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1FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
INTRODUCCIÓN
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INTRODUCCIÓN
En este presente trabajo monográfico se detallara las características y
propiedades de la yuca para la obtención del almidón con alta calidad y alto
rendimiento, también se describirá detalladamente los procesos productivos
para la obtención del almidón de yuca a través de diversos diagramas,
tablas conceptuales u otro esquema explicativo.
También se describirá el estado actual de la industria del almidón de yuca
(IAY), tecnologías y/o sistemas aplicados en la obtención del almidón de
yuca, así como su impacto ambiental de este sector.
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1. MATERIA PRIMA PARA LA OBTENCIÓN DEL ALMIDÓN DE YUCA
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La yuca (Manihot esculenta Crantz) es una especie de raíces amiláceas
que se cultiva en los trópicos y subtrópicos. A pesar de que es uno de los
cultivos alimenticios más importantes de los países tropicales, fuera de
ellos es muy poco conocida.
La yuca es originaria de América tropical. Antes de 1600, los
exploradores portugueses la llevaron a África y Asia. La yuca se siembra
hoy en 92 países donde alimenta a más de 500 millones de personas.
Hay actualmente más de 5000 variedades de yuca y cada una tiene
características peculiares. Sus flores (masculina y femenina) son
pequeñas y la polinización cruzada es frecuente. El fruto es dehiscente y
las semillas pequeñas y ovaladas. La raíz es cónica y tiene una corteza
externa y otra interna (de color blanco o rosado). Los tallos maduros se
cortan en estacas de 7 a 30 cm de longitud, con las cuales se propaga la
planta.
En condiciones experimentales y en monocultivo, la yuca rinde hasta 90
t/ha de raíces (25 a 30 t/ha de materia seca); sin embargo, el
rendimiento promedio, en condiciones reales (suelos marginales, climas
severos y asociación con otros cultivos) es de 9.8 t/ha en el mundo (12.4
t/ha en América Latina). Con una tonelada (1000 kg) de yuca fresca se
pueden obtener 280 kg de harina o 230 kg de almidón o 350 kg de
trozos secos o
170 litros de alcohol.
Tabla 1 Datos más importantes de la yuca, elaboración propia. Fuente: CIAT 1996
Origen América tropicalVariedad 5000 variedadesCondiciones experimentales 90 t/ha de raícesCondiciones reales en el mundo 9,8 t/ha de raícesCondiciones reales en América Latina 12,4 t/ha de raíces
YUCA
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Ilustración 1 Producción general de 1 tonelada de yuca, elaboración propia. Fuente: CIAT 1996
Aunque la yuca es un cultivo resistente, puede sufrir tres enfermedades
importantes: el añublo bacteriano (en hojas y tallos), las pudriciones de
la raíz, y el virus del mosaico africano (en África solamente). Varios
insectos chupadores (ácaro verde, piojo harinoso, mosca blanca) y
algunos fitófagos (gusano cachón) atacan las hojas; una chinche y un
piojo subterráneo dañan a veces las raíces.
La yuca tolera la sequía (sin reducir su producción) porque posee tres
características particulares: los estomas se cierran cuando el aire está
seco, las raíces extraen agua del suelo profundo (hasta 2.5 m), y su
sistema fotosintético fija el carbono atmosférico aun disponiendo de
poca agua (en estrés hídrico prolongado). Este cultivo sobrevive en
suelos escasos en fósforo porque establece asociaciones (micorriza) con
hongos que suministran ese elemento; también se desarrolla en suelos
ácidos (con aluminio). La yuca no tolera un suelo inundado. Las raíces
pueden cosecharse a los 7 meses de plantado el cultivo y pueden
permanecer en el suelo hasta 3 años. Una vez cosechadas se deterioran
en 3 o 4 días; por tanto, deben consumirse o procesarse sin demora.
La yuca no se debe considerar simplemente como un cultivo para
consumo humano, puesto que una parte apreciable de la producción es
procesada y se mercadea convertida en almidón y en otros productos.
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Aunque ya empiezan a reconocerse los méritos de este cultivo, se teme
a menudo que su expansión pueda degradar la fertilidad de los suelos y
erosionarlos, particularmente de aquéllos que se consideran marginales
en agricultura. En realidad, la yuca extrae de los suelos una cantidad de
nutrientes similar a la que extraen otros cultivos; además, con un
manejo agronómico adecuado, su producción es sostenible. Asimismo, la
yuca tiene habilidad para crecer en suelos ya desgastados, ventaja
extraordinaria que, unida a su gran potencial de producción, augura al
cultivo una perspectiva de consideración como fuente básica de energía
para las regiones marginales de los trópicos.
La yuca se adapta a una gran variedad de condiciones climáticas,
aunque prefiere el clima húmedo y cálido. Se desarrolla muy bien entre
las latitudes 30° N y 30° S.
Ilustración 2 Clima donde se desarrolla la yuca. Fuente: Sky & Telescope Media
Tipo de yuca y composición nutricional
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Existen dos tipos de yuca, la dulce y la amarga. La dulce pertenece a la
especie Manihot utilissima, que es utilizada como verdura. Tiene un
sabor suave cuando se hierve, y es más sabrosa y dulce cuando se fríe.
La amarga es considerada tóxica (o al menos más que la dulce) si no se
trata adecuadamente. Pertenece a la especie Manhiot esculenta, que es
de la que se extrae el almidón.
Su valor nutricional radica en el aporte en hidratos de carbono de la raíz,
concretamente un 38%. Aunque comparativamente tenga un bajo
contenido en vitaminas y minerales, no hay que obviar que para
determinadas poblaciones mundiales la yuca es la fuente principal de
algunos minerales como el potasio y el calcio, además de vitaminas
como la C, la B1, B2 y B5. Además, tiene un alto contenido en agua.
En contrapartida, la yuca es pobre en proteínas y grasas, aunque hay
que decir que su proteína tiene un valor biológico interesante pese a que
la metionina y la cisteína sean sus aminoácidos limitantes.
Cuando se compara su valor nutricional con el de otros alimentos básicos
del mundo, se observa que la yuca es una buena fuente de energía, pero
tiene una densidad de nutrientes esenciales y proteínas muy baja, como
le pasa a la patata.
Ilustración 3 Tipos de yuca y composición nutricional, elaboración propia. Fuente:
NATALBEN Supra Web Consultas
Ventajas e inconvenientes del consumo de yuca
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La yuca es un alimento apropiado para todas las edades. Gracias a su
aporte de energía está especialmente indicada para personas que
desarrollen una actividad que les produzca un gran desgaste físico, como
los deportistas.
Otro de sus beneficios es que, como no contiene gluten, los celiacos
pueden comerla sin problema.
El almidón extraído de la yuca, es muy digestiva y también es rica en
hidratos de carbono y energía, por lo que se recomienda su consumo en
niños y ancianos, y también para aquellas personas con trastornos
gastrointestinales como acidez, gastritis o colitis.
Sin embargo, también es importante destacar que, como otros
alimentos, la yuca o mandioca tiene una serie de anti nutrientes y
componentes tóxicos que pueden ser preocupantes si el alimento no es
tratado adecuadamente. En el siguiente apartado se explica por qué
puede ser tóxica, y qué medidas es necesario tomar antes de su
consumo.
Valor Nutritivo de las raíces de yuca
Las raíces de yuca tienen un alto contenido de almidón, que las
convierte en buena fuente de energía. También tiene un contenido
relativamente alto de vitamina C, pero el de proteína y vitamina A es
muy bajo. Para obtener una dieta balanceada con alto consumo de yuca,
éste se debe complementar con otras fuentes vegetales o animales de
proteína. En la nutrición animal, la yuca se complementa con tortas de
semillas oleaginosas o se mezcla directamente con esas semillas,
especialmente de soya. Esta mezcla, en opinión de algunos especialistas
en nutrición animal, presenta cierta sinergia muy favorable en el
desarrollo de algunas especies.
El almidón yuca
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El almidón puede hallarse en la
naturaleza como pequeños gránulos
depositados en semillas, tubérculos
y raíces de distintas plantas; es una
mezcla de dos polímeros, amilosa y
amilopectina, cuya proporción
relativa en cualquier almidón, así
como el peso molecular específico y
el tamaño de los gránulos,
determinan sus propiedades
fisicoquímicas y su potencialidad de
aprovechamiento ciertos procesos
industriales.
El almidón de yuca tiene una amplia
gama de aplicaciones en la
industria de alimentos, de papel y
cartón, textil, farmacéutica y de
adhesivos, entre otros. Sin
embargo, la mayoría de los almidones usados en estos sectores son
modificados, los cuales han sido desarrollados para reducir una o más de
las limitaciones que tiene el almidón nativo para uso industrial. Las
modificaciones en el almidón involucran el tratamiento del gránulo por
medios físicos, químicos y bioquímicos que causan la ruptura de algunas
o todas las moléculas, lo cual permite realzar o inhibir en el almidón
propiedades como consistencia, poder aglutinante, estabilidad a cambios
en el pH y temperatura, y mejorar su gelificación, dispersión o fluidez.
El almidón está constituido de dos tipos de polímeros de diferente clase
estructural:
Amilosa: Es esencialmente un polímero lineal, las unidades de
α-D-glucosa de amilosa están unidas por enlaces α-D-(1-4)
glucosídicos, cuya unidad repetitiva es la α-maltosa. Estos
enlaces aumentan las conformaciones helicoidales, es decir,
tiene la facilidad de adquirir una conformación tridimensional
helicoidal, en la que cada vuelta de hélice consta de seis
moléculas de glucosa. El interior de la hélice contiene sólo
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Ilustración 4 Tipos de gránulos. Fuente: Universidad Nacional de San
Antonio ABAD de Cusco
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átomos de hidrógeno, y es por tanto lipofílico, mientras que los
grupos hidroxilo están situados en el exterior de la hélice. La
amilosa tiene un peso molecular aproximadamente de 2 a 6
x106 g/mol. En general, las amilosas de las raíces y tubérculos
tienen pesos moleculares mayores que las de los cereales. La
mayoría de los almidones contienen alrededor del 25% de
amilosa.
La amilosa no es verdaderamente soluble en agua, pero forma
micelas hidratadas que dan un color azul rojizo con el yodo. En
tales micelas la cadena polisacárida está retorcida,
constituyendo un arrollamiento helicoidal.
Amilopectina: Consiste de cadenas de residuos de D-
glucopiranosa por enlaces α-D-(1-4) glucosídicos, como en la
amilosa, además con un 4-5% de enlaces α-D-(1-6) glucosídicos
que le dan una estructura ramificada creciente. La masa
molecular aproximada de la amilopectina es del orden de 106
g/mol.
La amilopectina es usualmente el mayor componente del
gránulo de almidón y es insoluble en agua fría debido a los
enlaces de hidrógenos de las cadenas poliméricas. En
calentamiento, los gránulos gradualmente se hinchan,
absorben agua y producen rompimiento de enlaces de
hidrógeno.
La relación de amilosa y amilopectina depende de la fuente y
tiene gran influencia en el producto final. Muchos almidones
contienen aproximadamente 20% de amilosa.
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Ilustración 5 Composición de Almidón. Fuente: Universidad Industrial de Santander
Propiedades fisicoquímicas de almidón
Propiedad física, el almidón es un polvo blanco, casi siempre
inodoro, a veces con un brillo característico, con un tamaño
que oscila entre 0.01-0.04 mm, y una densidad de 1.6 g/cm3;
es un material insoluble en agua, éter y alcohol.
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Propiedad química
Reacción con yodo, una de las características más comunes
para identificar el almidón, es por la coloración que se obtiene
al mezclar al almidón con agua en relación 1:18 y unas gotas
de yodo observando un color azul característico.
Hidrólisis, este término es aplicable a la relación de la química
orgánica e inorgánica, en donde el agua efectúa una doble
descomposición con otro compuesto, el H+ va a un
componente y el OH- a otro. Se puede representar por la
siguiente reacción:
La aplicación del término hidrólisis es más común en
reacciones en las que un ácido se añade al agua en mayor o
menor cantidad. Esta adición, al igual que la del álcali, acelera
la hidrólisis aún si ésta no se inicia. La hidrólisis puede ser: con
agua, con soluciones ácidas, con soluciones alcalinas y con
enzimas como catalizadores. Saussure encontró que por medio
de la hidrólisis de 100 partes de almidón se producen 110
partes de monosacáridos, de los cuales Salomón calculó la
fórmula molecular del almidón: (C6H10O5)x. Esta fórmula fue
verificada más tarde por análisis de combustión.
Hidrólisis por medios ácidos, los cereales, hortalizas y otros
materiales amiláceos se pueden sacarificar empleando ácidos
con el HCl y H2SO4. En general, los materiales para convertir
se muelen, se mezclan con una cantidad de agua acidulada y
se tratan con vapor a presión. El grado de degradación
dependerá de la concentración del ácido, la temperatura y el
tiempo de hidrólisis. A medida que la acción del ácido continua,
el peso molecular y la viscosidad de los productos de hidrólisis
decrece y el poder reductor aumenta.
La degradación hidrolítica del almidón por acción de los ácido
transcurren con escisión de los enlaces glucosídicos para dejar
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Ilustración 6 a) Estructura de la amilosa; b) Estructura de la amilopectina. Fuente: Universidad Industrial de Santander
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en libertad los grupos aldehídos; éstos se pueden reconocer
analíticamente por los métodos de Flehling-Soxhlet, Bertrand,
Willstatler-Schude, y se atribuye a la ruptura progresiva de los
fragmentos moleculares más elevados formados en un
principio, dextrinas, polisacáridos intermedios, maltosa hasta el
estado de dextrosa libre (glucosa), de acuerdo con el
mencionado desdoblamiento hidrolítico del almidón según la
reacción:
Hidrólisis enzimática, la hidrólisis enzimática tiene una
acción biológicamente importante por su función de suplir
carbohidratos para el metabolismo de plantas y animales. La
enzima amilasa, que se encuentra en las plantas y en el jugo
gástrico del hombre y los animales, efectúa esta función. Las
moléculas de almidón se rompen por acción enzimática
produciéndose dextrosas, las que luego se cristalizan en forma
de monohidrato.
Temperatura de gelatinización, los gránulos de almidón en
su condición natural no sufren un cambio apreciable cuando se
suspende en agua fría. Un calentamiento suave y uniforme de
la suspensión produce un pequeño cambio aparente, retiene la
birrefrigerancia, la absorción limitada de agua es reversible y el
hinchamiento es poco notable. Este comportamiento es el
resultado de los fuertes enlaces intermoleculares en las áreas
cristalinas de los gránulos que resisten la disolución. Sin
embargo, si estos enlaces han sido destruidos por tratamiento
mecánico o químico, o por previa gelatinización y secado del
almidón, el hinchamiento en agua fría ocurre. Muchos
derivados de almidón son también solubles en agua fría si el
grado de sustitución es suficientemente alto. Cuando la
suspensión de almidón se calienta en agua a temperaturas
progresivamente más altas, los gránulos primero gelatinizan y
pierden su birrefrigerancia, y luego sufren un hinchamiento
continuo. La gelatinización se define como la pérdida de la cruz
de interferencia visible dentro del gránulo sobre luz polarizada,
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y la temperatura de gelatinización es ese punto en el cual esta
transición ocurre. No todos los gránulos de una muestra de
almidón gelatinizan a la misma temperatura, pero están dentro
de un rango de 8–10Cº. Esto refleja diferencias en las fuerzas
de enlace internas dentro de los gránulos individuales. El rango
de gelatinización resultante es una característica específica de
cada especie de almidón o variedad de almidón modificado.
Viscosidad, la propiedad reológica más frecuentemente
determinada en pastas de almidón es su viscosidad, η. La
determinación de esta propiedad, que mide la resistencia a
fluir, presenta un problema en forma de (a) su inconstancia y
(b) el requerimiento a que el flujo sea laminar para que η sea
expresada en unidades racionales de poises. Si la suspensiones
acuosas de almidón granular se calientan cerca de la
temperatura de gelatinización, los gránulos empiezan a
hidratarse hasta alcanzar sus volúmenes originales; durante
este proceso se imparte la consistencia viscosa típica de una
pasta de almidón. Si la pasta se agita vigorosamente, muchos
de los gránulos hinchados se fragmentan produciendo una
disminución en la viscosidad. Finalmente, se obtiene una pasta
cocida que consiste en una mezcla de gránulos hinchados,
fragmentos de gránulos y moléculas de almidón dispersadas.
Los cambios en la viscosidad están determinados por: tamaño
del gránulo, las fuerzas internas que mantienen las moléculas
unidas dentro del gránulo y el efecto de los demás
constituyentes del sistema.
Formación del gel, cuando una pasta de almidón enfría, las
moléculas llegan a ser menos solubles y tienden a agregarse y
cristalizar parcialmente. Si esta pasta es extremadamente
diluida, resulta precipitación, pero en más altas
concentraciones se forman tres sistemas de gel dimensionales
de las moléculas polisacáridos. Tanto las moléculas de
amilopectina como de amilosa llegan a involucrarse en micelas
cristalinas que son unidas por medio de filamentos
moleculares. Tal alineamiento y cristalización de las moléculas
de amilopectina es inhibida parcialmente por su estructura
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ramificada. Estas áreas cristalinas, tanto dentro de los gránulos
hinchados como en la solución acuosa entre los gránulos,
determinan un alto grado de fuerza y rigidez del gel que está
formado.
Retrogradación, se conoce como retrogradación a una
progresión normal hacia la solidificación de un gel de almidón.
Este fenómeno se observa, cuando una solución acuosa se deja
en reposo durante cierto tiempo y se vuelve opalescente,
aumenta su nubosidad, aumenta su resistencia a la acción
enzimática, disminuye su viscosidad y finalmente se precipita;
esto surge de la tendencia de las moléculas de almidón a
asociarse, mediante enlaces de hidrógeno, por lo general la
pasta de almidón se transforma en un estado menos soluble o
menos hidratado, y simultáneamente pierde su capacidad para
absorber agua. La retrogradación es dependiente de la
temperatura, de la concentración, del tamaño molecular, de la
concentración del ión hidrógeno y de la presencia de otros
agentes químicos en la pasta. La retrogradación se lleva a cabo
más rápidamente a temperaturas próximas a 0 Cº y se invierte
por calentamiento.
Almidón nativo de yuca
El almidón nativo es el que sigue el proceso de producción de almidón
sin pasar por una fermentación, lo que se realiza es una hidrólisis ya sea
parcial, parcial con ácidos y total acida o enzimática.
Este almidón tiene diversos usos; sus propiedades como espesante,
aglutinante, estabilizante y mejorador de textura le dan una demanda
potencial que tiende a crecer mundialmente.
Almidón agrio de yuca
La obtención de almidón agrio o fermentado de yuca tiene las mismas
etapas de producción del almidón nativo, con la diferencia de que
incluye una etapa de fermentación previa al secado. Las raíces de yuca
son lavadas para eliminar tierra e impurezas y retirar la cascarilla.
Luego, son ralladas para liberar los gránulos de almidón y la masa
obtenida es lavada y filtrada o colada en una tela y la lechada es
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decantada en canales. El almidón precipitado es traspasado a tanques
donde fermenta en forma natural, en condiciones anaeróbicas, por
aproximadamente 30 días y luego es secado al sol, lo que le da a este
almidón propiedades de expansión en el horneado. El almidón agrio
adquiere, además, características especiales de sabor, textura y olor que
son deseables en la panificación. Se emplea en la elaboración de
productos horneados como pan de bono, pan de yuca y bocadillos tales
como «rosquillas» y «besitos».
Almidones modificados
El uso del almidón como componente alimentario se basa en sus
propiedades de interacción con el agua, especialmente en la formación
de geles. Sin embargo, el almidón como tal, no da buenos resultados en
alimentos más elaborados que se someten a procesos como mezclados
fuertes, emulsiones, congelados etc. Se presentan problemas de
inestabilidad en alimentos ácidos o cuando estos deben congelarse y/o
calentarse. Estos problemas pueden eliminarse o disminuirse en cierto
grado si el almidón es modificado química o físicamente.
Modificación física. Los almidones modificados físicamente son de
hecho almidones pregelatinizados. Algunas aplicaciones típicas son en
alimentos, aditivos y adhesivos para papel de pared.
Algunas de las modificaciones químicas son:
o Entrecruzamiento
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El entrecruzamiento de almidón le transfiere propiedades como:
un incremento en la resistencia al hinchamiento y gelatinización,
una reducción de la cohesividad, la gomosidad y características
elásticas a las pastas de almidón de papa, yuca y maíz.
o Sustitución
Para incrementar la resistencia del almidón al agua, la
hidrofobicidad puede ser incrementada por acetilación de los
grupos hidroxilo o por algún otro grupo el cual sea menos
hidrofóbico que los grupos hidroxilo. El número de grupos hidroxilo
que están sustituidos se expresa como el grado de sustitución
(DS). El grado de sustitución es el promedio de número de grupos
hidroxilo en cada unidad D-glucopiranosil la cual está sustituida
(moles de sustituyente por unidad Dglucopiranosil).
Para un máximo de DS=3, cada unidad D-glucopiranosil tiene tres
grupos –OH que pueden sustituirse.
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o Hidrólisis
Almidones de baja viscosidad son producidos por degradación
controlada de almidones nativos. Para obtener baja viscosidad, el
almidón nativo tiene que ser tratado de tal manera que los
enlaces glucosídicos en el almidón son hidrolizados. Tratamientos
en que los que pueden ser usados son: ácidos y calentamiento
(dextrinas), ácidos (modificación ácida de almidones), agentes
oxidantes (almidones oxidados) o α-amilasa (modificación
enzimática de almidones).
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o Oxidación
Los grupos carboxilo (COOH) o carbonilo (C=O) se introducen,
dependiendo del tipo de oxidación usada. Las moléculas de
almidón son también depolimerizadas
Estas modificaciones se hacen con la adición de químicos como sulfato
de aluminio, óxido de propileno, hidróxido de sodio y otros.
Todos estos procesos lo que hacen es cambiar la estructura de la
amilosa y de la amilopectina y se tiene como resultado que almidón
puede formar geles resistentes, tienen mejores funciones como
espesante, resiste medios ácidos, cambios de temperatura etc.
Las modificaciones físicas son las que se obtienen por aplicación de calor
y luego secado, de modo que el almidón queda pregelatinizado. Se
utilizan en mezclas secas de refrescos, pudines, salsas y alimentos altos
en sólidos. Las propiedades que tienen es que se pueden rehidratar en
agua fría y no requiere cocción, mejoran la viscosidad, la apariencia del
producto, resisten medios ácidos, cambios de temperatura, procesos que
generen fricción, estabilidad del gel en procesos de congelado-
descongelado.
Estos almidones se aplican en productos como rellenos para pasteles
congelados, jaleas para panificación, mezclas para queques, galletas,
postres, lustres, pudines instantáneos, mezclas para salsas, mezclas
para sopas.
Existe un tipo de almidón que se conoce como la tapioca perla. Se hace a
partir del almidón se forma del almidón y son pequeñas bolitas que se
parecen a las perlas. Es normalmente utilizado como ingrediente en
ciertos alimentos tropicales preparados directamente en los hogares. Al
cocinarlas se usan mezcladas en helados, pasteles, galletas. Al hervirlas
con leche de soya se consume como un desayuno en algunos países
orientales. También se utiliza como adherente de algunos platos hechos
a base de carne.
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Este tipo de tapioca se elabora a partir de un proceso de
pregelatinización del almidón de yuca. En general los almidones
modificados son metabolizados por el cuerpo humano de forma parecida
que el natural, rompiéndose en el aparato digestivo y formando azúcares
más sencillos.
2. PRODUCTOS Y USOS INDUSTRIALES DEL ALMIDÓN DE YUCA
Industria de Alimentos, el almidón natural (llamado también nativo,
dulce o industrial) se usa, solo o mezclado, en la elaboración de
macarrones y de diversas harinas; con éstas se preparan pudines,
pasteles, galletas, obleas, bizcochos, almojábanas, cremas, helados,
sopas, ensaladas, embutidos y otros productos alimenticios. Con el
almidón fermentado (agrio) se elaboran también productos alimenticios
tradicionales en Colombia, como el pan de bono y el pan de yuca.
El almidón nativo puede modificarse por medios físicos y se
convierte en almidón pre gelatinizado (almidón-PG). Este almidón
tiene la propiedad de que se dispersa en agua sin necesidad de
someterlo a cocción.
Se usa como aditivo para espesar, estabilizar o recubrir tortas de
frutas, mezclas secas, pudines, crema de leche. La adición del
almidón-PG mejora la textura y la apariencia de estos productos y
de otros similares.
El almidón nativo puede modificarse también por medios
químicos. El producto resultante se utiliza en la industria
alimenticia como espesante de salsas blancas, y para estabilizar y
emulsificar aderezos para ensaladas, gelatinas nutritivas, postres
instantáneos, helados, pudines y alimentos para bebé. Según la
modificación que se le haga, el almidón modificado se usa en la
industria del papel, de los adhesivos y otras.
Industria del Papel, el almidón nativo usado en la industria papelera se
denomina almidón no modificado (almidón-NM). El tratamiento que
recibe este producto comprende tres operaciones: el refinado (o
tamizado), la purificación (operación estrictamente industrial) y el
secado.
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Papel y cartón, la elaboración del papel y del cartón consta de varias
etapas, y en una de ellas (o en más de una) se adiciona almidón-NM al
producto final para darle ciertas propiedades y diferente calidad.
La industria del papel exige tres características básicas en el
almidón-NM de yuca: blancura, bajo contenido de fibra y pocas
impurezas. Puede tener el almidón otras características físicas o
químicas, las cuales afectan el proceso de elaboración del papel o
la formación de la pasta que le da origen.
El almidón-NM ayuda a unir las fibras de celulosa del papel y
forma una capa superficial que reduce la pelusa y aumenta la
consistencia, la solidez y la durabilidad de las hojas de papel. Esta
capa delgada da también mayor resistencia mecánica al cartón.
El almidón-NM se emplea además como adhesivo en el laminado
de ciertos papeles, de cajas corrugadas, de papel de colgadura
(para empapelar), de tubos de cartón y de otros artículos.
También se emplea en el reciclaje del papel y del cartón.
Pegantes, el almidón-NM es materia prima de las bases pegantes con
que se elaboran ya sea productos adhesivos o colas baratas.
Estos pegantes se utilizan para fabricar materiales de embalaje,
etiquetas, papel de envoltura y cinta pegante de humedecer,
productos cuyo uso los hace desechables.
Las bases pegantes son muy útiles para las empacadoras y
etiquetadoras de alta velocidad, por dos razones: costo
relativamente bajo y gran velocidad de adhesión.
Descomposición orgánica. El almidón-NM empleado en la industria
papelera dura 3 o 4 días sin descomponerse, al cabo de los cuales es
fermentado por diversos microorganismos. Esta fermentación produce
gases (cuyo mal olor no se percibe inicialmente) y desnaturaliza el
almidón-NM alterando sus propiedades, a saber: pierde el 25% de su
capacidad de engomar, se reduce su viscosidad y cambia su acidez (pH).
Al almidón-NM deben agregarse, por tanto, sustancias que impidan el
crecimiento de bacterias productoras de ácido láctico, de bacterias
coliformes y de hongos (géneros Penicillum y Aspergillus y levaduras).
Industria Textil, el almidón-NM es el ingrediente más abundante y
barato y, por ello, el más importante de las diferentes colas textiles.
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Engomado, el almidón-NM de yuca se prefiere —casi en forma exclusiva
— en la industria textil, por dos razones: primera, sólo con él pueden
tratarse los tejidos muy blancos; segunda, se degrada menos que el
almidón proveniente de otras fuentes. Un tejido puede engomarse de
manera temporal o permanente.
El engomado temporal se aplica a la urdimbre justo antes de que
ésta se convierta en tejido, para que las hebras (o hilazas) sean
más resistentes, flexibles, suaves y lisas. El agente almidonante se
deposita como una película sobre las hilazas de la urdimbre y las
recubre totalmente.
Evita así el deshilachado, el enredo, el moteado y la rotura de las
hebras, efectos que perturbarían seriamente la elaboración del
tejido.
El engomado permanente se emplea en el proceso de acabado del
tejido, y es relativamente estable, es decir, se mantiene hasta que
la tela llega, por lo menos, a manos del consumidor.
Impregnando el tejido, este engomado mejora la textura de la
tela, aumenta el brillo superficial de ésta, le da “cuerpo” y solidez
para facilitar su manipulación, eleva el “peso’’ y la calidad del
estampado y aumenta, en general, la apariencia y la sensación
textil de buena calidad de la tela.
Industria Farmacéutica, el almidón-PG se emplea en farmacia para
diluir, aglutinar, lubricar o desintegrar diversos productos sólidos. Este
almidón actúa también como absorbente, da viscosidad y sirve de
vehículo a sustancias pastosas, líquidas o semisólidas en la elaboración
de cremas y lociones de uso dermatológico.
Se emplea además para fabricar polvos faciales finos, polvos compactos
y polvos nutritivos y como soporte en la fabricación de obleas.
Otros Usos, el almidón-NM de yuca se usa en la industria química para
obtener alcoholes, glucosa y acetona; para fabricar explosivos,
colorantes, pilas secas e impresiones dentales; y en la coagulación del
caucho.
El almidón-NM se usa en minería como floculante y como componente de
las soluciones empleadas en la perforación de pozos de petróleo.
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
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23FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
SECCION II
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24FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
1. PROCESOS PRODUCTIVOS PARA LA OBTENCIÓN DEL ALMIDÓN DE
YUCA
Recepción de las raíces, una vez cosechadas, deben ser transportadas
a la planta de procesamiento dentro de las siguientes 24-48 horas para
evitar su deterioro fisiológico y/o microbiano. El proceso se inicia con el
pesaje de la mandioca o yuca.
Lavado y pelado de las raíces, en esta etapa se eliminan la tierra y
las impurezas adheridas a las raíces. La cascarilla se desprende por la
fricción de unas raíces con otras durante el proceso de lavado. Las raíces
de yuca son conducidas a los lavadores por medio de bandas
transportadoras.
Los lavadores son tambores cilíndricos con un eje central provisto de
aspas, diseñados para lavar y pelar las raíces simultáneamente.
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
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25FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Rallado o desintegración, en esta etapa se liberan los gránulos de
almidón contenidos en las células de las raíces de la mandioca. La
eficiencia de esta operación determina, en gran parte, el rendimiento
total del almidón en el proceso de extracción.
Las raíces trituradas se conducen por un elevador de rosca helicoidal a
un alimentador / dosificador, que permitirá la distribución de la cantidad
programada a un desintegrador; éste es un cilindro rotativo que funciona
a alta velocidad periférica, con láminas dentadas en la superficie que
rallan la yuca causando el rompimiento celular y la consecuente
liberación del almidón.
Tamizado o extracción, en esta etapa se realiza la separación de la
pulpa o material fibroso de la lechada de almidón. La masa rallada es
una mezcla de mandioca rallada con agua, que es bombeada a las
tamizadoras o extractoras cónicas rotativas para retirar la fibra del
almidón. Estos extractores son montados en baterías con la finalidad de
aumentar el rendimiento. El agua entra en chorros a contracorriente
para separar mejor el almidón.
Purificación y concentración, la suspensión extraída o lechada de
almidón es alimentada a dos separadores centrífugos, uno primario y
otro secundario, para las etapas de purificación y concentración,
respectivamente. La lechada de almidón se alimenta a la centrífuga
primaria de platos por medio de un tanque pulmón o de bombeo donde
es purificada con la adición de agua y centrifugada para retirar los
almidones solubles y partículas extrañas. Enseguida, la lechada de
almidón purificada sigue a la etapa de concentración en la centrífuga
secundaria, donde el almidón es concentrado hasta 20-22ºC.
Zarandeo, el almidón concentrado es bombeado a un tanque especial
de mezclado que posee un mecanismo de agitación, que permite la
mezcla constante del producto concentrado y evita su decantación.
Luego es bombeado a un separador. La canasta centrífuga consta de un
disco de gira a altas revoluciones y que permite obtener un producto con
33-35% de humedad. El filtro de vacío consta de una tela cilíndrica
perforada cubierta por tejidos que se remueven cada ocho horas.
Sedimentación o deshidratación, se realiza por medio de
sedimentación o centrifugación, para separar los gránulos de almidón de
su suspensión en agua.
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
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26FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Secado, se remueve la humedad del almidón mediante el método
artificial. El almidón deshidratado al vacío sigue por una válvula rotativa
que lo dosifica a un secador neumático.
El almidón es secado en secadores neumáticos con corto tiempo de
residencia y evaporación rápida del agua.
El almidón se conduce y seca por una corriente de aire caliente
proveniente de una caldera. Las temperaturas en estos equipos varían
entre 120-170ºC.
Acondicionamiento, comprende las etapas de molienda, tamizado y
empaque. Una vez secado y enfriado el almidón es tamizado para
remover las partículas grandes y luego es transportado por
alimentadores helicoidales a una envasadora automática.
Fermentación, el almidón sedimentado se coloca en los tanques de
fermentación. Se le agrega luego una capa delgada de agua y allí se
conserva de 20 a 30 días. Este tiempo varía según las condiciones
climáticas de la zona. Los tanques tienen dimensiones variables y, en
general, están recubiertos con madera en su interior. Su tamaño
depende de la capacidad de la rallandería.
Los tanques pequeños son más recomendables, por dos razones: son
fáciles de llenar y facilitan la operación diaria de secado.
El inóculo necesario para la fermentación puede ser el agua que haya
sido usada en el proceso de fermentación durante varios días o un trozo
de almidón ya fermentado. Se usa también el afrecho húmedo, que se
extiende sobre el almidón en la parte superior del tanque. Se deja agua
sobrenadante en los tanques (de 3 a 4 cm por encima del almidón) para
mantener la anaerobiosis. Los tanques llenos se protegen del sol con
afrecho húmedo o con sacos de polipropileno húmedos, para evitar la
evaporación del agua. En zonas de clima ardiente, es recomendable
enterrar los tanques de fermentación. El tiempo de fermentación es
variable y depende de la temperatura ambiente.
Secado del Almidón, el secado es la operación de deshidratación del
almidón húmedo mediante exposición al calor.
El almidón nativo se seca empleando medios naturales o artificiales; el
almidón fermentado debe secarse solamente con calor solar. Terminada
la fermentación, el almidón se extrae de los tanques o de los canales en
bloques compactos y se transporta a los patios donde se seca al sol.
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
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27FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Para facilitar el secado, se desmenuza el almidón. Esta operación se
hace con las manos o empleando un rallador que lleve en su tambor
tornillos o clavos; el implemento sirve así de “quebrador” del almidón
antes del secado.
El almidón se seca sobre polietileno de espesor no. 6 de color negro —
que capta por ello mayor radiación solar y facilita el secado rápido y
uniforme— y se extiende en capas que tengan una densidad de 1 a 2
kg/m2. Para secar, por tanto, una tonelada de almidón se necesitaría,
aproximadamente, 1000 m2 de superficie de secado. Por consiguiente,
el área de secado es otra de las limitantes que afecta sensiblemente a
numerosas rallanderías que se encuentran en regiones de topografía
muy quebrada.
1.1. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA OBTENCIÓN DEL ALMIDÓN
DE YUCA
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
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28FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
1.2.
EQUIPOS Y/O MAQUINARIAS PARA LA OBTENCIÓN DEL ALMIDÓN
DE YUCA
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
Ilustración 8 Diagrama General de obtención de almidón de yuca. Fuente: Centro Internacional de agricultura
tropical.
Ilustración 9 Diagrama de equipos. Fuente: Fecularia Salto Pilao S.A.
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29FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Máquinas lavadoras
Lavadora / peladora cilíndrica de semieje para carga lateral
(Modelo 1).
El
cilindro está soportado por un semieje acoplado a una caja
de rodamientos en una de sus caras.
El semieje acciona el cilindro. El conjunto se instala sobre
una pileta que recibe el agua y las impurezas. El cilindro
está formado por una lámina de hierro galvanizado que
tiene agujeros ovalados, distanciados entre sí. Por estos
orificios salen el agua y las impurezas (suelo y restos de
cascarillas). Esta lavadora se carga y descarga a través de
una abertura semicircular situada en el centro de uno de los
lados (o bases) del cilindro. En ese lado hay además una
tolva (o un aditamento similar) que ayuda a hacer las
labores de carga y descarga; éstas se ejecutan
manualmente en forma muy práctica y fácil y consiguiente,
la operación de lavado/pelado con esta máquina es rápida y
prácticamente continúa. Por la misma abertura lateral entra
un tubo perforado para el suministro del agua. Las raíces
salen de las máquinas lavadas y peladas y caen en un
depósito bajo la tolva.
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
Ilustración 10 Modelo 1. Fuente: Centro Internacional de agricultura tropical.
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30FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Lavadora/peladora cilíndrica de eje central para carga
frontal (Modelo 2).
Es
un
cilindro con un eje cuyos extremos están central soportados
por rodamientos o chumaceras. Las paredes del cilindro son
de lámina galvanizada y tiene agujeros ovalados o
rectangulares. La compuerta de carga y descarga va a lo
largo del cilindro. Por encima del cilindro, y paralelo a éste,
un tubo con perforaciones deja caer agua a presión sobre el
cilindro. Estas lavadoras/peladoras son difíciles de cargar y
descargar, su arranque es también difícil y las tandas de
lavado y pelado se demoran mucho.
Lavadora/peladora cilíndrica semicontinua (Modelo 3).
Es
un
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
Ilustración 11 Modelo 2. Fuente: Centro Internacional de agricultura tropical.
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31FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
cilindro con un eje central que gira sobre rodamientos o
chumaceras. Las paredes del cilindro son de lámina
galvanizada y tienen agujeros ovalados o rectangulares
para facilitar la salida del agua y las impurezas. Al cilindro
se acopla una tolva de recepción en uno de los extremos;
en el otro hay una compuerta de salida. El agua es
suministrada por un tubo bifurcado cuyos extremos pasan,
sin impedir la libre rotación del cilindro, por orificios
situados uno en el lado derecho y otro en el lado izquierdo
del mismo cilindro. En algunas máquinas de este modelo, el
agua se suministra a través del eje central que estará, por
tanto, perforado.
Capacidad de las lavadoras/peladoras
La capacidad de una lavadora/peladora depende de su tipo,
que puede ser tradicional (modelos 1 y 2) o semicontinuo
(modelo 3).
o Las tradicionales tienen una capacidad de 1000
kg/hora y su consumo de agua es de menos de 100 lt
por cada 100 kg de raíces. El tiempo empleado en
cada tanda es, aproximadamente, de 10 minutos.
o Las semicontinuas (modelo 3), de reciente desarrollo,
tienen mayor capacidad (1500 kg/hora) y un
consumo de agua razonable (130 lt por 100 kg de
raíces). Su manejo es práctico y fácil. El tiempo por
tanda es de 5 minutos. Estas lavadoras/ peladoras
pueden acoplarse a la operación de rallado para dar
mayor continuidad al proceso de beneficio.
Maquina ralladora
Es un cilindro
de madera que
va montado en
un eje de
hierro. El
cilindro está
recubierto por
fuera por una
Fecha de presentación 3 de julio de 2015Ilustración 13 Maquina ralladora vista superior.
Fuente: Centro Internacional de agricultura tropical.
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32FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
lámina de hierro galvanizado que se perfora manualmente con un
clavo (o con punzón) en toda su área. Se hacen, generalmente,
una o dos perforaciones por cm2.
La velocidad de
rotación del
cilindro varía
de 1200 a
1300 r.p.m. El
rendimiento
promedio del
equipo es de
1500 kg de
raíces por hora.
Cuando se ralla
con agua,
consume 90 lt
por cada 100
kg de raíces.
La superficie áspera y cortante del tambor, constituida por los
bordes filudos de múltiples agujeros, establece una línea de corte
con la cara interior de una tabla colocada frente al tambor. Ese
rallo produce una masa de ralladura de yuca, que será fina o
gruesa según el espacio dejado entre el tambor y el borde de
madera.
La operación
de rallado
suele hacerse
en seco. Sólo
en casos
especiales se
practica con
agua, por
ejemplo,
cuando la
maquinaria
puede
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
Ilustración 14 Maquina ralladora vista perfil, ingreso de raíces de yuca. Fuente: Centro
Internacional de agricultura tropical.
Ilustración 15 Maquina ralladora vista frontal, ingreso de raíces de yuca. Fuente: Centro
Internacional de agricultura tropical.
33
33FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
instalarse aprovechando la pendiente del terreno, es decir, el
gradiente de gravedad; el agua usada puede así fluir fácilmente
hacia la siguiente operación o hacia el depósito de aguas
residuales.
El porcentaje de extracción de almidón depende del rallado. Si
éste no deshace bien el tejido de la raíz para separar los gránulos
de almidón de las fibras, el rendimiento del proceso de extracción
es bajo y se pierde mucho almidón en el afrecho desechado.
El rallado no puede ser demasiado fino porque los gránulos muy
pequeños de almidón sufrirían daño físico y, más tarde, deterioro
enzimático. En estas condiciones, la sedimentación sería más
lenta y se formaría mayor
cantidad de mancha.
Maquina coladora mecánico discontinuo
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
Ilustración 16 Maquina ralladora. Fuente: Centro Internacional de agricultura
tropical.
Ilustración 17 Maquina coladora mecánico discontinuo. Fuente: Centro Internacional de agricultura tropical.
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34FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Esta coladora mecánica consta de un cilindro asociado a un
semieje, el cual gira apoyado en una caja de rodamientos; su
velocidad de rotación es de 20 a 22 r.p.m. Se carga y descarga
lateralmente mediante un aditamento.
Dentro del cilindro hay aspas que mezclan la masa rallada de yuca
con agua. La lámina interior del cilindro está cubierta por una
malla de tela o nylon, cuya trama es de 80 mesh, en la que se
tamiza la mezcla de masa rallada y agua.
Esta malla permite el paso de la lechada de almidón y retiene la
fibra o afrecho. La capacidad normal de esta coladora mecánica es
de 250 a 300 kg de masa rallada por hora.
La calidad del almidón, respecto a su contenido de fibra e
impurezas, depende
de la malla que se
utilice. Se puede
obtener almidón de
mejor calidad
empleando mallas
de 120 mesh, o más
finas.
Otro modelo de
este tipo está
soportado en cuatro
rodamientos (o “rodillos”); la transmisión (polea y eje) mueve dos
rodamientos, los cuales transmiten el movimiento al cilindro, que
se apoya también en los otros dos rodamientos. El cilindro gira en
sentido contrario al giro de los rodamientos. Por lo demás, este
modelo es igual o muy similar al anterior.
Tanques de sedimentación
Estos
tanques se
construyen
con ladrillo
y se
recubren
con
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
Ilustración 18 Otro modelo de maquina coladora. Fuente: Centro Internacional de
agricultura tropical.
Ilustración 19 Tanques de sedimentación. Fuente: Fecularia Salto Pilao S.A.
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35FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
baldosín. El volumen de agua que pasa por ellos, por tonelada de
raíces frescas, es de 4.8 m3.
Esta cifra aparece de nuevo en los 5 m3 (500 lt/100 kg de yuca)
empleados para colar y sedimentar 1000 kg iniciales de raíces
frescas.
Los tanques se convierten en una limitante grande del proceso por
el trabajo que requieren.
Las rallanderías, en efecto, no poseen el número suficiente de
tanques para atender su propia capacidad de producción de yuca
rallada. Además, hay que esperar hasta 8 horas para que el
almidón quede sedimentado en un tanque.
Los tanques tienen otros dos inconvenientes: permiten que se
mezcle el almidón con la mancha y que se pierda hasta un 2% del
almidón sedimentado cuando éste se “desmancha”. La labor de
retirar la mancha (desmanchar) consiste en limpiar la parte
superior de la capa de almidón sedimentado empleando agua y
una herramienta manual de limpieza que tiene un borde
recubierto con caucho.
Tanque de fermentación
Los tanques pequeños son más recomendables, por dos razones:
son fáciles de llenar y facilitan la operación diaria de secado.
El inóculo
necesario para la
fermentación
puede ser el agua
que haya sido
usada en el
proceso de
fermentación
durante varios
días o un trozo de
almidón ya
fermentado. Se
usa también el
afrecho húmedo,
que se extiende sobre el almidón en la parte superior del tanque.
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
Ilustración 20 Tanque de fermentación. Fuente: Centro Internacional de agricultura
tropical.
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36FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Se deja agua sobrenadante en los tanques (de 3 a 4 cm por
encima del almidón) para mantener la anaerobiosis. Los tanques
llenos se protegen del sol con afrecho húmedo o con sacos de
polipropileno húmedos, para evitar la evaporación del agua.
En zonas de clima ardiente, es recomendable enterrar los tanques
de fermentación.
El tiempo de fermentación es variable y depende de la
temperatura ambiente.
1.3. CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN Y/O PARÁMETROS DE
CONTROL DE LOS PROCESOS PRODUCTIVOS PARA LA
OBTENCIÓN DEL ALMIDÓN DE YUCA
La extracción del almidón de la yuca puede realizarse en plantas
artesanales o plantas más tecnificadas; sin embargo, el proceso
en esencia es el mismo y comienza con la descarga de la materia
prima en un espacio cercano a la zona de lavado y pelado, donde
es desempacada y vaciada en la tolva alimentadora, luego es
macerada finamente por medio de la superficie cortante del
cilindro y de las cuchillas que actúan como rallos, convirtiéndola
en una pasta de ralladura de yuca y liberando el almidón. En
seguida, el almidón y el agua (lechada de almidón) son separados
las coladoras mecánicas (filtrado) de las fibras y proteínas que las
raíces contienen. La lechada de almidón pasa a una zaranda
auxiliar con malla para retener impurezas y el agua y el almidón
son separados en los canales de sedimentación, en los cuales los
gránulos de diverso tamaño se sedimentan en el fondo.
En algunos casos, parte de la mancha se separa en el tramo final
de los canales; en otros, el agua sobrenadante pasa por tuberías
de rebose a un tanque de sedimentación de mancha.
El almidón fresco, que es retirado manualmente de los canales de
sedimentación, es sometido a un proceso biológico de
fermentación anaerobia por un período de dos a tres semanas,
obteniéndose el almidón agrio que se extrae de los tanques en
bloques compactos y se transporta a los patios para deshidratarlo
mediante la exposición a la luz solar.
Recepción de raíces de yuca fresca
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
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37FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
o Gravedad especifica.
o Porcentaje de materia seca.
o Porcentaje de almidón (b.s).
Las raíces una vez cosechadas deben ser transportadas a la planta
de procesamiento dentro de las siguientes 24-48 horas para evitar
su deterioro fisiológico y/o microbiano. Un factor importante en la
producción de almidón de yuca de alta calidad, es que todo el
proceso desde la cosecha de las raíces hasta el secado del
almidón sea ejecutado en el más corto tiempo posible.
Lavado y pelado de las raíces, en esta etapa se elimina la
tierra y las impurezas adheridas a las raíces. La cascarilla se
desprende por la fricción de unas raíces con otras durante el
proceso de lavado. Normalmente, las pérdidas en el lavado son de
2-3 por ciento del peso de las raíces frescas. Se debe evitar
pérdida de la cáscara ya que esta también contiene almidón.
Pérdidas en el lavado/pelado, las pérdidas ocurridas en la
operación de lavado y pelado de las raíces de yuca dependen de
tres factores: la variedad de yuca, el estado en que se encuentren
las raíces y las características de la máquina lavadora.
o Las pérdidas de materia prima y, por ende, de almidón de la
lavadora se deben, principalmente, a la duración del lavado
y al diseño de los agujeros del cilindro; si estos tienen un
borde interno muy grande, pueden romper todo el tejido de
la raíz, desintegrándola en trozos muy pequeños.
Normalmente, estas pérdidas por lavado están entre el 2%
y el 3% del peso de las raíces frescas.
o Las lavadoras de eje central para carga y descarga frontal
tienen también pérdidas de agua, porque una parte del
agua suministrada resbala por el exterior del cilindro.
Rallado o desintegración, en esta etapa se liberan los gránulos
de almidón contenidos en las células de las raíces de la yuca. La
eficiencia de esta operación determina, en gran parte, el
rendimiento total del almidón en el proceso de extracción. Si el
rallado no es eficiente, no se logran separar totalmente los
gránulos de almidón de las fibras; el rendimiento del proceso es
bajo y se pierde mucho almidón en el afrecho desechado.
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
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38FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Por otra parte, si el rallado es demasiado fino, los gránulos muy
pequeños de almidón sufren daño físico y más tarde deterioro
enzimático; la sedimentación sería más lenta ya que el gránulo
fino pierde densidad y además se formaría mayor cantidad de
mancha. Un factor importante que es el cálculo de la eficiencia de
rallado que determina la eficiencia de liberación de los gránulos de
almidón.
Es la acción de liberar el almidón de la raíz empleando un método
cualquiera. La eficiencia de esa acción recibe el nombre de efecto
rallador (ER), que se ha calculado mediante la siguiente ecuación:
Donde:
AA = almidón recuperado en el afrecho (%)
FR = fibra cruda en las raíces frescas (%)
AR = almidón en las raíces frescas (%)
FA = fibra cruda en el afrecho (%)
En el rallado se liberan los gránulos de almidón contenidos en las
células de la raíz.
La eficiencia de esta operación determina, en gran parte, el
rendimiento total de almidón en el proceso de extracción.
Colado o extracción, en esta etapa se realiza la separación de la
pulpa o material fibroso de la lechada de almidón. Se debe evitar
que pequeñas partículas de fibra pasen a la lechada de almidón;
es por ello que en muchos casos se recomienda realizar un
recolado de la lechada con el objeto de retener las fibras finas que
pudieron pasar a la lechada.
Sedimentación o deshidratación, se realiza por medio de
sedimentación o centrifugación, para separar los gránulos de
almidón de su suspensión en agua.
Secado, puede ser realizado dependiendo del nivel tecnológico
por secado solar o artificial. En ambos casos, se busca remover la
humedad del almidón hasta un 12-13 por ciento.
Acondicionamiento, comprende las etapas de molienda,
tamizado y empaque.
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
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39FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
Subproductos en el proceso del almidón de yuca, en el
proceso de extracción de Almidón de yuca se generan
subproductos tanto sólidos como líquidos. Las principales
características son:
Afrecho, es el subproducto de la operación de colado. Una
vez secado al sol, el afrecho se usa como complemento de
concentrados para animales o se ofrece directamente en la
alimentación animal. El análisis químico indica que el
material tiene un con tenido de materia seca de 80 a 85%,
del cual el 60 a 70% es almidón y el 12 a 14% es fibra.
Mancha, al terminar la sedimentación en los canales, se
obtienen tres capas: la inferior y más densa es el almidón;
la intermedia, que es un almidón mezclado con material
proteico, espesor variable y menos denso que el almidón,
es la mancha y la capa superior es el agua residual. La
mancha contiene almidón de baja densidad y menor calidad
y su nivel de proteína es alto, empleándose en la
alimentación de porcinos y en la elaboración de adhesivos.
En algunas rallanderías, este material se sedimenta en el
tramo final de los canales de sedimentación, en otras se
deja sedimentar en un tanque y, en la mayoría de los casos,
su separación es ineficiente debido al bajo tamaño de las
partículas, lo que hace que finalmente sean arrastradas
junto con el efluente líquido (agua residual). Este material
líquido puede ser reutilizado en la etapa de lavado de la
yuca, lo que representaría un ahorro del 17% del agua
utilizada en el proceso.
Agua residual, durante el proceso de extracción de yuca
se utilizan de 8 a 9 m3 de agua por tonelada de yuca
procesada. Considerando que en promedio una Rallandería
tradicional procesa 4 toneladas de yuca por día y que la
yuca en sí tiene un alto contenido de agua, se estima que
cada Rallandería produce 36 m3 diarios de agua residual.
En el proceso se generan dos tipos de aguas residuales: las
que provienen del lavado y pelado de la yuca que se
caracterizan por contener gran cantidad de sólidos
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
40
40FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
suspendidos (material inerte y cascarilla), valores de DQO
bajos y una proporción de cianuro del orden de 40 a 70%.
Las provenientes de los canales o tanques de
sedimentación, presentan altas cargas orgánicas de DBO y
DQO. Mientras tradicionalmente el afrecho y la mancha han
tenido un valor agregado por ser fuentes ricas en energía y
proteína, siendo utilizados en la industria de alimentos
concentrados para animales y en la alimentación directa de
cerdos y otros animales de fincas de la región, con una
producción promedio de 4450 toneladas/año de afrecho
seco y 750 toneladas/año de mancha seca, las aguas
residuales normalmente han sido descargadas a los cuerpos
receptores, causando un significativo impacto negativo
sobre los mismos, lo que se ha reflejado en la inhabilidad de
estas fuentes para otros usos.
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
Tabla 2 Modelos matemáticos. Fuente: Libros varios
41
41FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
1.4. CONTROL DE CALIDAD PARA LA OBTENCIÓN DEL ALMIDÓN
DE YUCA
El poder de panificación (PP) es el principal criterio de calidad del
almidón agrio. Se define el PP como la capacidad del almidón para
crecer durante el horneado. Ahora bien, la producción artesanal
del almidón agrio impide que esta calidad sea uniforme, y esto
limita su acceso al mercado.
El PP depende fundamentalmente de la variedad de yuca, de la
fermentación y del secado al sol del almidón. La elección de
variedades apropiadas y de prácticas adecuadas para estas dos
etapas del proceso de producción del almidón agrio —y el control
efectivo de ellas— mejorarían mucho la calidad de este almidón.
Se ha estudiado la relación entre la microflora del inóculo de la
fermentación y la calidad del almidón. Algunos rallanderos
inoculan un tanque de fermentación con el agua de otro tanque en
que se ha obtenido almidón de buena calidad. Se ha comparado
también el efecto del tiempo de secado al sol con el secado en
horno a diversas temperaturas y bajo luz ultravioleta.
La calidad del almidón agrio mejora cuando la capa de agua del
tanque de fermentación (3 a 5 cm) garantiza la fermentación
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
Tabla 3 Modelos matemáticos. Fuente: Libros varios
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42FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
anaeróbica, la producción de ácido láctico (cepas específicas de la
bacteria amilolítica) y el descenso del pH hasta 3.5. Un secador
artificial que controle la humedad del almidón y permita irradiarlo
con luz UV mejoraría aún más esa calidad porque con él se
lograría un secado uniforme en muchas rallanderías; no se
obtendría, sin embargo, el mismo PP que da la luz solar.
Se estudia aún el influjo de la variedad de la yuca y del tiempo de
almacenamiento de las raíces en la calidad del almidón agrio, así
como los efectos que éste recibe del clima en general y del agua
empleada en el proceso de producción.
Fecha de presentación 3 de julio de 2015
Ilustración 21 Diagrama de flujo del proceso y balance de rendimiento del almidón. Fuente: Centro Internacional de Agricultura Tropical
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43FIIS – IAY – Especialidad Ingeniería Industrial
1. ESTADO ACTUAL DE LA INDUSTRIA DEL ALMIDÓN DE YUCA EN
NUESTRO SECTOR PRODUCTIVO
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2. TECNOLOGÍAS Y/O SISTEMAS APLICADOS PARA LA OBTENCIÓN
DEL ALMIDÓN DE YUCA
3. RESIDUOS Y/O IMPACTO AMBIENTAL DE LA INDUSTRIA DEL
ALMIDÓN DE YUCA
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CONCLUSIONES
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El almidón es un polisacárido vegetal que es la forma de
almacenamiento de carbohidratos en raíces, semillas y tubérculos.
Puede derivar de cereales como maíz, trigo, yuca, avena.
En estado nativo, el almidón es insoluble en agua. A medida que se
calienta y sufre gelatinización, se han de controlar factores como
acido, agitación, uso de enzimas, grasa, proteínas, azúcar.
Un agente dispersante evita grumos en una mezcla de almidón.
La procedencia del almidón y su concentración determina el
espesamiento, gelatinización y claridad del producto final.
Se puede producir sinéresis cuando las mezclas de almidón cocidas y
enfriadas envejecen.
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REFERENCIAS
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Archivo PDF: Almidón Agrio de Yuca en Colombia. Tomo 1: Producción
y Recomendaciones, Freddy Alarcon M. Dominique Dufour
Archivo PDF: Industrialización de la Yuca. Tecnología en alimentos
Universidad de Valle 2007, Susana Montoya Henao
Archivo PDF: Obtención de almidón modificado reactivo para la
sustitución de polioles en la producción de poliuretanos, Ingrid
Johanna Miranda Carvajal
Archivo PDF: Mandioca una opción industrial, Francisco Fretes.
Publicacion desarrollada para la Agencia del Gobierno de los Estados
Unidos.
Página Web: Revisión de la modificación química del almidón con
ácidos orgánicos. http://www.scielo.org.co/
Página Web: Yuca, fuente de energía. http://www.webconsultas.com/
Página Web: Todo sobre yuca. http://taninos.tripod.com/
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1. TERMINOLOGÍA
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2. CATALOGOS DE EQUIPOS, MAQUINARIA Y/O ADITIVOS EN LA
INDUSTRIA DEL ALMIDÓN DE YUCA
3. LISTA DE DOCUMENTOS COMPLEMENTARIOS PARA LA
OBTENCIÓN DE ALMIDÓN
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