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Monitoreo continuo de la degradación del aceite de fritura en freidoras industriales de alimentos

Resumen: un solo sensor para monitorear los efectos de la oxidación (TOTOX), los ácidos grasos (TBA) y los compuestos polares (TPC) en la salud y el rendimiento del aceite de fritura. No solo pruebe o muestree, controle durante todo el proceso de fritura.

RESUMEN

Freír es uno de los métodos de cocción más antiguos y populares. Freír el aceite es caro y calentarlo consume una cantidad significativa de energía, por lo que la economía de la fritura exige la reutilización del aceite en la freidora para varios lotes. Se ha demostrado que el uso repetido de aceite para freír es peligroso debido a la degradación química que también degrada el rendimiento del aceite para freír (Liu, M. et al., 2016). La evaluación y el manejo adecuado del aceite de freír usado es un tema de gran preocupación para las agencias de salud, los fabricantes de alimentos y los consumidores. Garantizar productos fritos seguros y saludables mientras se controlan los costos es la ruta hacia un negocio sostenible para las empresas alimentarias.

Una típica freidora industrial para patatas fritas | Fuente: https://foodtechnologies.rosenqvists.com/articles/fantastic-frying-of-french-fries-4-key-factors-to-succeed/
Una típica freidora industrial para patatas fritas | Fuente: https://foodtechnologies.rosenqvists.com/articles/fantastic-frying-of-french-fries-4-key-factors-to-succeed/

Aplicación

¿Por qué se degrada el aceite de freír?

 

Las reacciones químicas más frecuentes que ocurren en el proceso de fritura son la hidrólisis, polimerización y oxidación, alteración térmica. Estas reacciones producen una cantidad considerable de compuestos nocivos como polímeros y cetonas, que cambian significativamente la calidad del aceite de freír. Los compuestos de termoxidación generados merecen atención ya que el estrés oxidativo está asociado con diversos procesos y enfermedades degenerativas, por ejemplo, mutagénesis, transformación celular y cáncer, aterosclerosis, infartos y enfermedades inflamatorias crónicas (Liu, M. et al., 2016).

 

En la mayoría de los casos, la degradación del aceite de fritura se evalúa mediante una inspección visual. Por ejemplo, los chefs / ingenieros de fábrica utilizan su experiencia para decidir cuándo desechar el aceite debido a la formación de espuma, olor, humo, cambios de color excesivos y al probar los productos alimenticios. Sin embargo, estos métodos no son confiables debido a su naturaleza subjetiva y estos parámetros pueden manifestarse solo cuando el aceite ya no es seguro para ser reutilizado.

 

¿Cómo controlan y gestionan las freidoras industriales el aceite de fritura?

 

En la fritura industrial, el personal de calidad puede controlar varios parámetros químicos durante la operación de fritura en un esfuerzo por mantener una calidad óptima. De hecho, monitorear el aceite de fritura es esencial para evitar efectos desagradables en los bocadillos terminados que no solo pueden afectar el sabor sino también la salud de los consumidores.

Las plantas de fabricación suelen tener un sistema de filtrado diseñado para prolongar la vida útil del aceite y reducir drásticamente los costos. Sin embargo, sigue siendo importante identificar los parámetros que indican una degradación progresiva del aceite, como resultado del hecho de que las propiedades físicas y químicas del aceite y la grasa fritos tienden a cambiar significativamente después de un uso extensivo.

 

¿Qué índice de calidad utilizan las freidoras para optimizar la fritura?

 

A los ingenieros de estas plantas procesadoras de alimentos se les plantea la pregunta: ¿cuál es el mejor índice químico que puede utilizar el aceite de freír al desarrollar e implementar un programa para garantizar la calidad de los alimentos que se fríen? Hay muchos índices diferentes que se utilizan como:

  • Ácido graso libre (índice de acidez)
  • Materiales polares totales (TPM)
  • Triglicérido polimerizado
  • Jabones
  • Color de Lovibond
  • Valor de anisidina
  • Valor de peróxido
  • Índice de estabilidad del aceite (OSI)

Los indicadores físicos como el punto de humo, el color, el sabor, el olor, la persistencia de la espuma y la viscosidad se utilizan para evaluar la calidad del aceite para freír.

Fuente: “Sonda de sensor capacitiva para evaluar la degradación del aceite de fritura” - https://doi.org/10.1016/j.inpa.2015.07.002

Las principales multinacionales de la industria de la restauración y la fritura industrial han invertido mucho dinero para establecer un vínculo directo entre los parámetros químicos del aceite en las freidoras y la calidad de los alimentos que se fríen. Esto significa que los operadores no solo deben monitorear diferentes parámetros del aceite degradado, sino que deben relacionar esos parámetros con la calidad sensorial del alimento.

Los fabricantes de equipos trabajan con sus clientes para establecer puntos finales para desechar aceite. Se han introducido muchos sistemas de prueba diferentes a lo largo de los años, pero muy pocos se han afianzado con las freidoras industriales y de servicios de alimentos, porque pocos usuarios potenciales se comprometen a determinar los puntos finales de la calidad de los alimentos. Hacer esto implica un estudio de fritura, que es costoso, requiere mucho tiempo y, a menudo, necesita experiencia externa para realizar estudios sensoriales y analizar adecuadamente los datos.

¿Por qué los datos de viscosidad son un indicador confiable de la calidad del aceite de fritura?

El índice de yodo (IV) se utiliza para evaluar la idoneidad de los aceites. Garba y col. informaron que el aceite con una IV alta exhibía un rendimiento deficiente debido a las reacciones de oxidación de los lípidos y la formación de hidroperóxido entre los ácidos grasos insaturados y el oxígeno. Además, los ácidos grasos libres (FFA), los triglicéridos poliméricos, el índice de anisidina (AV) y el material polimerizado y oxidado (POM) se utilizan ampliamente como indicadores de la calidad del aceite para freír, pero no son concluyentes en sí mismos.

En particular, algunos investigadores han identificado el aumento de la viscosidad durante la fritura repetida como el factor responsable de un aumento en la absorción de aceite de los alimentos fritos (Guillaumin, 1988; Moreira et al., 1997). Además, se puede esperar que los cambios en la viscosidad y densidad del medio de fritura durante la fritura repetida afecten la eliminación de burbujas flotantes de la superficie del alimento y, en consecuencia, la transferencia de calor por convección del aceite al alimento que se fríe.

La viscosidad se correlaciona muy bien con otros indicadores químicos como FFA, POM, TPC, Lovibond Color Value, como han demostrado varios estudios, algunos de los cuales se muestran a continuación.

Viscosidad y TPC

Figura 1 - Muestra la tendencia de las mediciones de TPC y viscosidad (también mediciones capacitivas) con aumento del tiempo de calentamiento. Fuente: “Sonda de sensor capacitiva para evaluar la degradación del aceite de fritura” - https://doi.org/10.1016/j.inpa.2015.07.002

Viscosidad y correlación con el valor de Lovibond de color, ácido graso libre (FFA), material polimerizado y oxidado (POM)

Figura 2 - Mediciones con (a) Valor Lovibond de color rojo (b) FFA (c) POM (d) Viscosidad (Ancho de banda) con aumento del tiempo de calentamiento. Fuente: “Desarrollo y evaluación de un sensor novedoso para la evaluación in situ de la calidad del aceite de fritura” - https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z


Figura 3 - Tendencias de viscosidad (ancho de banda) y color Lovibond. Fuente: “Desarrollo y evaluación de un sensor novedoso para la evaluación in situ de la calidad del aceite de fritura” - https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z


Figura 4 - Tendencias de viscosidad (ancho de banda) y FFA. Fuente: “Desarrollo y evaluación de un sensor novedoso para la evaluación in situ de la calidad del aceite de fritura” - https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

Estudios que muestran cómo evoluciona la viscosidad con el tiempo de calentamiento.

Los investigadores han realizado análisis de regresión (https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.021) para examinar la dependencia de la viscosidad del número de lotes de fritura. El análisis mostró que, para la carga de fritura alta, la viscosidad estaba relacionada con el número de lote de fritura siguiendo una ecuación polinómica de segundo orden.

El análisis de regresión lineal para los tipos de aceite (aceite de palma y de oliva) mostró que la viscosidad del aceite durante la fritura y el calentamiento es una función de la viscosidad del aceite fresco y la concentración de diferentes clases de compuestos poliméricos generados durante el proceso de fritura y calentamiento. Esta ecuación es válida también para otros tipos de aceite siempre que se generen las mismas clases de compuestos durante la fritura y el calentamiento.

Figura 5 - La evolución de la viscosidad con el tiempo de calentamiento siguió una función polinomial de segundo orden según el estudio. Fuente: “Efecto de la fritura repetida sobre la viscosidad, densidad y tensión interfacial dinámica del aceite de palma y de oliva” - https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.021

Contenido de viscosidad y triglicéridos

Estudios y datos experimentales (Olivares-Carrillo et al., 2014) revelan que las principales reacciones químicas que tienen lugar durante la fritura son la ruptura de algunos triglicéridos y la polimerización por adición de triglicéridos que contienen cadenas de ácidos grasos C18: 2 y C18: 3, siendo la última reacción responsable del incremento abrupto de viscosidad observado.

La viscosidad proporciona un índice excelente para seguir la pérdida de contenido de triglicéridos causada por los procesos de fritura. Los investigadores establecieron una relación cuantitativa entre el contenido de triglicéridos y la viscosidad (específica) del aceite de soja.

Figura 6Evolución del contenido de triglicéridos y viscosidad de cizallamiento cero del aceite de soja con el tiempo de cocción y establecido. Fuente: “Viscosidad como medida de cambios en la composición del aceite debido a la degradación térmica, reología aplicada” - http://dx.doi.org/10.3933/APPLRHEOL-24-53667


 

Figura 7Correlación entre viscosidad específica y% en peso de triglicéridos. Fuente: “Viscosidad como medida de cambios en la composición del aceite debido a la degradación térmica, reología aplicada” - http://dx.doi.org/10.3933/APPLRHEOL-24-53667

Viscosidad específica nsp = (n - n0) / n0, donde la viscosidad de referencia n0 es la correspondiente a la muestra de aceite original al “tiempo de cocción cero”. % De peso de correlación establecida (triglicéridos) = 96.28 - 2.75 nsp

La necesidad de un sistema de detección en línea simple para monitorear el aceite de fritura en tiempo real

Hasta la fecha se han desarrollado e introducido varios métodos para medir los diferentes parámetros químicos y físicos del aceite para freír. Por ejemplo, sistema quimiosensorial para controlar la calidad del aceite en las industrias alimentarias, Fourier transforma infrarrojos (FTIR) para diferenciar entre aceites buenos e inadmisibles, cromatografía para medir constante dieléctrica, punto de humo y viscosidad y análisis de imagen para determinar la tasa de TPC en aceite para freír. . Sin embargo, estos métodos se basan predominantemente en muestreo y son complicados, consumen mucho tiempo y son costosos. Por lo tanto, se requiere el desarrollo de un sistema de detección simple para ayudar a evaluar la calidad del aceite para freír.

Hay instrumentos que miden la calidad del aceite para freír probando los materiales polares totales (TPM) en función de los cambios en la constante dieléctrica del aceite. Los kits de prueba de FFA y TPC se basan en la reacción de color del aceite. Sin embargo, existen algunas limitaciones con estos dispositivos, como el complejo requisito de calibración, la idoneidad para diferentes tipos de aceite y distintas dependencias de temperatura.

 

El sensor debe ser confiable en las condiciones de fritura 'difíciles'

En la aplicación de aceite para freír, hay un factor que es de suma importancia: la limpieza. Los aceites para freír son un entorno dinámico. Los polímeros (acumulación de color marrón) comienzan a formarse en las superficies de calentamiento de la freidora y se depositan en varias secciones de la freidora. Estos polímeros se eliminan mediante el uso de limpiadores cáusticos fuertes y restregando. Muchos de los sensores en sí son propensos a los depósitos de polímeros, lo que hace que el instrumento sea menos sensible, lo que podría afectar negativamente su rendimiento.

Por lo tanto, el sensor desplegado para las mediciones debe ser fácil de limpiar y debe poder producir mediciones en tales entornos. Aún mejor, si el sensor ayuda en los ciclos de limpieza y ayuda a detectar puntos finales para la fase de limpieza.

Un viscosímetro en línea para seguimiento continuo del aceite

Diversos estudios establecen que la viscosidad es un indicador confiable de la calidad del aceite en los procesos de fritura. Muestra correlaciones razonables con otros indicadores químicos importantes como POM, FFA, TPM, contenido de triglicéridos y valores de color.

La medición de la viscosidad del aceite es un método rápido para determinar el estado del aceite y se considera un parámetro importante para evaluar la disponibilidad de los activos. El sensor de viscosidad que puede complementar la espectroscopia infrarroja (IR) y otros sensores de propiedades a granel proporciona datos instantáneos de viscosidad y temperatura en línea, no tiene partes móviles y tiene un amplio rango operativo y ofrece conectividad plug-and-play universal para integración con otros productos de mano.

Un viscosímetro en línea como el SRV asegura que los ingenieros en el piso puedan monitorear y actuar sobre los datos continuos de viscosidad del sensor. Además de las posibilidades de automatización de estos datos, también es extremadamente eficiente en comparación con los métodos tradicionales que implican muestreo y otras intervenciones manuales.

Figura 8 - (a) Dispositivo portátil de medición de TPM (a la izquierda) (b) Medición de ácidos grasos libres con una varilla de prueba (a la derecha): ambos necesitan mediciones manuales periódicas por parte de ingenieros / operadores en el piso de la fábrica

 


Resonador de torsión equilibrado: el cambio de juego en la tecnología de viscosímetros

 

SRV - Triclamp

Figura 9 - Rheonics SRV Viscosímetro: para un seguimiento continuo de la degradación del aceite

 

 

Principio de funcionamiento - gestión de control de control de monitoreo de densidad de viscosidad de proceso en línea - documentos técnicos de tecnología de sensor de resonador balanceado reonics

Figura 10 - Sensor Operating Principle, Más información: https://rheonics.com/whitepapers/

  • La tecnología de viscosidad Rheonics SRV hace uso de un ultraestable torsionally balancedmechanical resonador (Patente de EE.UU. 9,267,872) cuyas oscilaciones son amortiguadas por la viscosidad del
  • Cuanto más viscoso sea el fluido, mayor será la amortiguación mecánica del resonador. Midiendo la amortiguación, se estima el producto de la viscosidad y la densidad.
  • El resonador se excita y detecta por medio de un transductor electromagnético montado en el cuerpo del sensor.
  • La amortiguación se mide mediante la tecnología de bucle de bloqueo de fase cerrada patentada y probada patentada por Rheonics
  • Basado en estas dos tecnologías clave, el sensor de viscosidad SRV ofrece mediciones estables, repetibles y altamente precisas de la viscosidad del aceite, al mismo tiempo que es lo suficientemente pequeño como para caber en la palma de su mano.

Rheonics SRV Sensor es un sensor de factor de forma pequeño construido para insertar directamente en los recipientes de aceite para freír. La precisión y estabilidad extremadamente altas de la medición de la viscosidad permiten la detección rápida de la variación más pequeña y la acumulación de sustancias / compuestos no deseados en el aceite de freír.

¿Cómo se usa el viscosímetro en línea Rheonics SRV para monitorear la calidad del aceite de fritura en tiempo real?

Un viscosímetro en línea que realiza mediciones continuamente permite a los ingenieros en la fábrica lograr lo siguiente:

  • Para monitoreo automatizado, dosificación de aceite nuevo y modificadores para mantener la calidad de aceite deseada
  • Para verificar la periodicidad del muestreo: determine cuándo se debe tomar una muestra de laboratorio para realizar una medición en profundidad de varios parámetros
  • Detecte cualquier anomalía o comportamiento inesperado y tome las acciones correctivas.
  • Actuar sobre el aceite o el producto que se fríe si la tendencia está fuera de lugar.
  • ¡Rastree y rastree cada lote de productos fritos hasta el paquete exacto de papas fritas!

Figura 11 - Descripción general de la interfaz del software Rheonics

 

El viscosímetro en línea SRV de Rheonics facilita aún más la vida del operador de la freidora gracias a las características que la hacen muy adecuada para los procesos alimentarios.

  • Conexiones sanitarias e higiénicas
  • El sensor completo es compatible con CIP (limpieza en el lugar)
  • Las mediciones son extremadamente repetibles y brindan resultados precisos.
  • Con compensación de temperatura a bordo
  • No requiere recalibraciones pero admite una verificación rápida de la calibración en el campo (conformidad con la FDA)
  • Tener reproducibilidad entre sensores que permite la reutilización de la misma correlación en múltiples plantas y el intercambio / reemplazo de sondas sin ninguna reprogramación.
  • La tecnología subyacente opera en amplitudes de vibración submicrométricas que no afectan la estructura del fluido, lo que le brinda una medición precisa del fluido en sí.
  • Permitiendo una fácil instalación directamente en la línea de proceso, sin necesidad de by-pass, sin interrupción del flujo
  • Un sensor robusto hecho de acero inoxidable 316L con conexiones selladas (IP69K) para soportar la limpieza a alta temperatura, alta presión, ácida y alcalina
  • Bajos costos operativos de por vida sin mantenimiento
  • ROI (retorno de la inversión) muy alto

¡Garantice la seguridad de su operación de fritura mientras deleita a sus clientes!

Finalmente, un sensor de aceite para freír en línea verdaderamente en línea que no necesita la atención del operador y ayuda a los operadores a concentrarse en obtener el máximo rendimiento a través de las freidoras.

Referencias

  1. Guillaumin, R., 1988. Cinética de la penetración de grasas en los alimentos. En: Varela, G., Bender, AE, Morton, ID (Eds.), Frying of Food: Principles, Changes, New Approaches. Ellis Horwood Ltd., Chichester, págs. 82–90.
  2. Moreira, RG, Sun, X., Chen, Y., 1997. Factores que afectan la absorción de aceite en los chips de tortilla en la fritura en grasa. Journal of Food Engineering 31 (4), 485–498.
  3. Matthaus B. Uso de aceite de palma para freír en comparación con otros aceites de alta estabilidad. Eur J Lipid Sci Technol 2007; 109 (4): 400-9.
  4. Garba ZN, Gimba CE, Emmanuel P. Producción y caracterización de aceite de transformador de base biológica a partir de semilla de Jatropha Curcas. J Phys Sci 2013; 24 (2): 49–61.
  5. Kress-Rogers E, Gillatt PN, Rossell JB. Desarrollo y evaluación de un sensor novedoso para la evaluación in situ de la calidad del aceite de fritura. Food Control 1990; 1 (3): 163–78.
  6. Kalogianni, EP; Karapantsios, TD; Miller, R. Efecto de la fritura repetida sobre la viscosidad, densidad y tensión interfacial dinámica del aceite de palma y de oliva. Journal of Food Engineering 2011, 105 (1), 169-179.
  7. Liu, M. y col. Valoración microfluídica de la degradación del aceite de freír. Sci. Rep. 6, 27970; doi: 10.1038 / srep27970 (2016).
  8. Olivares-Carrillo P, de los Rias AP, Quesada-Medina J, Hernandez Cifre JG, Diaz Banos FG: Viscosidad como medida de cambios en la composición del aceite por degradación térmica, Appl. Rheol. 24 (2014) 53667.

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  • Mediciones repetibles en fluidos newtonianos y no newtonianos, fluidos monofásicos y multifásicos.
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