2004, MOD.
·&nb=
sp;
Para el proceso de
atomización se determinó que se debe aplicar un proceso de clarificación
enzimática para regular su viscosidad y °Brix,
considerando que el extracto presenta una elevada pegajosidad a causa de los
contenidos de los sólidos solubles, mismos que sin tratamiento enzimático h=
acen
más difícil el proceso de atomización, como agente encapsulante se utilizó =
la
maltodextrina en relación del 50% de p/p, para conservar sus propiedades
fisicoquímicas.
· Al aplicar = el Diseño de Bloques Completamente Aleatorio (DBCA), se evaluaron temperaturas= de proceso y concentración tomando como variable de respuesta el rendimiento, humedad, °Brix, pH, coliformes Totales, colifor= mes fecales, Ecoli, Mohos y Levaduras. Mediante aná= lisis estadístico y comparaciones según Tukey se determinó, temperatura óptima de proceso de 140 °C con una concentración del 7 % p/p, con lo cual se obtiene= un rendimiento del 76,76 % y una humedad de 0.763 %.
·&nb=
sp;
Los resultados del
jugo de naranja en polvo como producto final están dentro del rango permisi=
ble
de la norma NTE INEN 2471: 2010 mezclas en polvo para preparar refrescos o
bebidas instantáneas.
·
En función al 25 %=
de
la producción no utilizada en la comercialización de naranja del cantón Cal=
uma
y teniendo en cuenta que la producción total es de 22.482 TM, se realizó un
diseño del proceso para 5 Toneladas anuales, como unidad de producción se ha
definido la funda de polvo de jugo de naranja con un peso total de 25.4 Kg,
esto definido, en función a la forma de comercialización internacional de e=
ste
producto.
·&nb=
sp;
Para el diseño y
simulación del proceso, se ha definido tres secciones: preparación de la
fruta, la producción de jugo y la producción de polvo, los mismos que,
cuentan con operaciones unitarias propias de cada sección. Esta división en
secciones permite realizar un seguimiento pormenorizado del diseño, simulac=
ión
del proceso y evaluación de prefactibilidad técnico-económica.
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PARA CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
Tapia Borja, A=
. I.,
Parada Rivera, M. M., Puente Guijarro, C. A., Manobanda Pinto, P. M., &
Guanoluisa Ataballo, G. I. (2020). Elaboración de un proceso tecnológico pa=
ra
la producción de jugo de naranja en polvo. Ciencia Digital, 4=
(3),
195-209. http=
s://doi.org/10.33262/cienciadigital.v4i3.1323
El artículo que se publica es de exclusiva responsabilidad de los autor=
es y
no necesariamente reflejan el pensamiento de la Revista Ciencia Digital.
El
artículo queda en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parc=
ial
y/o total en otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Ciencia Digital.
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