INTRODUCCION:

La fritura es un proceso de preparación de alimentos que presenta como característica fundamental la utilización de un medio graso sometido a elevadas temperaturas. De ello se derivan una serie de procesos muy complejos que afectan la composición del aceite y del producto sometido a fritura. Los productos fritos son productos de gran aceptación por parte del consumidor, debido a sus especiales características sensoriales, derivadas de la presencia de una cantidad de grasa notable que mejora su textura y les confiere un flavor característico. Éste resulta, en gran manera, de la formación de productos de alteración de la grasa de fritura y del propio alimento (compuestos de oxidación lipídica, productos de la reacción de Maillard, etc.). No obstante, debido precisamente a este origen reactivo de muchos compuestos determinantes de la calidad sensorial, el proceso de fritura debe ser controlado de forma adecuada, para asegurar una calidad óptima del producto frito, así como la mejor estabilidad del mismo. Este punto es especialmente importante, ya que el producto frito absorbe una elevada cantidad de la grasa que constituye el medio de fritura, así como también acumulará una cierta proporción de compuestos de alteración (hidrólisis, oxidación y polimerización), cuya presencia condicionará dicha estabilidad y, en consecuencia, la vida comercial del producto.

La viscosidad es una medida de la fricción interna entre moléculas. En general, la viscosidad de los aceites desciende ligeramente con un incremento en la temperatura. La viscosidad se mide ocasionalmente para la determinación del estado de los aceites utilizados en fritura por inmersión; durante la utilización en la freidora, la viscosidad de un aceite de fritura tendera a incrementarse a medida que lo hacen la oxidación y la polimerización.

En el proceso de fritura por inmersión, los alimentos entran en contacto con aceite a una temperatura entre 150-180 ºC y se exponen parcialmente al aire, durante tiempos prolongados. Por ello, la fritura es el método de preparación de alimentos con mayor potencialidad de provocar cambios químicos en los aceites, formando varios productos de descomposición, como son polímeros de elevado peso molecular, que durante el calentamiento hará que la viscosidad aumente. Por tanto, un aceite calentado se degrada con bastante rapidez, especialmente en presencia de residuos de alimentos que quedan después de utilizar varias veces el aceite, estos residuos potencian las reacciones de alteración actuando como catalizadores. El efecto de la temperatura en la viscosidad de un líquido (aceite), se debe al intercambio molecular y las fuerzas de cohesión entre las moléculas de un líquido, que influyen en la viscosidad de los mismos. El resultado principal es que los líquidos muestran una disminución en la viscosidad mientras la la temperatura se incrementa. En el presente trabajo se presenta la evaluación de la variación del comportamiento de las propiedades fisicoquímicas de aceites vegetal usados en procesos de fritura a temperaturas entre 140 ºC a 180 ºC en condiciones aeróbicas por periodos continuos de calentamiento. Para el desarrollo de esta investigación se utilizaron muestras de aceite vegetal, donde fueron tomadas las muestras de aceite, y se conocieron las condiciones de fritura por inmersión de papas.

Descripción

El Aceite Tondero es 100% vegetal, obtenido a partir de aceites naturales de Palma, refinado, blanqueado, desodorizado y fraccionado, es un producto no hidrogenado, libre de ácidos grasos Trans, que lo convierte en un producto sano, tiene buena estabilidad oxidativa, posee olor y sabor neutro. Contiene betacaroteno y antioxidantes naturales ;es de Calidad Premiun, está destinado al consumo en general y al uso en la Industria Alimentaria .Es un producto para ser utilizado para aspersiones de productos, para elaboración de masas, para repostería, galletería y panificación, como lubricante desmoldante, para la elaboración de salsas, ensaladas, aderezos, frituras y otras aplicaciones culinarias.

Características

La composición química de los aceites vegetales corresponde en la mayoría de los casos a una mezcla de 95% de triglicéridos y 5% de ácidos grasos libres, de esteroles, ceras y otros componentes minoritarios. Los triglicéridos son triesteres formados por la reacción de ácidos grasos sobre las tres funciones como alcohol del glicerol. Clasificación: Los aceites vegetales pueden dividirse en cuatro grandes grupos:

• Los aceites saturados: índices de yodo de 5-50

* Lóricos: copra, palmito, babasú (etc.) o Palmíticos: palma

* Esteáricos: karité

• Los aceites monoinsaturados: índices de yodo de 50-100

*Oleicos: aceituna, cacahuete, colza, sésamo, jatropha curcas.

• Los aceites biinsaturados: índices de yodo de 100-150

*Linoleico: girasol, algodón, maíz, soja, etc.

• Los aceites triinsaturados: índices de yodo > 150

Desde el punto de vista “calidad” del carburante, mientras más saturado es el aceite, mejor es. Sin embargo, estos aceites saturados son sólidos a temperaturas elevadas.

Ventajas

• Gran valor calorífico, es decir, gran densidad energética.

• Forma líquida y, por ello, fácil de usar.

• Cuando se quema emite menos hollín.

• Cuando se quema tiene una eficiencia energética más grande.

• No es tóxico ni dañino para humanos, animales, suelos o agua.

• No es inflamable ni explosivo y no emite gases tóxicos.

• Es fácil de almacenar, transportar y utilizar.

• No causa daños si accidentalmente se vierte.

• En su manejo no se requiere tomar precauciones especiales.

• Es producido de forma directa por la naturaleza, no ha de ser transformado.

• Es una forma reciclable de energía.

• No tiene efectos ecológicos adversos cuando es utilizado.

• No contiene sulfuro, por lo que no genera lluvia ácida cuando es usado.

• Cuando se quema es neutral en CO2, por lo que no contribuye al efecto invernadero.

Inconvenientes

• Tiene un mayor coste de producción frente a la energía que proviene de los combustibles fósiles.

• Menor rendimiento energético de los combustibles derivados de la biomasa en comparación con los combustibles fósiles.

• Producción estacional.

• La materia prima es de baja densidad energética lo que quiere decir que ocupa mucho volumen y por lo tanto puede generar problemas de transporte y almacenamiento.

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL

• Evaluar el efecto del tiempo y de la temperatura en la variación de la viscosidad y las propiedades fisicoquímicas de aceites usados por fritura en inmersión de papa, utilizando el método de Stokes.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Conocer las condiciones de utilización de los aceites en procesos de fritura por inmersión de papas.

• Caracterizar las propiedades fisicoquímicas de las muestras de aceite usado, (densidad, viscosidad) en el proceso de fritura por inmersión de papas en función del tiempo.

• Evaluar la viscosidad del aceite usado por inmersión de papas a diferentes temperaturas.

• Explorar el comportamiento de la viscosidad del fluido como función de la distancia a la pared del recipiente.

RESUMENEn este trabajo se realiza un estudio experimental de acuerdo con los métodos de análisis de la ASTM de las propiedades físicas, densidad y viscosidad en los ácidos grasos palmítico, esteárico y oleico; compuestos que están presentes en los efluentes de la desodorización de aceites comestibles, con vistas a la caracterización físico química necesaria en el diseño de condensadores y congeladores de superficie que pueden aplicarse a la recuperación de estos efluentes. Las medidas se realizan de 5 en 5 °C entre temperaturas muy próximas a las de solidificación en cada compuesto, de gran interés en nuestro estudio, y los 100 °C. Se contrastan los valores de estas propiedades, con los que aparecen en la literatura y se correlacionan las medidas experimentales. También se obtienen valores de la densidad aplicando la ecuación de Rackett y de la viscosidad dinámica utilizando la ecuación de Andrade, que se comparan con medidas experimentales. Se presentan, además, datos experimentales de la viscosidad dinámica del ácido oleico a baja temperatura (entre O y 24 °C), por ser de interés para el diseño de los equipos anteriormente mencionados.

MARCO TEORICO

Viscosidad. La viscosidad es la medida de la fricción interna de un líquido. Esta fricción llega a ser evidente por el efecto de corte o deslizamiento del movimiento de una capa de fluido con respecto a otra. Cuanto mayor es la fricción, mayor es la fuerza requerida para causar este movimiento, que se llama “esquileo”. El esquilar ocurre siempre que el líquido se mueva o se distribuya físicamente, como en verter, separarse, la rociadura, mezclarse, etc. Los líquidos altamente viscosos, por lo tanto, requieren más fuerza para moverse que los materiales menos viscosos.

Viscosidad en líquidos. Los líquidos presentan mayor tendencia al flujo que los gases y, en consecuencia tienen coeficientes de viscosidad mucho más altos, La resistencia de un fluido al corte depende de su cohesión y de su rapidez de la transferencia de la cantidad del movimiento molecular. Un liquido, cuyas moléculas dejan espacios entre ellas mucho mas cerradas que las de un gas, tienen fuerzas cohesivas mucho mayor que un gas. La cohesión parece ser la causa predominante de la viscosidad en un líquido; y ya que la cohesión decrece con la temperatura, la viscosidad decrece también.

Variación de la viscosidad con la temperatura. La viscosidad es una manifestación del movimiento molecular dentro del fluido. Las moléculas de regiones con alta velocidad global chocan con las moléculas que se mueven con una velocidad global menor, y viceversa. Estos choques permiten transportar cantidad de movimiento de una región de fluido a otra. Ya que los movimientos moleculares aleatorios se ven afectados por la temperatura del medio, la viscosidad resulta ser una función de la temperatura . Algunos líquidos son absolutamente sensibles a la temperatura, y una variación relativamente pequeña dará lugar a un cambio significativo en la viscosidad. Otros son relativamente insensibles. La consideración del efecto de la temperatura en viscosidad es esencial en la evaluación de los materiales que serán sujetados a las variaciones de la temperatura, por ejemplo los aceites y las grasas. La variación de la temperatura tiene consecuencias importantes sobre el valor de la viscosidad. Típicamente, se considera que la viscosidad varía en un 2% por grado Celsius. En algunos casos, como en los zumos de frutas .

Efecto del calor en el aceite. Los cambios físicos y químicos que sufre la grasa de fritura se ven influidas por numerosos parámetros del proceso. Los compuestos formados dependen, obviamente, de la composición del aceite y de la del alimento a freír. Durante la fritura, y a partir del aceite, pueden aparecer compuestos como dímeros y polímeros de ácidos y glicéridos, estos compuestos se generan por combinaciones térmicas y oxidativas de radicales libres, la polimerización es la reacción responsable de diversos cambios físicos y químicos observables en el aceite a lo largo de la fritura como el aumento sustancial de la viscosidad del aceite. Esto reduce el coeficiente de transferencia de calor en la superficie durante el freído e incrementa la cantidad del aceite absorbido por el alimento. Los factores que más influyen sobre la viscosidad entre otros son: la composición del aceite, la temperatura, el grado de homogenización del mismo, las estructuras moleculares de sus componentes y la interacción entre las mismas.

EL PROCESO DE FREIDO

La fritura es un método de preparación de alimentos que consiste en introducir un alimento en aceite o grasa caliente a temperaturas (150-200º C), durante prolongados periodos de tiempo y en presencia de aire, donde el aceite actúa como transmisor del calor produciendo un calentamiento rápido y uniforme del producto .

Definición del proceso. La fritura es un proceso físico-químico complejo, en el cual el producto a freír (papas) se introduce crudo o cocido en el aceite durante determinado tiempo (2-3 minutos) a temperaturas entre 150-200 oC, con el propósito de modificar la superficie del producto, impermeabilizándolo de alguna manera, para controlar la perdida de agua desde su interior .Esta situación facilita la cocción interna del producto, el cual queda más jugoso y permite la conservación de muchas de las características propias del alimento, mejorando en la mayoría de los casos, su sabor, textura, aspecto y color. Así es posible obtener un producto más apetecible, lo cual sin lugar a dudas contribuye al éxito de consumo de los productos fritos . El tiempo de fritura estará en función de la temperatura del aceite (150º C-200º C), naturaleza del alimento, espesor del mismo y el cambio sensorial que se desee alcanzar. La alta temperatura del aceite produce deterioro acelerado del mismo aunque mejores resultados sobre el producto tratado, debido a este deterioro industrialmente se utilizan temperaturas menores. No es recomendable en absoluto añadir aceite nuevo al caliente sin limpiar el recipiente y dado que el aceite nuevo se deteriorará con mayor rapidez .

Freído por inmersión. La fritura profunda o por inmersión, es aquella donde los alimentos entran en contacto con aceite a unos 180º C y se exponen parcialmente al aire, durante variados periodos de tiempo. Por ello la fritura es el método de preparación de alimentos con mayor potencialidad de provocar cambios químicos en las grasas, de las que el alimento arrastra consigo cantidades considerables (puede absorberse de un 5-40% de grasa, en términos de peso). A continuación se muestra en la figura 1, las reacciones que ocurren entre el alimento y el aceite durante el proceso de freído por inmersión.

Figura 1. Reacciones que ocurren en el alimento durante la fritura por inmersión.

La fritura es básicamente un proceso de deshidratación, lo que significa que el agua y las sustancias solubles en agua se extraen del producto frito y se transfieren a la grasa. Al mismo tiempo, el producto absorbe la grasa circundante. Si el producto a freír se sitúa en grasa caliente, el agua de la superficie se evapora y el agua del interior se traslada hacia la superficie para compensar dicha pérdida. Ya que el agua liberada no se traspasa inmediatamente desde la superficie hidrofílica del alimento a la grasa hidrofóbica, se forma una delgada capa de vapor entre la grasa y el producto frito. Esta capa estabiliza la superficie del alimento, lo que significa que esta queda protegida contra la absorción de la grasa hasta que se evapora el agua. Al mismo tiempo, la capa de vapor evita que el alimento se queme en demasía. Protegida por el vapor, se forma una capa con un gran número de poros y cavidades en la superficie del alimento frito. Una vez se ha evaporado la mayoría del agua, el alimento absorbe la grasa al interior de dichos poros y cavidades y se cuece el interior. El frió presente en la superficie disminuye progresivamente; el aumento de temperatura consecuente causa lo que se conoce como “reacción Maillard”. Los constituyentes proteínicos (aminos ácidos) reaccionan con el azúcar presente causando el oscurecimiento. Esto le da al alimento un aroma agradable.

De forma más concreta, en relación con los componentes del alimento, se han descrito las siguientes alteraciones concretas.

1. Modificaciones de las proteínas, péptidos y aminoácidos. La reacción de desnaturalización afecta a la capacidad de retener agua. También cabe destacar la inactivación de los enzimas por efecto de la elevada temperatura.

2. Modificaciones de los azúcares. La principal reacción de los azúcares es la de Maillard (pardeamiento no enzimático), reacción que se produce entre los grupos amino libre de aminoácidos, péptidos o proteínas y los grupos carbonilo de los azúcares u otros aldehídos o cetonas. Diversos productos intermedios, que reciben el nombre de productos de Amadori, o premelanoidinas, son rápidamente polimerizados a la temperatura de fritura formando macromoléculas de color oscuro (melanoidinas). Este oscurecimiento se acelera a temperaturas superiores a 150 ºC. Otros compuestos volátiles se originan como productos secundarios de la reacción y participan en el flavor y aroma del producto frito (pirazinas).

3. Oxidación de la fracción lipídica del alimento. Los lípidos presentes en el alimento sometido a fritura son oxidados, debido también a las altas temperaturas, pero con una limitada concentración de oxígeno. Esta oxidación se produce principalmente en la superficie. Los cambios oxidativos del total de la fracción lipídica dependen de su contenido en ácidos grasos poli insaturados .

Reacción que influye en el aumento de la viscosidad. Cuando aumenta la temperatura se aceleran todos los procesos químicos y enzimáticos en el aceite de fritura provocando alteraciones en el aceite. Las alteraciones que se originan provienen de la hidrólisis debida a la humedad, de la oxidación debida al oxígeno del aire y de la polimerización térmica debida a la temperatura. Esta última es la responsable del aumento de la viscosidad en los aceites .

Polimerización. La polimerización es la reacción de una grasa con ella misma, por lo cual se combinan moléculas relativamente pequeñas de aceite para formar moléculas más grandes. La molécula polimerizada puede tener un peso molecular que es de cientos a miles de veces el peso molecular de las moléculas originales. La reacción se acelera al freír a temperatura demasiado elevada por encima de 200ºC, por la presencia de oxigeno, la utilización de un aceite para fritura de baja calidad y una mala practica de fritura; por ejemplo, el calentamiento del aceite durante periodos largos de tiempo con pocos o ningún alimento friéndose (Esta practica reduce la velocidad a la cual el aceite es retirado de la freidora por absorción por parte del alimento y , a su vez, reduce la velocidad a la cual se añade al sistema aceite nuevo).Todas las grasas alimentarías de uso corriente y en particular las de elevado contenido de en ácidos grasos polínsaturados, tienden a formar estos polímetros cuando son calentadas a temperaturas extremas y durante un periodo de tiempo extremadamente largo.Como resultado de la formación en cadena de las moléculas, el aceite se vuelve más viscoso. En consecuencia, es más difícil que se evapore el agua del aceite, lo que significa que, tal y como sucede con el aceite nuevo, el calor no accede al alimento de forma adecuada, no se produce la reacción de oscurecimiento y el alimento se apelmaza y se seca. Al mismo tiempo, el aceite tiende a pegarse al alimento cuando se saca de la freidora, lo que supone un gasto mayor de aceite cuando este está usado que cuando es nuevo. Después de la polimerización, se reduce la cantidad de sustancias volátiles en la superficie de la grasa. Por lo tanto, las grasas más usadas forman menos humos. Aparte del cambio de color, las grasas de cocinar con una elevada proporción de polímeros se caracterizan por la formación de una fina capa de espuma.

MATERIALES Y MÉTODOS:

MATERIALES

Durante este estudio se utilizo aceite puro y degradado en la fritura por inmersión de papas, marca comercial tondero, que está compuesto de una mezcla de aceite de algodón, soya, ajonjolí, maní, y olerían de palma.

1. Líquido (aceite tondero)

2. Regla

3. Cronómetro

4. Papel absorbente

5. Vaso de precipitado de 100ml.

6. probeta

7. Balanza

8. Termómetro.

9. cocinilla

10. cámara

11. papa (tubérculo)

METODOSCARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL ACEITE. Para caracterizar fisicoquímicamente las muestras de aceite degradadas en fritura por inmersión se realizó proceso de filtración. Todas las pruebas se realizaron por 4 veces.

CONDICIONES DE FRITURA POR INMERSIÓN.Para conocer las condiciones de fritura por inmersión se realizó una entrevista de tipo no estructurada, a los operarios que trabajan en el área de fritura, y a la vez se hizo una visita para observar de forma directa el proceso, con el fin de conocer las condiciones de fritura de la papa tales como; el tipo de aceite, el tiempo y temperatura de freído, la cantidad de papas por fritura, la cantidad de aceite y el tiempo de renovación del aceite.

VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD EN EL ACEITE DE FRITURA. Para evaluar el cambio de la viscosidad en el aceite usado en fritura por inmersión, a continuación se describen las actividades realizadas:

Recolección de muestras. Se recolectaron12 muestras de aceite usado en fritura por inmersión de papa .Las muestras fueron recolectadas en recipientes plásticos.

Preparación de las muestras. Antes de iniciar la medición de las viscosidades las muestras de aceite usado se filtraron ,con el fin de eliminar los residuos sólidos de comida (papa), que se encuentran en suspensión en el aceite, y pueden influir en la medición de la viscosidad.

Termostatado de las muestras. Las muestras filtradas de aceite se termostataron (aparato que

sirve para mantener la temperatura constante de forma automática: los frigoríficos, los calefactores)

a las respectivas temperaturas (140,160, 180ªc), por la necesidad de tener una temperatura definida a la cual realizar la medida de viscosidad, ya que este parámetro afecta directamente en su resultado.

MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD

Método de Stokes viscosímetro de caída de la esfera:

Enuncia que sobre una esfera lisa de radio (R) que se mueve con una velocidad estacionaria (v) en el seno de un líquido viscoso, actúa una fuerza de resistencia esta es, opuesta a la dirección del movimiento. la esfera se mueve bajo la acción de las siguientes fuerzas: el peso, el empuje (se supone que el cuerpo está completamente sumergido en el seno de un fluido), y una fuerza de rozamiento que es proporcional a la velocidad de la esfera (suponemos que el flujo se mantiene en régimen laminar).

El peso es el producto de la masa por la aceleración de la gravedad g. La masa es el producto de la densidad del material ρe por el volumen de la esfera de radio R.

De acuerdo con el principio de Arquímedes, el empuje es igual al producto de la densidad del fluido ρf, por el volumen del cuerpo sumergido, y por la aceleración de la gravedad.

La fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad, y su expresión se denomina ley de Stokes

Donde h es la viscosidad del fluido.

La ecuación del movimiento será, por tanto,

La velocidad límite, se alcanza cuando la aceleración sea cero, es decir, cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre la esfera es cero.

Despejamos la velocidad límite vl

La ecuación del movimiento es

donde F es la diferencia entre el peso y el empuje F=mg-E, y k=6πRh

Integramos la ecuación del movimiento para obtener la velocidad de la esfera en función del tiempo.

Obtenemos

Esta ecuación nos dice que se alcanza la velocidad límite vl después de un tiempo teóricamente infinito. Si representamos v en función del tiempo t la gráfica tienen una asíntota horizontal en v=vl.

Integramos la expresión de la velocidad en función del tiempo para obtener la posición x del móvil en función del tiempo t. Suponemos que la esfera parte del origen x=0, en el instante inicial t=0.

se obtiene

Dado que la exponencial tiende a cero rápidamente a medida que transcurre el tiempo, vemos que al cabo de un cierto tiempo, el desplazamiento x del móvil será proporcional al tiempo t.

Las diferencias entre el movimiento de un cuerpo en caída libre y cuando cae en el seno de un fluido viscoso siguiente cuadro

Caída libre En el seno de un fluido viscoso

La velocidad es proporcional al tiempo La velocidad tiende hacia un valor constante

El desplazamiento es proporcional al cuadrado del tiempo.

El desplazamiento es proporcional al tiempo.

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD. Las determinaciones densimétricas son simples y de ejecución rápida y generalmente aplicables a los alimentos líquidos o en solución. Algunas veces la gravedad específica es referida como densidad relativa. La unidad de masa específica será la correspondiente a un cuerpo que tenga en un centímetro cúbico de volumen un gramo de masa.

PROCEDIMIENTO1.- verter con cuidado 100ml del aceite a calentar en la sartén a la temperatura de 140ºc.

2.- Agregarlas papas picadas (0.5cm de grosor ,1cm de ancho, 4cm de largo) ;con una masa aprox de 70 a 71 g; calentar aproximadas por unos 10minutos.

3.- luego retiras las papas y el aceite depositar en un recipiente esperar que se enfrié .

4.-medir la densidad (llevar a pesar con un volumen de 1ml)

5.-preparar todo para llevar a cabo el método de Stokes.

6. colocar el aceite en la probeta de 100ml

7.-luego dejar caer la esfera (gota de agua); medir el tiempo y distancia; Realizar una exploración visual de la caída de la esfera más grande en el fluido.

8.-luego este aceite llevarlo a recalentar con las papas que tengan las características ya sugeridas anteriormente por 3 veces mas y repetir todo el proceso a esa temperatura de 140ªc.

9.-tomar foto de todos los cambios de color y anotar observaciones.

10.-Sugerencia: luego repetir el procedimiento para las temperaturas de 160 y 180 ªc.

Bibliografía:

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/9403/6/3.4.%20El%20aceite%20vegetal.pdf

http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/guia_de_practicas_de_aceites_y_grasas.pdf

http://digital.csic.es/bitstream/10261/22004/1/691.pdf

http://es.slideshare.net/joearroyosuarez/laboratorio-n-05-fisica-ii-final

http://www.lawebdefisica.com/files/practicas/fluidos/viscosidadliquidos.pdf

http://www.unipamplona.edu.co/unipamplona/hermesoft/portalIG/home_1/recursos/tesis/contenidos/tesis_septiembre/05092007/efecto_de_la_temperatura.pdf