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Diseño y construcción de una Unidad Liofilizadora y su aplicación en la obtención de la leche en polvo

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Academic year: 2020

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA UNIDAD LIOFILIZADORA Y SU APLICACIÓN EN LA OBTENCIÓN DE LA LECHE EN POLVO. Tesis presentada por las Bachilleres: MIRANDA CHAMBILLA MILAGROS VELASQUEZ MEDINA MARILIA PAULA. Para optar el Título Profesional de Ingeniera Química AREQUIPA - PERÚ 2019.

(2) DEDICATORIA. A Dios, por darnos la oportunidad de vivir y por estar en cada paso que damos, por fortalecernos el corazón e iluminarnos la mente y por haber puesto en nuestro camino aquellas personas que han sido un soporte y compañía durante todo el periodo de estudio. A nuestros padres, por darnos la vida, por la dedicación que nos dieron, por los valores éticos y morales que siempre prevalecerá en nuestras vidas profesionales y por cada sacrificio que han hecho en nuestras vidas. A nuestros hermanos, por apoyarnos siempre, los queremos mucho. Todos aquellos familiares y amigos que no recordamos al momento de escribir esto. Ustedes saben quiénes son.. II.

(3) AGRADECIMIENTOS. Queremos expresar nuestro agradecimiento a todas aquellas personas que nos alentaron a continuar con esta meta planteada y nos apoyaron incondicionalmente. En primer lugar a nuestros Ingenieros de la Escuela Profesional de Ingeniería Química, que influyeron en nuestra formación persona y profesional, por impulsarnos con el desarrollo de nuestra formación profesional y por la buena voluntad en la concertación de este estudio. También agradecer al apoyo incondicional de la Ing. Nancy y al Téc. Arnaldo, cuyo apoyo fue parte esencial a este proyecto. Y a todas aquellas personas que estuvieron a nuestro lado apoyándonos, les agradecemos porque nos hicieron valorar por aquello que luchamos.. MARILIA Y MILAGROS. III.

(4) PRESENTACIÓN. Sr. Decano de la Facultad de Ingeniería de Procesos Sr. Director de la Escuela Profesional de Ingeniería Química Sres. Miembros del Jurado. Cumpliendo con el Reglamento de Grados y Títulos de Facultad de Ingeniería de Procesos de la Escuela Profesional de Ingeniería Química – UNSA, ponemos en vuestra consideración y en particular a los miembros del jurado la Tesis titulada: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA UNIDAD LIOFILIZADORA Y SU APLICACIÓN EN LA OBTENCIÓN DE LA LECHE EN POLVO”. Trabajo que ha de contar con su venia, esperamos nos permitan obtener el Título Profesional de Ingenieras Químicas.. Atentamente,. MIRANDA CHAMBILLA, MILAGROS VELASQUEZ MEDINA, MARILIA PAULA. IV.

(5) INTRODUCCION Desde tiempos remotos el frio es utilizado para la conservación de los alimentos, donde la liofilización fue empleada por primera vez por los Incas, los Vikingos y posteriormente en la segunda guerra mundial, en sus primeros trabajos de Louis Pasteur y por otros investigadores durante el siglo XIX. En sus inicios no incluían el uso de bombas de vacío debido a que no se contaban con ellas, pero fueron introducidas al proceso posteriormente por Benedict y Manning en 1905. Como primer uso real de la tecnología de la liofilización a gran escala se tiene la fabricación de plasma de sangre seco durante la segunda Guerra Mundial, liofilización de la penicilina y la conservación de bacterias, virus y otros microorganismos (E. W. Flosdorf And A. Kimball 1939; T.A. Jennings 1993). En 1958 el método de liofilización se aplicó en el sector alimentario, enfocándose en pocos alimentos por ser costoso, como la leche, las sopas, los huevos, la levadura, los zumos de frutas y el café. A partir de 1970, se fundó una compañía en Brasil (Sao Paulo) donde se desarrolla esta tecnología que liofiliza alimentos, con una capacidad de producción de más de doce millones de raciones diarias de alimentos dirigidos en su mayoría al mercado institucional de Brasil. El proceso de liofilización en alimentos se ha considerado como el mejor método de deshidratación que además de conservar las características sensoriales y nutritivas de los alimentos le otorga un valor agregado aproximado del 1200%.. V.

(6) RESUMEN Esta investigación se desarrolló con el objetivo de brindar una alternativa tecnológica, debido que esta unidad liofilizadora piloto es multifuncional, ya que nos permite realizar las etapas de congelación, desecación primaria ( Sublimación ) y desecación secundaria ( Desorción ) de diversos productos, permitiendo el estudio de curvas de liofilización en aplicación industrial y además el mercado exige cada vez mejores productos siendo estos los liofilizados que elaborándolos con calidad tendrán vida útil aproximadamente de 2 años sin cuidados especiales de almacenamiento y con todas sus propiedades. El equipo cuenta con un volumen de 0,0455 m3, está fabricado a base de planchas de acero inoxidable ANSI 304 cortadas y soldadas según el diseño: un cuerpo cilíndrico - enchaquetado con un cierre hermético, un visor en la frontis del equipo, en su interior posee dos bandejas (Material de aluminio), un sistema de calefacción que permite el intercambio de calor con la ayuda del anticongelante o refrigerante que tiene como característica su temperatura de ebullición a 129°C y temperatura de congelación a -37°C , un sistema de congelación conformado por un condensador con un motor de ½ Hp, un evaporador , un refrigerante R - 404A que alcanza una temperatura de ebullición de -46.45°C, un termostato, un vacuómetro y la bomba de vacío de 2Hp que alcanza una presión máxima de 0.5 mBar (0.375mmHg) para el proceso de sublimación. Todos los componentes eléctricos están ordenados y situados en el panel de comando, por ende, el equipo está conformado por sub-sistemas; cámara de trabajo, sistema de bandeja, sistema de calentamiento, sistema de vacío, sistema de refrigeración y el sistema de control. Construido el equipo se realiza las pruebas de validación para el diseño de ingeniería donde se demuestra el funcionamiento de la unidad liofilizadora, aplicado para la obtención de la leche en. VI.

(7) polvo (leche anhidra) planteando ocho (08) pruebas con tres (03) repeticiones para las variables a evaluar: Temperatura de congelación, Presión de vacío y Tiempo de liofilización en función de la humedad removida del producto. Se le asigna los valores de -5 °C, -15°C y -25°C para la temperatura de congelación, por un tiempo de 2 horas para garantizar su congelación completa, posteriormente se realiza la Desecación Primaria (Sublimacion) en donde se elimina la mayor parte del agua libre, entre un 75-90% (Según bibliografía es la cantidad de agua eliminada en esta etapa), se genera un vacío de 1 mmHg, 3 mmHg y 4 mmHg, luego con la ayuda del sistema de calefacción se empieza a elevar la temperatura de las bandejas gradualmente partiendo de una temperatura entre 16 a 18 C° hasta una temperatura constante de 25°C y en la desecación secundaria a una temperatura entre 35°C a 50°C, se debe considerar que la degradación de la Caseina es aproximadamente a partir de una temperatura de 60°C, se procede a realizar las variaciones según las condiciones ambientales en que se encuentra la Ciudad de Arequipatomando como referencia a SENAMHI durante los siguientes tiempos de desecación primaria ( Sublimación ) 3h, 6h y 9h, transcurrido este tiempo se procede con la siguiente etapa, Desecación Secundaria ( desorción ó Evaporación ) durante un tiempo de 4 horas se mantiene constante la temperatura alcanzada para terminar de eliminar el agua libre de la leche. Según los resultados experimentales esperados se debe mantener las propiedades fisicoquímicas y organolépticos del producto, con una humedad menor al 4%, conforme a la norma técnica peruana NTP-202.001. Siendo nuestros mejores valores obtenidos en la PRUEBA 5, donde las variables independientes son: temperatura de congelación de -25°C, presión de vacío de 1 mmHg y tiempo de liofilización de 15h; obteniendo así una humedad final removida del 86.46% de leche, lo que nos permite determinar una eficiencia de la unidad liofilizadora 98.09%. Palabras claves:Liofilización, congelación, sublimación, leche en polvo. VII.

(8) ABSTRACT This research was carried out with the objective of providing a technological alternative, because this pilot freeze-drying unit is multifunctional, since it allows us to perform the freezing, primary drying (Sublimation) and secondary drying (Desorption) stages of various products, allowing the study of lyophilization curves in industrial application and in addition the market demands increasingly better products, these being lyophilized products which, when elaborated with quality, will have a useful life of approximately 2 years without special storage care and with all its properties. The equipment has a volume of 0.0445 m3, is made of ANSI 304 stainless steel plates cut and welded according to the design: a cylindrical body - plywood with a tight seal, a visor on the front of the equipment, in its Inside it has two trays (Aluminum material), a heating system that allows the exchange of heat with the help of antifreeze or coolant that has as its characteristic boiling temperature at 129 ° C and freezing temperature at -37 ° C, a freezing system consisting of a condenser with a ½ Hp motor, an evaporator, an R - 404A coolant that reaches a boiling temperature of -46.45 ° C, a thermostat, a vacuum meter and a 2Hp vacuum pump that reaches a maximum pressure of 0.5 mBa (0.375mmHg) for the sublimation process. All electrical components are ordered and located on the command panel, therefore, the equipment consists of sub-systems; Working chamber, tray system, heating system, vacuum system, cooling system and control system. Once the equipment has been built, the validation tests for the engineering design are carried out, where the operation of the freeze-drying unit is demonstrated, applied to obtain the powdered milk (anhydrous milk) by posing eight (08) tests with three (03) repetitions for the variables to be. VIII.

(9) evaluated: Freezing temperature, Vacuum pressure and Freeze drying time depending on the moisture removed from the product. It is assigned the values of -5 ° C, -15 ° C and -25 ° C for the freezing temperature, for a time of 2 hours to guarantee its complete freezing, then the Primary Desiccation (Sublimation) is performed where eliminates most of the free water, between 75-90% (According to bibliography is the amount of water removed at this stage), a vacuum of 1 mmHg, 3 mmHg and 4 mmHg is generated, then with the help of the heating system the temperature of the trays begins to rise gradually starting from a temperature between 16 to 18 ° C to a constant temperature of 25 ° C and in the secondary drying at a temperature between 35 ° C to 50 ° C, it should be considered that the Degradation of Casein is approximately from a temperature of 60 ° C, variations are made according to the environmental conditions in which the City of Arequipa is located - taking SENAMHI as a reference during the following primary drying times (Su blimation) 3h, 6h and 9h, after this time the next stage is followed, Secondary Drying (Evaporation) for a period of 4 hours the temperature reached remains constant to finish eliminating the free water from the milk. According to the expected experimental results, the physicochemical and sensory properties of the product must be maintained, with a humidity of less than 4%, in accordance with the Peruvian technical standard NTP-202.001. Being our best values obtained in TEST 5, where the independent variables are: freezing temperature of -25 ° C, vacuum pressure of 1 mmHg and lyophilization time of 15h; thus obtaining a final moisture removed of 86.46% milk, which allows us to determine an extraction efficiency of 98.09% Keywords: Lyophilization, freezing, sublimation, milk powder. IX.

(10) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. MIEMBROS DEL JURADO. Bachilleres: MIRANDA CHAMBILLA, MILAGROS VELASQUEZ MEDINA, MARILIA PAULA TESIS: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA UNIDAD LIOFILIZADORA Y SU APLICACIÓN EN LA OBTENCIÓN DE LA LECHE EN POLVO”. Ing. Armando Robles Fernández Presidente. Dr. David Nestor Urquizo Valdivia Secretario. Mg Marleni Gonzales Iquira Miembro. X.

(11) INDICE DEDICATORIA ...................................................................................................................... II AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... III PRESENTACIÓN .................................................................................................................. IV INTRODUCCION....................................................................................................................V RESUMEN .............................................................................................................................. VI ABSTRACT ......................................................................................................................... VIII INDICE ................................................................................................................................... XI ÍNDICE DE LAS IMAGENES .......................................................................................... XVI ÍNDICE DE GRÁFICOS ................................................................................................. XVIII INDICE DE TABLAS ...................................................................................................... XVIII INDICE DE ECUACIONES .............................................................................................. XXI CAPITULO 1 ASPECTOS GENERALES ............................................................................ 1 1.1. DATOS NOMINALES DE LA INVESTIGACION ................................................... 1. 1.1.1. Título de la investigación. ................................................................................... 1. 1.1.2. Área en la que se suscribe. .................................................................................. 1. 1.2. DEFINICION DEL PROBLEMA .............................................................................. 1. 1.2.1. 1.3. Problema de investigación. ................................................................................. 2. OBJETIVOS DEL PROYECTO ................................................................................. 2. 1.3.1. Objetivo general. ................................................................................................. 2. 1.3.2. Objetivos específicos. ......................................................................................... 2. 1.4. HIPÓTESIS................................................................................................................. 3. 1.4.1. Hipótesis de trabajo............................................................................................. 3. 1.4.2. Hipótesis estadística. ........................................................................................... 3. XI.

(12) 1.5. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................... 4. 1.5.1. Justificación social. ............................................................................................. 4. 1.5.2. Justificación técnica. ........................................................................................... 4. 1.5.3. Justificación económica. ..................................................................................... 5. 1.6. ALCANCE DE ESTUDIO.......................................................................................... 5. 1.7. UNIDAD DE ESTUDIO ............................................................................................. 5. 1.8. VARIABLES A EVALUAR ...................................................................................... 5. 1.9. ALGORITMO DE LA INVESTIGACION ................................................................ 7. CAPITULO 2 – MARCO CONCEPTUAL ........................................................................... 8 2.1. LECHE CRUDA DE VACA....................................................................................... 8. 2.1.1. Definición. .......................................................................................................... 8. 2.1.2. Razas de vacas lecheras. ..................................................................................... 9. 2.1.3. Aporte nutricional. ............................................................................................ 13. 2.1.4. Composición de la leche. .................................................................................. 14. 2.1.5. Propiedades de la leche. .................................................................................... 20. 2.1.6. Desnaturalización de la leche cruda. ................................................................. 21. 2.1.7. Producción nacional de la leche. ....................................................................... 21. 2.1.8. LA LECHE EN POLVO ................................................................................... 27. 2.2. LIOFILIZADO ......................................................................................................... 31. 2.2.1. Fundamento de la técnica de Liofilización. ...................................................... 32. 2.2.2. Termodinámica del proceso de liofilización. .................................................... 33. 2.2.3. Etapas de liofilización. ...................................................................................... 34. 2.2.4. Ventajas y desventajas de la liofilización. ........................................................ 45. 2.2.5. Aplicación de la liofilización. ........................................................................... 46. XII.

(13) 2.2.6 2.3. Factores que intervienen en el proceso de liofilización. ................................... 48. CRITERIOS TECNICOS PARA LA CONSTRUCCION DE UNA UNIDAD. LIOFILIZADORA ........................................................................................................................ 50 2.3.1. Material de construcción. .................................................................................. 50. 2.3.2. Cámara de trabajo. ............................................................................................ 51. 2.3.3. Diseño térmico. ................................................................................................. 56. 2.3.4. Medio calefactor (Sistema de calentamiento). .................................................. 60. 2.3.5. Sistema de refrigeración. .................................................................................. 64. 2.3.6. Sistema de vacío. .............................................................................................. 70. 2.3.7. Panel de comando e instrumentación (Sistema de control). ............................. 75. 2.3.8. Eficiencia de la unidad liofilizadora. ................................................................ 76. CAPÍTULO 3 –ESTRATEGIA EXPERIMENTAL ........................................................... 77 3.1. GENERALIDADES ................................................................................................. 77. 3.2. ALCANCES Y RESTRICCIONES .......................................................................... 77. 3.3. MATERIALES Y METODOS ................................................................................. 78. 3.3.1. Infraestructura. .................................................................................................. 78. 3.3.2. Materia prima. ................................................................................................... 78. 3.3.3. Insumos. ............................................................................................................ 78. 3.3.4. Materiales. ......................................................................................................... 79. 3.3.5. Equipos e instrumentos. .................................................................................... 80. 3.4. DISEÑO BASICO Y DETALLADO DE LA UNIDAD LIOFILIZADORA A. ESCALA PILOTO ........................................................................................................................ 84 3.4.1. Diseño Estructural ............................................................................................. 85. 3.4.2. Cálculos para el diseño y construcción de la Cámara de Trabajo ..................... 87. 3.4.3. Diseño térmico. ................................................................................................. 92. XIII.

(14) 3.4.4 3.5. Sistema de vacio. ............................................................................................ 123. METODOS DE ANALISIS FISICOQUIMICOS DE LA LECHE CRUDA .......... 129. 3.5.1. Determinación de pH en alimentos Determination of pH in Foods. Normas. mexicanas. Dirección general de normas). ......................................................................... 129 3.5.2. Determinación de materia grasa (Método GERBER). .................................... 130. 3.5.3. Determinación de solidos totales o extracto seco (ver Norma Internacional. AOAC 2000.18/2000). ........................................................................................................ 130 3.5.4. Determinación de acidez (método soxleth – henkel). ..................................... 131. 3.5.5. Determinación de densidad (ver norma técnica nacional 202.007). ............... 131. 3.5.6. Determinación de ceniza total (ver norma internacional AOAC 2000.18/2000). ......................................................................................................................... 133. 3.5.7. Determinación de la reductasa con azul de metileno (ver norma técnica. nacional 202.014:1998)....................................................................................................... 134 3.5.8 3.6. Determinación de proteínas por el método HACH (Kjeldahl). ...................... 134. PROCESO DE LIOFILIZACION .......................................................................... 137. 3.6.1. Etapa de acondicionamiento de la leche. ........................................................ 138. 3.6.2. Etapa de congelación. ..................................................................................... 139. 3.6.3. Etapa de desecación primaria.......................................................................... 140. 3.6.4. Etapa de desecación secundaria. ..................................................................... 140. 3.6.5. Método o diseño factorial. .............................................................................. 141. 3.7. ANALISIS FISICOQUIMICO DE LA LECHE EN POLVO ................................. 144. 3.7.1. Determinación de la materia grasa (ver norma Internacional AOAC. 2000.18/2000). .................................................................................................................... 144 3.7.2 2003).. Determinación de humedad (ver norma técnica ecuatoriana NTE INEN 299: ......................................................................................................................... 145. XIV.

(15) 3.7.3. Determinación del índice de solubilidad (Ver NORMA INTERNACIONAL. AOAC).. ......................................................................................................................... 146. 3.7.4. Determinación de la acidez (Ver NORMA TECNICA NACIONAL 202.078). .. ......................................................................................................................... 147. 3.7.5 1977-06) 3.7.6. Determinación de cenizas (Ver NORMA INTERNACIONAL NTE INEN 302 ......................................................................................................................... 148 Determinación de proteínas por el método HACH (Kjeldahl). ...................... 149. 3.8. EFICIENCIA DEL EQUIPO DE LIOFILIZACION .............................................. 151. 3.9. COSTOS DIRECTOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................. 151. 3.9.1. Materia prima. ................................................................................................. 152. 3.9.2. Servicio de laboratorio. ................................................................................... 152. 3.9.3. Costo indirecto de la investigación. ................................................................ 152. 3.9.4. Resumen de la evaluación económica. ........................................................... 156. 3.9.5. Financiamiento. ............................................................................................... 157. CAPÍTULO 4 –RESULTADOS Y DISCUSIONES.......................................................... 158 4.1. RESULTADOS....................................................................................................... 158. 4.1.1. Diseño y construcción del equipo liofilizador. ............................................... 158. 4.1.2. Características organolépticas y fisicoquímicas de la leche cruda. ................ 162. 4.1.3. Resultados del proceso de liofilización........................................................... 163. 4.1.4. Características organolépticas y fisicoquímicas de la leche en polvo. ........... 186. 4.1.5. Eficiencia de la liofilización. .......................................................................... 187. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 188 RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 190 REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS ............................................................................... 191 ANEXOS ............................................................................................................................... 222. XV.

(16) ÍNDICE DE LAS IMAGENES Imagen 1: La leche cruda ........................................................................................................... 9 Imagen 2: Vaca de la raza Jersey ............................................................................................. 10 Imagen 3: Vaca Holstein .......................................................................................................... 10 Imagen 4: Vaca Brows Swiss ................................................................................................... 11 Imagen 5: Vaca criolla ............................................................................................................. 12 Imagen 6:La lactosa se sintetiza en la ubre a partir de la glucosa y galactosa ......................... 15 Imagen 7: Estructura de las proteínas (R1, R2, etc., son los radicales específicos de cada aminoácido. El número de aminoácidos en la caseína de la leche varía de 199 a 209). ............... 16 Imagen 8: Glóbulos de la grasa ................................................................................................ 18 Imagen 9: Estructura de los triglicéridos ................................................................................. 18 Imagen 10: Estructura de la Lactosa (Glucosa + Galactosa) ................................................... 19 Imagen 11: Estructura del Ácido Láctico ................................................................................. 19 Imagen 12: Zonas productoras de leche de la Provincia de Arequipa ..................................... 26 Imagen 13: Leche en polvo ...................................................................................................... 28 Imagen 14: Diagrama de fases de agua y sistemas de secado .................................................. 32 Imagen 15: Fases del agua ....................................................................................................... 33 Imagen 16: Etapa de la liofilización......................................................................................... 34 Imagen 17: Representación de la congelación de un solido .................................................... 36 Imagen 18: Representación final de la sublimación ............................................................... 40. XVI.

(17) Imagen 19 Comparación de un producto liofilizado (Plátano): ............................................... 41 Imagen 20: Representación gráfica del secado primario en el tiempo ..................................... 42 Imagen 21: Diagrama de Fases para el agua pura .................................................................... 43 Imagen 22: Presentación de la desecación secundaria ............................................................. 44 Imagen 23: Diagrama de control del proceso de Liofilización ................................................ 45 Imagen 24: Diagrama de fase de calor latente y sensible ........................................................ 59 Imagen 25: Calentamiento por contacto directo a través de una bandeja ................................ 61 Imagen 26: Calentamiento por sistema acelerado mediante malla metálico ........................... 62 Imagen 27: Circuito de calentamiento por fluido calefactor .................................................... 62 Imagen 28: Circuito de refrigeración ....................................................................................... 65 Imagen 29:Ciclo frigorífico...................................................................................................... 66 Imagen 30: Ciclo simple de refrigeración ................................................................................ 66 Imagen 31 Compresor: ............................................................................................................. 68 Imagen 32: Condensador .......................................................................................................... 69 Imagen 33: Tubo Capilar ......................................................................................................... 70 Imagen 34: Bomba de vacío ..................................................................................................... 71 Imagen 35: Funcionamiento de la bomba de paletas ............................................................... 73 Imagen 36: Equipo de liofilización .......................................................................................... 86 Imagen 37: Cámara de Liofilización ........................................................................................ 87 Imagen 38: Carga de las paredes .............................................................................................. 95. XVII.

(18) Imagen 39: Circuito de calentamiento ................................................................................... 103 Imagen 40: Diagrama del proceso de obtención de la leche en polvo ................................... 137 Imagen 41: Vista superior. Distribución de las placas Petri en la bandeja ............................ 138 Imagen 42: Tablero de control "A" y cámara de refrigeración .............................................. 139 Imagen 43: producto liofilizado ............................................................................................. 141. ÍNDICE DE GRÁFICOS Grafica 1 Performance de la bomba de vacío DOOVAC.(MVO-041) .................................. 124 Grafica 2: Humedad vs. Número de placas ............................................................................ 168 Grafica 3: Humedad vs. Numero de muestras ....................................................................... 168 Grafica 4: Temperatura vs Tiempo ........................................................................................ 178 Grafica 5: Presión vs Tiempo ............................................................................................... 179 Grafica 6: Temperatura de liofilización - Presión de vacío – Temperatura del Sistema de Calefacción en función del tiempo ............................................................................................. 180 Grafica 7: Prueba De Normalidad .......................................................................................... 183. INDICE DE TABLAS Tabla 1: Variación en la composición de la leche debido a la raza ......................................... 12 Tabla 2: Aporte nutricional de la leche .................................................................................... 13 Tabla 3: Propiedades de la leche .............................................................................................. 20. XVIII.

(19) Tabla 4:Datos Estadísticos de la Producción Nacional de la Leche 2016 – 2017 por departamento ................................................................................................................................. 23 Tabla 5: Producción y destino de la leche fresca en la Región Arequipa del año 2017 .......... 25 Tabla 6: Composición de la leche en polvo ............................................................................. 29 Tabla 7: Propiedades Organolépticas de la leche en polvo ...................................................... 29 Tabla 8: Propiedades fisicoquímicas de la leche en polvo ....................................................... 30 Tabla 9: Tipos de congelación ................................................................................................. 36 Tabla 10: Ventajas y Desventajas de la conservación de productos liofilizados ..................... 47 Tabla 11: Ventajas y desventajas de una cámara cilíndrica ..................................................... 52 Tabla 12: Tabla de conductividad térmica de algunos aislantes .............................................. 56 Tabla 13: Tabla simplificada de las propiedades del aire ........................................................ 97 Tabla 14: Datos generales de la leche cruda .......................................................................... 104 Tabla 15: Valores de carga del Ventilador ............................................................................. 108 Tabla 16: Datos obtenidos de la carga a extraer .................................................................... 110 Tabla 17: Especificaciones técnicas ....................................................................................... 124 Tabla 18 Variables independientes de trabajo ....................................................................... 142 Tabla 19 Diseño Factorial ...................................................................................................... 142 Tabla 20: Costo de materia prima. ......................................................................................... 152 Tabla 21: Costo de servicio de laboratorio ............................................................................ 152 Tabla 22: Costo estructural .................................................................................................... 153. XIX.

(20) Tabla 23: Costo de sistema de tuberías de inox ..................................................................... 154 Tabla 24: Costos eléctricos .................................................................................................... 154 Tabla 25: Costos de equipos de medición .............................................................................. 155 Tabla 26: Costos de equipos actuadores ................................................................................ 155 Tabla 27: Costo de Investigación bibliográfica ..................................................................... 156 Tabla 28: Gastos de servicio y suministros. ........................................................................... 156 Tabla 29 : Costo para fabricación de equipo de Liofilización ............................................... 156 Tabla 30: Resumen de los criterios de construcción de la unidad de liofilización ................ 158 Tabla 31: Material de construcción de una unidad liofilizadora ............................................ 161 Tabla 32: Características organolépticas de la leche cruda .................................................... 162 Tabla 33 : Propiedades fisicoquímicas de la leche cruda ....................................................... 163 Tabla 34: Valores de parámetros - Prueba N°5 ...................................................................... 164 Tabla 35: Humedad de la Leche cruda ................................................................................... 164 Tabla 36: Diseño factorial de la experimentación .................................................................. 166 Tabla 37: Humedad final removida y residual ....................................................................... 167 Tabla 38: Análisis del diseño factorial ................................................................................... 170 Tabla 39: Tabla de Resultados ............................................................................................... 172 Tabla 40: Análisis del Diseño Factorial ................................................................................. 172 Tabla 41: Resultados obtenidos de la PRUEBA N°5............................................................. 175 Tabla 42: Características organolépticas de la leche en polvo ............................................... 186. XX.

(21) Tabla 43 : Propiedades fisicoquímicas de la leche en polvo .................................................. 187. INDICE DE ECUACIONES Ecuación 1: Altura de la cámara interna de trabajo……………………………………. 87. Ecuación 2: Altura de la cámara externa de trabajo…………………………………. 88. Ecuación 3: Altura de la cámara de trabajo……………………………………………. 89. Ecuación 4: Área lateral de la cámara externa de trabajo…………………………….. 89. Ecuación 5: Volumen de la cámara interna de trabajo……………………………….. 89. Ecuación 6: Espesor mínimo del material de la cámara………………………………. 90. Ecuación 7: Volumen de la Cámara aislante………………………………………….. 91. Ecuación 8: Calor existente en la pared del liofilizador………………………………. 92. Ecuación 9: Resistencia de Transferencia…………………………………………….. 92. Ecuación 10: Gradiente de temperatura……………………………………………….. 93. Ecuación 11: Resistencia por Convección…………………………………………….. 95. Ecuación 12: Número de Grashof……………………………………………………. 96. Ecuación 13: Número de Nusselt…………………………………………………….. 97. Ecuación 14: Valor promedio de convección………………………………………... 98. Ecuación 15: Resistencia del Poliuretano…………………………………………….. 100. Ecuación 16: Resistencia Térmica total………………………………………………. 101. XXI.

(22) Ecuación 17: Temperatura ambiente verificada………………………………………. 102. Ecuación 18: Calor sensible cedido por encima del punto de congelación……………. 104. Ecuación 19: Calor latente de congelación……………………………………………. 105. Ecuación 20: Calor sensible cedido por debajo del punto de congelación, hasta su temperatura final…………………………………………………………………………. 106. Ecuación 21: Calor de respiración o evolución del producto…………………………. 107. Ecuación 22: Carga total del Producto………………………………………………... 107. Ecuación 23: Potencia del motor del ventilador……………………………………….. 108. Ecuación 24: Carga total de la cámara de trabajo…………………………………….. 109. Ecuación 25: Carga total a extraer……………………………………………………. 109. Ecuación 26: Área de la bandeja……………………………………………………... 110. Ecuación 27: Volumen de la tubería del cobre……………………………………….. 111. Ecuación 28: Masa del cobre…………………………………………………………. 111. Ecuación 29: Calculo del calor suministrado del medio calefactor…………………. 112. Ecuación 30: Potencia de la bomba del medio calefactor……………………………. 113. Ecuación 31: Calor sensible entre la bandeja y la muestra…………………………... 115. Ecuación 32: Ley de Fourier…………………………………………………………. 115. Ecuación 33: Diferencia de temperatura ( DT ) ……………………………………... 118. Ecuación 34: Diferencial de temperatura del evaporador……………………………. 118. XXII.

(23) Ecuación 35: Diferencias de temperaturas del condensador………………………….. 119. Ecuación 36: Efecto del refrigerante en el sistema……………………………………. 120. Ecuación 37: Flujo másico del refrigerante……………………………………………. 121. Ecuación 38: Trabajo del compresor………………………………………………….. 122. Ecuación 39: Potencia mínima del compresor………………………………………... 122. Ecuación 40: Potencia eléctrica teórica de la bomba de vacío ……………………….. 125. Ecuación 41: Potencia eléctrica real de la bomba de vacío……………………………. 126. Ecuación 42: Eficiencia de la potencia eléctrica del equipo…………………………. 127. Ecuación 43: Potencia eléctrica del compresor………………………………………. 127. Ecuación 44 : Consumo Energético de la bomba de vació…………………………... 128. Ecuación 45 : Consumo Energético del compresor y el medio calefactor……………. 128. Ecuación 46: Costo energético de la unidad liofilizadora para el CE1 + CE2 ………... 129. Ecuación 47: Diferencia de peso………………………………………………………. 131. Ecuación 48: Solidos totales…………………………………………………………. 131. Ecuación 49: Porcentaje de ácido láctico…………………………………………….. 131. Ecuación 50: Determinación de densidad ………………………………………….... 132. Ecuación 51: Determinación de cenizas de leche cruda……………………………... 133. Ecuación 52: Cuantificación de nitrógeno de leche cruda…………………………... 136. Ecuación 53: Cuantificación de proteína de leche cruda…………………………….. 136. XXIII.

(24) Ecuación 54: Determinación de humedad de leche en polvo………………………….. 146. Ecuación 55: Determinación de acidez de leche en polvo……………………………. 148. Ecuación 56: Determinación de ceniza de leche en polvo……………………………. 149. Ecuación 57: Eficiencia liofilizador…………………………………………………. 151. XXIV.

(25) CAPITULO 1 ASPECTOS GENERALES 1.1. DATOS NOMINALES DE LA INVESTIGACIÓN 1.1.1 Título de la investigación. “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA UNIDAD LIOFILIZADORA Y SU APLICACIÓN EN LA OBTENCIÓN DE LA LECHE EN POLVO” 1.1.2 Área en la que se suscribe. Se suscribe dentro del área de Liofilización de la industria láctea - Ingeniería Química.. 1.2. DEFINICION DEL PROBLEMA La Región Arequipa es particularmente importante en su actividad y producción ganadera. En Pedregal, distrito de Majes, Provincia de Caylloma se tiene importante producción de leche vacuna que abastece al mercado local y a empresas como Gloria que la procesan y distribuyen al mercado nacional. Debido a que la leche es un producto perecedero, por su elevado contenido de agua (más del 80% del peso), inestable, de transporte costoso y con un tiempo de vida de 2 a 3 días bajo temperaturas de congelación de -0.6°C, por lo que es necesario someter a un tratamiento térmico que alargue su periodo de vida. Actualmente en la región de Arequipa, no se encuentra muy difundido el método de liofilización debido a que no se cuenta con los conocimientos necesarios para poder deshidratar productos como la leche cruda de vaca, considerando por ello como una. 1.

(26) alternativa de suma importancia la fundamentación de esta técnica para conservar los productos en mejor calidad. 1.2.1. Problema de investigación. En el laboratorio de Ingeniería Química no se cuenta con un equipo que permita deshidratar alimentos, que conserven sus propiedades fisicoquímicas y organolépticos por un largo tiempo, así mismo, se desconoce las condiciones de trabajo óptimas de una unidad liofilizadora piloto, para obtener leche en polvo con una humedad menor al 4%, en función de las variables: Temperatura de congelamiento, Presión de vacío y Tiempo de liofilización. 1.3. OBJETIVOS DEL PROYECTO 1.3.1 Objetivo general. . Realizar el diseño y construcción de una unidad liofilizadora y su Aplicación en la obtención de la leche en Polvo. 1.3.2 Objetivos específicos. 1. Definir los criterios para el cálculo de diseño y ejecutar la construcción de la unidad de liofilización 2. Determinar las características organolépticas y fisicoquímicas de la leche cruda. 3. Evaluar el efecto de la temperatura de congelación, presión de vacío y Tiempo de liofilizado en función de la humedad final removida para la obtención de la leche en polvo. 4. Determinar la eficiencia de la liofilización.. 2.

(27) 5. Determinar las características organolépticas y fisicoquímicas para el producto obtenido. 1.4. HIPÓTESIS 1.4.1 Hipótesis de trabajo. En base a parámetros y modelos referentes de equipos, existentes en el mercado, es que se pretende evaluar y diseñar una unidad liofilizadora acorde a nuestras necesidades. Dicho equipo puede servir de base para realizar un posterior escalamiento Trabajando con temperaturas menores al de congelamiento de la leche cruda de vaca (-0.6°C), etapa inicial de la liofilización, para luego generar Presión de vacío por debajo del punto triple del agua (4.58mmHg, 0°C), se pretende eliminar la mayor cantidad de agua del producto por sublimación, sin alterar sus propiedades organolépticos y fisicoquímicas establecidas en la Norma Técnica Peruana NTP 202.001 1.4.2 Hipótesis estadística. Ho: No existe diferencia significativa en la humedad final removida del producto a liofilizar en las siguientes condiciones: Temperatura de congelación de -5 °C, 15°C ó -25 °C, Presión de vacío de 1 mmHg, 3 mmHg ó 4 mmHg y el tiempo de liofilizado total de 9 horas, 12 horas ó 15 horas. 𝜇1 = 𝜇2 H1: Existe diferencia significativa en la humedad final removida del producto a liofilizar en las siguientes condiciones: Temperatura de congelación de -5 °C,. 3.

(28) -15°C ó -25 °C, Presión de vacío de 1 mmHg, 3 mmHg ó 4 mmHg y el tiempo de liofilizado total de 9 horas, 12 horas ó 15 horas.. 𝜇1 ≠ 𝜇2. 1.5. JUSTIFICACIÓN 1.5.1 Justificación social. En la Región de Arequipa, la producción de la leche en su mayoría es destinada a medianas y grandes empresas del sector Lácteo, sin embargo, la cantidad remunerada que se da a la población ganadera de la región Sur no es bien pagada, por ende, con el fin de aumentar la competitividad en el mercado nacional se busca implementar un proceso que conserve la calidad sensorial y nutricional para poder ofrecer al consumidor productos deshidratados de mejor calidad, las cuales brindaran oportunidades de desarrollo para que así tenga un mayor valor agregado la leche, por otro lado, evitará el tratamiento térmico y facilitará su transporte. 1.5.2 Justificación técnica. Esta implementación de la unidad de liofilización en las instalaciones de la escuela profesional de Ingeniería Química, permitirá realizar la Deshidratación de diversos alimentos con unas mejor conservaciones de sus características organolépticas y fisicoquímicas, fomentando la investigación en la formación académica de los estudiantes.. 4.

(29) 1.5.3 Justificación económica. Esta investigación permitirá prolongar el tiempo de conservación de diversos productos en este caso aplicados para la obtención de la leche en polvo, a un menor costo. Siendo rentable la construcción de este equipo piloto. 1.6. ALCANCE DE ESTUDIO El presente trabajo de investigación se desarrolló en el Laboratorio de Análisis Instrumental del Departamento Académico de Ingeniería Química, de la Universidad Nacional de San Agustín; el trabajo incluye el diseño y construcción de una unidad liofilizadora aplicado en la obtención de la leche en polvo, permitiendo el análisis de las variables: temperatura de congelación, presión de vacío y tiempo de liofilizado, durante las etapas de Congelación, Desecación primaria y Desecación secundaria, permitiendo el análisis de los distintos valores de humedad obtenidos al final del proceso de liofilización.. 1.7. 1.8. UNIDAD DE ESTUDIO . Leche de vaca (Criolla). . Procedencia: Departamento de Arequipa, provincia de Arequipa, distrito de Tiabaya.. VARIABLES A EVALUAR A.. Variables Independientes: -Temperatura de congelamiento -Presión de vacío -Tiempo de liofilizado. 5.

(30) B.. Variables Dependientes: -Humedad final removida. C.. Otros aspectos a considerar: - Temperatura del sistema de calefacción - Condiciones ambientales (temperatura, presión y humedad relativa del ambiente). D.. E.. Características de la leche cruda: -. Aspecto. -. Materia Grasa (g/100g). -. Sólidos Totales o Extracto seco (g/100g). -. pH. -. Acidez, expresada en g. de ácido láctico (g/100g). -. Densidad a 15°C (g/mL). -. Ceniza Total (g/100g). -. Prueba de la Reductasa con azul de metileno. -. Proteinas (%). Características de la leche cruda: -. Aspecto. -. Materia Grasa (g/100g). -. Humedad. -. Acidez, expresada en g. de ácido láctico (g/100g). -. Índice de Solubilidad (cm3). -. Ceniza Total (%). -. Proteínas (%). 6.

(31) 1.9. ALGORITMO DE LA INVESTIGACION. FUENTE: Elaboración Propia. 7.

(32) 2 2.1. CAPITULO 2 – MARCO CONCEPTUAL. LECHE CRUDA DE VACA 2.1.1 Definición. Es el producto integro de la secreción mamaria normal sin adición ni sustracción alguna y que ha sido obtenida mediante el ordeño de la vaca.1 Desde un punto de vista fisicoquímico la leche es un fluido acuoso complejo formado por la presencia de varias fases en equilibrio. En el Perú la población campesina posee una ancestral vocación ganadera, lo que constituye un activo de gran importancia para la producción láctea. (Pope, 2010) La leche representa un alimento esencial, debido que contiene importantes nutrientes que contribuyen al crecimiento y desarrollo humano. No solo contiene proteínas de alto valor biológico sino también diversas vitaminas y minerales imprescindibles para la nutrición, se ha demostrado que un vaso de leche de 200 miligramos aporta aproximadamente un 30% de la dosis diaria de calcio. (PERU-21, 2017). 1. Referencia Definición de la Leche según NTP 202.001. 8.

(33) Imagen 1: La leche cruda Fuente: (Profesional, 2019) 2.1.2 Razas de vacas lecheras. 2.1.2.1 Raza jersey. La leche de las vacas jersey tiene el 25% más de proteínas y 65% más de grasa que las vacas de raza Holstein, así mismo, en promedio la leche de la Jersey rinde de 20-30% más de queso y 30% más de mantequilla que otras razas de vacas lecheras. Las vacas Jersey son vacas mansas precoces; las más grande y con mayor rendimiento de leche es la vaca americana con aproximadamente 8.000 litros de leche por campaña, la Danesa es más chica y rinde menos volumen de leche pero contiene más producción de sólidos.. 9.

(34) Imagen 2: Vaca de la raza Jersey FUENTE: (Proyectos peruanos, 2017) 2.1.2.2 Raza Holstein. Esta raza produce mayores volúmenes de leche por campaña que la Jersey (29,56 Kg y 20,01 Kg diarios respectivamente), son vacas más grandes alcanzando en su madurez 600 Kg. (430 Kg Jersey). La vaca Holstein está acostumbrada al pastoreo y se ha adaptado a niveles de altitud intermedio. Las vacas Holstein u Holandesas como también se les conoce, son la raza de vacas lecheras más difundidas en el mundo.. Imagen 3: Vaca Holstein FUENTE: (Proyectos peruanos, 2017) 10.

(35) 2.1.2.3 Raza brown swiss. Si el establo va a ser instalado a atura superiores a 3.000 m.s.n.m. la raza apropiada, debido a su gran rusticidad, Brown Swiss. Las vacas Brown Swiss son vacas acostumbradas al pastoreo, se tiene dos variedades: 1) un menor tamaño que es de la línea europea y 2) la otra de mayor tamaño es de línea americana, esta última tiene volumen de producción de leche similares a la Holstein. En algunos países es importante como productora de quesos debido a que mejora y reduce el tiempo de coagulación.. Imagen 4: Vaca Brows Swiss FUENTE: (Proyectos peruanos, 2017). 11.

(36) 2.1.2.4 Raza criolla. La raza criolla es la más antigua que existen en América y en el mundo. Su origen se remonta a los primeros vacunos traídos por Cristóbal Colón en su 2do viaje a América en 1493, La vaca criolla es de tamaño mediano (400440 kg.), de conformación angulosa, su inserción de cola es alta y adelantada, lo que determine una mayor amplitud del canal de parto. (Elias, 2008). Imagen 5: Vaca criolla FUENTE: (Correo, 2014) Según el tipo de raza varía la composición de la leche, como se puede apreciar en la siguiente tabla. Tabla 1: Variación en la composición de la leche debido a la raza RAZA DE VACA. AGUA %. Jersey. 85.09. Guernsey. 85.39. Pardo suizo. 86.59. Aryrshire. 87.10. 12.

(37) RAZA DE VACA. AGUA %. Shorthorn. 87.19. Holstein. 87.19. Cebu. 84.37. Criolla. 88.14. FUENTE: (Leche y derivados) 2.1.3 Aporte nutricional. La composición de la leche determina su calidad nutritiva y varía en función de la raza, alimentación, edad, periodo de lactación, época del año y sistema de ordeño de la vaca, entre otros factores. Su principal componente es el agua, seguido fundamentalmente por grasa (ácidos grasos saturados en mayor proporción y colesterol), proteínas (caseína, lacto albúminas y lacto globulinas) e hidratos de carbono (lactosa principalmente). Así mismo, contiene moderadas cantidades de vitaminas (A, D, y vitaminas del grupo B, especialmente B2, B1, B6 y B12) y minerales (fósforo, calcio, zinc y magnesio). Tabla 2: Aporte nutricional de la leche MINERALES. mg/100 ml. Potasio. 138. Calcio. 125. Cloro. 103. Fósforo. 96. Sodio. 8. Azufre. 3. 13.

(38) MINERALES. mg/100 ml. Magnesio. 12. Minerales trazas2. <0,1. FUENTE: (Enfoque UTE,V.8-N2, Mar.2017,pp.121-130, 2017) 2.1.4 Composición de la leche. 2.1.4.1 Agua. En todos los animales, el agua es el nutriente requerido en mayor cantidad y la leche suministra una gran cantidad de agua, conteniendo aproximadamente 90% de la misma. La cantidad de agua en la leche es regulada por la lactosa que se sintetiza en las células secretoras de la glándula mamaria. El agua que va en la leche es transportada a la glándula mamaria por la corriente circulatoria. La producción de leche es afectada rápidamente por una disminución de agua y cae el mismo día que su suministro es limitado o no se encuentra disponible. Esta es una de las razones por las que la vaca debe de tener libre acceso a una fuente de agua abundante todo el tiempo. 2.1.4.2 Hidratos de carbono. El principal hidrato de carbono en la leche es la lactosa (Imagen 5). A pesar de que es un azúcar, la lactosa no se percibe por el sabor dulce. La concentración de lactosa en la leche es relativamente constante y promedia alrededor de 5% (4.8%-5.2%). 14.

(39) A diferencia de la concentración de grasa en la leche, la concentración de lactosa es similar en todas las razas lecheras y no puede alterarse fácilmente con prácticas de alimentación. Las moléculas de las que la lactosa se encuentra constituida se encuentran en una concentración mucho menor en la leche: glucosa (14 mg/100 g) y galactosa (12 mg/ 100 g). No todos los productos lácteos poseen proporciones similares de lactosa. La fermentación de lactosa durante el procesado baja su concentración en muchos productos, especialmente en los yogures y quesos.. Imagen 6:La lactosa se sintetiza en la ubre a partir de la glucosa y galactosa FUENTE:. (Ganadería). 2.1.4.3 Proteínas. La mayor parte del nitrógeno de la leche se encuentra en la forma de proteína (Imagen 6). Los bloques que construyen a todas las proteínas son los aminoácidos. Existen 20 aminoácidos que se encuentran comúnmente en las proteínas. El orden de los aminoácidos en una proteína, se determina por el código genético, y le otorga a la proteína una conformación única.. 15.

(40) Imagen 7: Estructura de las proteínas (R1, R2, etc., son los radicales específicos de cada aminoácido. El número de aminoácidos en la caseína de la leche varía de 199 a 209). FUENTE : (Ganadería) La concentración de proteína en la leche varía de 3.0 a 4.0% (30-40 gramos / litro). El porcentaje varía con la raza de la vaca y en relación con la cantidad de grasa en la leche. Existe una estrecha relación entre la cantidad de grasa y la cantidad de proteína en la leche-cuanto mayor es la cantidad de grasa, mayor es la cantidad de proteína. Las proteínas se clasifican en dos grandes grupos: caseínas (80%) y proteínas séricas (20%). Históricamente, esta clasificación es debida al proceso de fabricación de queso, que consiste en la separación del cuajo de las proteínas séricas luego de que la leche se ha coagulado bajo la acción de la renina (una enzima digestiva colectada del estómago de los terneros). 2.1.4.4 Caseína. Las caseínas son las principales proteínas de la leche. Se sintetizan exclusivamente en la glándula mamaria, y en la leche se encuentran en su mayor parte formando agregados multi-moleculares conocidos como “micelas de. 16.

(41) caseína”. En la leche de vaca, la caseína representa alrededor del 80% del total de proteínas, es decir, de 25 a 28 gramos por litro de leche. En la leche humana la presencia de proteínas del lacto-suero es mucho mayor, de tal forma que las caseínas son solamente del orden de la mitad de las proteínas totales, entre 5 y 8 gramos por litro. (Calvo) 2.1.4.5 Grasa. Normalmente, la grasa (o lípido) constituye desde el 3,5 hasta el 6,0% de la leche, variando entre razas de vacas y con las prácticas de alimentación. Una ración demasiado rica en concentrados que no estimula la rumia en la vaca, puede resultar en una caída en el porcentaje de grasa (2,0 a 2,5%). La grasa se encuentra presente en pequeños glóbulos suspendidos en agua. Cada glóbulo se encuentra rodeado de una capa de fosfolípidos, que evitan que los glóbulos se aglutinen entre sí repeliendo otros glóbulos de grasa y atrayendo agua. Siempre que esta estructura se encuentre intacta, la leche permanece como una emulsión. La mayoría de los glóbulos de grasa se encuentran en la forma de triglicéridos formados por la unión de glicerol con ácidos. La grasa de la leche contiene principalmente ácidos grasos de cadena corta (cadenas de menos de ocho átomos de carbono) producidos de unidades de ácido acético derivadas de la fermentación ruminal.. 17.

(42) Esta es una característica única de la grasa de la leche comparada con otras clases de grasas animales y vegetales. Los ácidos grasos de cadena larga en la leche son principalmente los insaturados (deficientes en hidrógeno), siendo los predominantes el oleico (cadena de 18 carbonos), y los polinsaturados linoleico y linolénico.. Imagen 8: Glóbulos de la grasa FUENTE: (Leche y derivados). Imagen 9: Estructura de los triglicéridos FUENTE: (Ganadería). 18.

(43) 2.1.4.6 Ácido láctico. El ácido láctico se origina principalmente de la lactosa que corresponde al glúcido de la leche (C12H22O11), que se encuentra en disolución y fermenta con facilidad, que como ácido que es provoca la coagulación de la leche. En la leche es el factor pH, y no la acidez titulable el que controla los procesos de coagulación, así como la actividad de las enzimas, el desarrollo de bacterias y la reacción del indicador de coloración. Imagen 10: Estructura de la Lactosa (Glucosa + Galactosa) FUENTE: (KIPDF, 2018). Imagen 11: Estructura del Ácido Láctico FUENTE: (Accido lactico ). 19.

(44) 2.1.5 Propiedades de la leche. La leche de buena calidad es aquella que cumple sin excepción con todas las propiedades (características) higiénicas, microbiológicas y composicionales y que en consecuencia concuerda con la definición legal y las expectativas nutricionales puestas en ella. Tabla 3: Propiedades de la leche ORGANOLÉPTICOS. DESCRIPCIÓN. Aspecto. Olor. Líquido blanco viscoso Opaco, mate, amarillento Característico. Sabor. Ligeramente dulce. FISICOQUÍMICAS. RANGO. Materia Grasa (g/100g). Mínimo 3,2. Sólidos Totales o Extracto seco (g/100g). Mínimo 11,4. pH Acidez, expresada en g. de ácido láctico (g/100g) Densidad a 15°C (g/mL). 6.5 a 6.6. 1,0296-1,0340. Ceniza Total (g/100g). Máximo 0,7. Prueba de la Reductasa con azul de metileno. Mínimo 4 horas. Color. Proteínas (g/100g). 2. 0,14-0,18. 3.0 – 4.0 (80% Caseína). FUENTE: Norma Técnica Peruana NTP 202.001 y (Propiedades y Características de la Leche Blogspot, 2009). 2. FUENTE: (Ganadería, s.f.). 20.

(45) 2.1.6 Desnaturalización de la leche cruda. Estudios realizados en diferentes trabajos demuestran que los tratamientos térmicos provocan la desnaturalización de las proteínas, es decir, producen un cambio en la estructura física de las proteínas, pero en general no afectan a la composición de aminoácidos, por lo tanto, las propiedades nutricionales de la leche, según investigaciones, a medida que se incrementa la temperatura la leche incrementa el porcentaje de desnaturalización de las proteínas; se recomienda que se trabaje a temperaturas próximas 65 a 72°C. (Ana Mejía-López, 2017). 2.1.7 Producción nacional de la leche. La ganadería vacuna en el Perú es la segunda actividad en aporte al sector agropecuario, participa con el 11.5% al valor de la Producción nacional. La industrialización de la leche en el Perú está destinada principalmente para la producción de leche evaporada y pasteurizada concentrándose en tres grandes empresas: Gloria, Nestlé y Laive, con plantas distribuidas en las más importantes cuencas lecheras. Las industrias realizan la compra directa a los productores y la transportan desde las unidades agropecuarias hasta las plantas procesadoras. Lima, Arequipa y Cajamarca son las principales zonas de producción de leche fresca. (InfoLactea.com, 2006) 2.1.7.1 Destino de la producción. La producción de leche en el Perú tiene tres destinos específicos: . Leche consumo (la que se utiliza para autoconsumo y terneraje). 21.

(46) . Leche cruda (venta directa al porongueo). . Leche para procesamiento artesanal e industrial. 2.1.7.2 Cuencas lecheras. a.. Cuenca lechera del Norte. Abarca los departamentos de Cajamarca, La Libertad y Lambayeque, donde. Cajamarca aportó el 18.21% de la Producción Nacional en el 2016 y en el 2017 un 17.89%. (Sistema Integrado de Estadística Agraria, 2017) b. Cuenca del Centro. Abarca los departamentos de Lima e Ica, donde Lima aportó el 14.56% de la Producción Nacional en el 2016 y en el 2017 un 14.52%. (Sistema Integrado de Estadística Agraria, 2017) c.. Cuenca del Sur. Conformada por los departamentos de Arequipa, Tacna y Moquegua, siendo. Arequipa la de mayor importancia con el 18.37% de la producción en el 2016 y en el 2017 un 17.98% del total de la Producción. (Sistema Integrado de Estadística Agraria, 2017), Materia de trabajo. 2.1.7.3 Producción nacional de la leche. Según el Sistema Integrado de Estadística Agraria del Ministerio de Agricultura y Riego, nos plasma indicadores basicos referidos a la Produccion. 22.

(47) ganadera que facilita el seguimiento para los años 2016 y 2017, en la Tabla 4 se muestra los resultados obtenidos en las encuestas del seguimiento de la dinamica agropecuaria por departamentos productores de leche. Tabla 4:Datos Estadísticos de la Producción Nacional de la Leche 2016 – 2017 por departamento PRODUCCION DEPARTAMENTO. 2016 (TN). 2017 (TN). TOTAL. 486421. 495294. 100. 100. AREQUIPA. 89372. 89076. 18.37. 17.98. CAJAMARCA. 88554. 88585. 18.21. 17.89. LIMA. 70824. 71938. 14.56. 14.52. LA LIBERTAD. 34323. 35266. 7.06. 7.12. CUZCO. 24767. 24477. 5.09. 4.94. PUNO. 21196. 22038. 4.36. 4.45. 20137. 20504. 4.14. 4.14. 19888. 22416. 4.09. 4.53. LAMBAYEQUE. 17709. 15633. 3.64. 3.16. ICA. 14313. 16333. 2.94. 3.30. JUNIN. 12712. 12782. 2.61. 2.58. HUANUCO. 10972. 11823. 2.26. 2.39. PIURA. 10709. 9156. 2.20. 1.85. SAN MARTIN. 8182. 8557. 1.68. 1.73. AYACUCHO. 7737. 9904. 1.59. 2.00. APURIMAC. 7076. 7092. 1.45. 1.43. PASCO. 6069. 7609. 1.25. 1.54. TACNA. 5874. 5907. 1.21. 1.19. HUANCAVELICA. 5108. 5686. 1.05. 1.15. MOQUEGUA. 4056. 4139. 0.83. 0.84. ANCASH. 3943. 4103. 0.81. 0.83. UCAYALI. 1856. 1286. 0.38. 0.26. LIMA METROPOLITANA AMAZONAS. % 2016. % 2017. 23.

(48) PRODUCCION DEPARTAMENTO. 2016 (TN). 2017 (TN). % 2016. % 2017. LORETO. 497. 529. 0.10. 0.11. MADRE DE DIOS. 439. 365. 0.09. 0.07. TUMBES. 109. 92. 0.02. 0.02. FUENTE: (Agraria, 2017). Grafica 1: Producción Nacional de la Leche 2016-2017. PRODUCCION DE LECHE (%). PRODUCCION DE LECHE VACUNA 2016-2017 20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00. DEPARTAMENTOS % PRODUCCION 2016. % PRODUCCION 2017. FUENTE: Elaboración Propia. 24.

(49) 2.1.7.1 Producción de la leche en la región de Arequipa. Hasta el año 2017 se contaba con 75 000 vacas, con una producción total de 354 190.81 L, con un rendimiento de 12.9 Kg/animal, según Ministerio de Agricultura y Riego Tabla 5: Producción y destino de la leche fresca en la Región Arequipa del año 2017. FUENTE: (Gerencia Regional de Agricultura Arequipa, 2018). 25.

(50) 2.1.7.1.1. Producción de leche en la provincia Aplao (distrito majes).. La cuenca lechera del sur es la más importante del país debido a su aporte a la producción láctea nacional como se observa en la Gráfica 1. Debemos señalar que más del 90% de la producción de la cuenca del sur es producida por Arequipa, siendo la irrigación de Majes (Caylloma) la que produce más del 40% de ella, esto es importante mencionarlo, porque la información que se va a proporcionar se sitúa principalmente en Pedregal, Majes. La irrigación Majes es la zona con mayor concentración de producción lechera de la región, con gran cantidad de ganado Criollo. En esta zona se diferencian dos tipos de productores: una de agricultores que además se dedican a la producción pecuaria, con 5 o 6 vacas; otros, que se dedican únicamente a la producción lechera tienen entre 10 y 13 vacas, produciendo, en promedio 13 litros por vaca diarios. (Hernandéz, 2017). Imagen 12: Zonas productoras de leche de la Provincia de Arequipa FUENTE: SENASA – CENSO NACIONAL AGROPECUARIO. 26.

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Tabla 1: Variación en la composición de la leche debido a la raza
Tabla 2: Aporte nutricional de la leche
Tabla 4:Datos Estadísticos de la Producción Nacional de la Leche 2016 – 2017 por  departamento DEPARTAMENTO  PRODUCCION   2016 (TN)  2017  (TN)   %  2016  %   2017  TOTAL  486421  495294  100  100  AREQUIPA  89372  89076  18.37  17.98  CAJAMARCA  88554  88
Tabla 5: Producción y destino de la leche fresca en la Región Arequipa del año 2017
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