Introducción a la ingeniería de los alimentos, 2da Edición

563 Pages·2015·81.711 MB·Spanish

by  Paul Singh y Dennis Heldman

Introducción
a la ingeniería
de los alimentos
R. Paul Singh
Dennis R. Heldman
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ACADEMIC PRESS Editorial ACRIBIA, S.A. jg g
Introducción a la ingeniería de los alimentos
Nota
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Department of Biological and Agricultural Engineering, University of California, Davis, CA 95616, USA.
Email: [email protected].
Introducción a la ingeniería
de los alimentos
Segunda edición
R. Paul Singh
Department of Biological and Agricultural Engineering and
Department of Food Science and Technology
University of California
Davis, California
Dennis R. Heldman
Department of Food Science
Rutgers, The State University of New Jersey
New Brunswick, New Jersey
Traducción de:
Jesús Ceamanos Lavilla
Departamento de Ingeniería Química
y Tecnología del Medio Ambiente
Centro Politécnico Superior, Zaragoza
Editorial ACRIBIA, S.A.
ZARAGOZA (España)
Título original: Introduction to Food Engineering, 3“ ed.
Autores: R. Paul Singh y Dennis R. Heldman
Editorial: Academic Press
Orlando, Florida 32887
USA
Copyright © 2001 by Elsevier Science (USA).
Translation Copyright ©2009 by Editorial Acribia, S.A.
All rights reserved.
Copyright © 2001 by Elsevier Science (USA).
Copyright de la traducción © 2009 de Editorial Acribia, S.A.
Todos los derechos reservados.
www.editorialacribia.com
ISBN: 978-84-200-1124-0
IMPRESO EN ESPAÑA PRINTED II SPAIN
Depósito legal: Z-1.316/2009 Editorial ACRIBIA, S.A.- Royo, 23 - 50006 Zaragoza (España)
Imprime: Línea 2015 - Polígono de Malpica, calle E, parcela 29-31, nave 18-19-50016 Zaragoza, 2009
Acerca de los autores
R. Paul Singh y Dcnnis R. Heldman se han reunido de nuevo para crear la tercera edición de
Introducción a la ingeniería de los alimentos-, un libro que ha tenido un éxito continuado desde que
se publicó por vez primera en 1984. Los Drs. Singh y Heldman tienen muchos años de experiencia
en la docencia de la ingeniería de los alimentos a estudiantes de distintos niveles. Esta experiencia,
junto con el trabajo del Dr. Heldman en la industria alimentaria, se muestran claramente en este
libro. El criterio de los autores en la cuidada selección de los temas, junto con la forma en la que se
presenta el material, harán que estudiantes y profesores aprovechen plenamente esta riqueza de
conocimientos.
Singh es profesor de ingeniería de los alimentos en la Universidad de California en Davis desde
1975, donde ha impartido regularmente asignaturas relativas a distintos aspectos de la ingeniería de
los alimentos tanto a nivel de segundo como de tercer ciclo. En 1986 fue galardonado con el Premio
de Joven Educador de la Sociedad Americana de Ingenieros Agrónomos (American Society of
Agricultural Engineers, ASAE). En 1997 recibió el Premio Distinguido en Ingeniería de los Alimentos
de la Asociación de Suministradores de Industrias Lácteas y Alimentarias (Dairy and Food Industry
Suppliers Association) y ASAE, donde se le reconoció como «científico y educador de categoría
internacional con una categoría educativa sobresaliente y un servicio internacional en la ingeniería
de los alimentos». En 1988 recibió el Premio Internacional del Instituto de Tecnólogos de Alimentos
(Institute of Food Technologists, IFT), reservado para un miembro del Instituto «que ha realizado
importantísimos esfuerzos en la promoción del intercambio de ideas a nivel internacional en el
campo de la tecnología de alimentos». El IFT le otorgó el Premio Samuel Cate Prescott de
Investigación en 1982. En el año 2000 el Dr. Singh fue elegido miembro tanto del IFT como de
ASAE. También ha ayudado a establecer programas de ingeniería de los alimentos en Portugal,
Indonesia, Argentina e India y ha impartido clases de forma extensa en 36 países. Singh es autor o
coautor de 13 libros y ha publicado más de 200 artículos científicos. Su programa de investigación
en la Universidad de California en Davis se dirige a la medida de propiedades de alimentos y al
estudio de la transmisión de calor y transferencia de masa en alimentos mediante el uso de simulaciones
matemáticas.
En la actualidad, el Dr. Heldman es catedrático de ingeniería de procesos alimentarios en Rutgers,
la Universidad Estatal de New Jersey, donde durante los dos últimos años ha impartido asignaturas
de segundo y tercer ciclo de ingeniería de los alimentos. Sus líneas de investigación se centran en el
uso de modelos para predecir propiedades termofísicas de alimentos y en el desarrollo de modelos
de simulación de procesos usados en las operaciones de procesado de alimentos. Antes de 1998 fue
catedrático de ingeniería de procesos alimentarios en la Universidad de Missouri, donde lideró el
Programa de Alimentos, Nutrientes y Productos Derivados perteneciente al Programa del Siglo
Veintiuno, la Unidad de Ciencia de la Alimentación e Ingeniería y el Programa de Logros de Valor
V
Añadido para la Agricultura. En la Universidad de Missouri, Heldman enseñó durante seis años la
asignatura de ingeniería de alimentos para estudiantes de ciencia de los alimentos. Durante el periodo
desde 1984 hasta 1992, Heldman ocupó puestos en la administración de Campbell Soup Company,
la Asociación Nacional de Procesadores de Alimentos y Weinberg Consulting Group, Inc. Antes de
1984, Heldman se dedicó a la docencia y a la investigación en la Universidad de Michigan durante
casi 20 años. Se le ha reconocido por sus contribuciones, como el Premio de Ingeniería de Alimentos
DFISA-ASAE en 1981, el Premio de Alumno Distinguido de la Universidad de Ohio en 1978, y el
Premio de Jóvenes Investigadores de ASAE en 1974. Además Heldman es miembro del Instituto de
Tecnólogos de los Alimentos en 1981 y de la Sociedad Americana de Ingenieros Agrónomos en 1984.
VI
Prefacio
La industria alimentaria es enorme; la segunda en ingresos brutos después de la industria de la
información. Esta industria se mueve a gran velocidad para hacer frente al aumento de la población
mundial, en la actualidad superior a los seis mil millones de personas. Los avances en todos los campos
de la agricultura están proporcionando tecnologías que dan lugar a rendimientos en la producción de
alimentos no vistos hasta el momento. Las necesidades por parte de la población no se refieren solamente
a alimentos seguros, sino también a alimentos de alta calidad, comodidad, que proporcionen salud y
bienestar. Esto hace que los científicos de alimentos se enfrenten a un sinfín de retos para conseguir lo
que se demanda. Para obtener los productos finales a partir de las materias primas se llevan a cabo
muchas operaciones de proceso que requieren esfuerzos de ingeniería importantes para adecuar las
demandas de calidad, seguridad, comodidad, funcionalidad y durabilidad.
La ingeniería de los alimentos implica todas las disciplinas clásicas de la ingeniería, como
termodinámica, flujo de fluidos, transmisión de calor y transferencia de masa, pero incorpora además
química física, procesos biológicos y ciencia de materiales. Entender la ingeniería que subyace tras los
procesos alimentarios tiene una importancia crítica para el crecimiento de la industria, y la educación
de la ciencia de los alimentos requiere basarse en las distintas áreas relacionadas. Los bioquímicos,
microbiólogos, especialistas en nutrición, químicos especializados en sabores, en propiedades
organolépticas y toxicólogos se aprovechan de la base de conocimientos que suponen los principios de
la ingeniería en los procesos alimentarios actuales.
En esta tercera edición, los Doctores Singh y Heldman mantienen su empeño en proporcionar una
descripción de la aplicación de los distintos principios, seguido de relaciones cuantitativas que definen
el proceso. Se trata de una técnica probada que permite enseñar de forma excelente los principios de la
ingeniería. En esta tercera edición los autores también han aprovechado las ventajas de la era de la
información, y proporcionan, en la página web del Dr. Singh, ejemplos animados que corresponden
con las figuras que se muestran en el texto.
Desde la publicación de la primera edición, el libro de texto de Singh y Heldman Introducción a la
ingeniería de los alimentos ha sido el referente para la educación y la industria. Esta tercera edición no
solo continúa esa tradición, sino que además se convierte posiblemente en un estándar en cuanto a su
presentación en otras áreas.
Agradezco a los autores que me hayan invitado a escribir este Prefacio y así convertirme en una
pequeña parte de este icono académico. También deseo agradecer profundamente a los autores su
desinteresado esfuerzo a lo largo de sus carreras y de este libro en ayudar a sentar los estándares y a
promover la excelencia en el campo de la ingeniería de los alimentos.
Profesor Ken Swartzel
Profesor de William Neal Reynolds y
Jefe del Departamento de Ciencia de los Alimentos
de la Universidad de Carolina del Norte
Vil
Prólogo
En la carrera de Ciencia de los Alimentos, los temas de ingeniería de los alimentos se presentan en
una asignatura de hasta un año de duración. El reto de enseñar estos temas recae en introducir los
conceptos y principios de la ingeniería, junto con sus aplicaciones, a estudiantes con unos
conocimientos limitados de ingeniería. Nuestro objetivo es dar a los estudiantes una base suficiente
y una experiencia en conceptos de ingeniería que les permitan comunicarse adecuadamente con los
profesionales de la ingeniería.
Este libro ha sido desarrollado específicamente para las asignaturas de ingeniería de los alimentos
en los estudios de segundo ciclo de ciencia de los alimentos. Se han seleccionado los temas más
relevantes y relativos a aplicaciones de manipulación, procesado, empaquetado y distribución de
distintos tipos de alimentos. Estos temas son ideales para introducir a los estudiantes en aplicaciones
más específicas en los últimos cursos de sus estudios. Se utiliza la resolución de problemas para
introducir los principios, aumentando la confianza del estudiante en la evaluación y la comunicación
de la información de forma cuantitativa.
Los temas tratados en este libro van desde los principios básicos de ingeniería, basados en la
física fundamental, hasta aplicaciones del procesado de alimentos. Los primeros cuatro capítulos
introducen los conceptos de balance de masa, balance de energía, termodinámica, flujo de fluidos,
conversión de energía y transmisión de calor. Se dedican a continuación varios capítulos a aplicaciones
de conservación de alimentos, refrigeración, congelación y concentración mediante evaporación
térmica. Los conceptos básicos de psicrometría y transferencia de masa se presentan en dos capítulos
adicionales, seguidos de sendos capítulos dedicados a la separación mediante membranas y a la
deshidratación.
Muchas de las características de las dos primeras ediciones se repiten en esta tercera. Todos los
capítulos del libro incluyen información descriptiva que ayudan a los alumnos a visualizar la aplicación
de conceptos y principios. Se hace hincapié en el uso de ecuaciones para resolver problema prácticos,
a la vez que se abrevia en el desarrollo matemático de las expresiones clave. Cada capítulo contiene
numerosos ejemplos para ilustrar los distintos pasos que se requieren en la resolución de los problemas
tipicos. Para la resolución de bastantes ejemplos se ha utilizado la hoja de cálculo. Al final de cada
capítulo se proporciona una lista de problemas para dar a los estudiantes la oportunidad de practicar
en la resolución de los mismos. Como en la versión anterior, se han señalado los problemas que
presentan mayor dificultad.
La tercera edición tiene bastantes características nuevas. La más visible es el cambio en el formato
de presentación. Esperamos que estos cambios de formato ayuden a los estudiantes a entender los
conceptos más complejos que se presentan. En bastantes capítulos los conceptos se presentan con
mayor detalle. Además, se han introducido varios problemas de diseño más abiertos que requieren
que los estudiantes usen conceptos de distintas fuentes para obtener la solución.
IX
Este libro está principalmente dirigido al profesorado de asignaturas de ingeniería de los alimentos
en los estudios de ciencia de los alimentos. Esta edición está basada en la experiencia docente de los
autores acumulada durante casi 60 años. Se debería animar a los estudiantes a que usen este libro
como una guía de estudio para cada uno de los temas presentados. Algunos estudiantes podrán
resolver los problemas que se incluyen al final de cada capítulo estudiando por su cuenta los conceptos
y expresiones correspondientes. Muchos estudiantes necesitarán la asistencia del profesor para
asimilar los conocimientos y los principios para así poder resolver los problemas del final del capítulo.
Se ha organizado la información de forma que el profesorado pueda elegir de forma flexible los
distintos temas para el programa de su asignatura.
Los temas del libro pueden organizarse de distintas formas para crear los programas de dos
asignaturas sucesivas. El contenido de los Capítulos 1 al 4 debe incluirse en la primera asignatura.
Estos temas proporcionan la base para la información que se incluye en aquellos capítulos con
aplicaciones, como los Capítulos 5 al 8. Otra posibilidad es que la asignatura inicial se centre en los
temas fundamentales, incluyendo la información que se presenta en los Capítulos 9 y 10. Los
Capítulos 5, 6, 7, 8, 11 y 12 se dedican a procesos específicos y proporcionan una excelente base
para una asignatura basada en procesos y a modo de recopilación.
Los autores agradecen a las muchas personas que han contribuido a la evolución de este libro
durante 20 años. Estos colaboradores han sido colegas que han usado las ediciones previas del libro
y han dado una valiosa opinión en el contenido y en el formato. Algunos de los más importantes
colaboradores han sido estudiantes que han hecho recomendaciones para mejorar el libro en su uso
como libro de texto. También queremos agradecer especialmente a Ms. Barbara Meierhenry la revisión
de los borradores.
R. Paul Singh
Dennis R. Heldman
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