Industrias Alimentarias Universidad Politécnica de Valencia



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Industrias Alimentarias
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Universidad Politécnica de Valencia

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Rural

Industrias Alimentarias

Industria Extractiva de Zumo de Naranja

Valencia 2015

Universidad Politécnica de Cartagena

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica


Glosario de Tecnología de la Producción Hortofrutícola

Cartagena 2015

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Jorge Cerezo Martínez



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Jorge Cerezo Martínez, Silvia Mañogil Gómez & Bryan Pacheco Vinaroz
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Índice


1.Reseña histórica 5

2.Consideraciones generales 7

2.1.Definición del producto 7

2.2. Naranjas de zumo 9

2.2.1.Navel 9

2.2.2.Blancas 9

2.2.3.Sanguinas 10

3.Etapas del proceso industrial 10

3.1.Recepción 10

3.2.Selección 10

3.3.Lavado 10

3.4.Calibrado 11

3.5. Cinta de alimentación inclinada 11

3.6. Extracción del zumo 11

3.7.Tamizado del zumo 12

3.8. Homogeneizado 12

3.9. Desaireado 12

3.10.Pasteurizado 13

3.11.Tanques asépticos 14

3.12.Envasadora aséptica 14

3.13.Aplicadora de tapones 15

3.14.Embalaje 15

4.Maquinaria 16

4.1. Volcador de palots 16

4.2. Mesa de selección 16

4.3. Lavadora 17

4.4.Calibrador 18

4.5. Cintas inclinadas 20

4.6. Extractores 20

4.7. Colector de zumo 22

4.9. Tamiz rotario para zumo 23

4.10. Centrífuga 23

4.11.Tanque homogeneizador 24

4.12.Desaireador 25

4.13.Pasteurizador 25

4.14.Tanque aséptico 26

4.15.Envasadora aséptica 26

4.16.Aplicadora de tapones 26

4.17.Encajadora 26

5.Diagrama de flujo 28

5.1. Productos 28

5.2.Subproductos 29

5.2.1.Aceites esenciales y pectina 29

5.2.2.Pulpas 31

6. Bibliografía y referencias 32

7. Referencias 32



Índice Ilustraciones





  1. Reseña histórica

Las plantas de cítricos son originarias del este de Asia, en las tierras que ahora pertenecen a India, China, Bhután, Birmania y Malasia. Históricamente el cítrico más apreciado se puede decir que es la naranja, aunque en general se encuentran muy extendidos y gozan de una gran aceptación.


Según Tolkowsky, S. (1938) el primero de los cítricos que se conoció en la civilización europea fue la cidra, fruta que es semejante al limón y que ya menciona Teofrasto en el 310 a.C. De este mismo fruto se dice que fueron identificadas semillas en las excavaciones de las ruinas de Babilonia que datan del 4000 a.C.
Un antiguo manuscrito chino que data de 2200 a.C. ya menciona las naranjas, y en otro escrito de 1178 d.C. se describen veintisiete variedades de naranjas entre naranjas dulces, amargas y mandarinas.
Durante muchos siglos los cítricos se han extendido por el mundo a través de los viajeros, desde el próximo Oriente a los países mediterráneos, resto de Europa y luego desde aquí al Nuevo Mundo.
Actualmente las zonas de mayor producción de naranjas del mundo son el estado de Florida en Estados Unidos y el estado de Sao Paulo en Brasil. Brasil llegó a ser el mayor productor de naranjas del mundo en los años ochenta con más de 600.000 hectáreas de naranjos, aunque la razón principal de llegar a este puesto fue que el estado de Florida sufrió numerosas heladas durante los años 60,70 y 80.
Como ya se ha dicho los cítricos se cultivan en todo el mundo con fines comerciales, pero se debe señalar que las zonas de su cultivo deben de reunir una serie de características concretas. Deben ser regiones de clima tropical o subtropical, donde hay terrenos adecuados y suficiente humedad para mantener a los árboles y pocos periodos de bajas temperaturas que resultan muy dañinas para ellos, pudiendo incluso secarlos. A veces, en las zonas subtropicales las bajas temperaturas en forma de heladas dañan la fruta e incluso matan a los árboles. Normalmente de cuatro horas a -3,3 ºC, hasta seis horas a -2,2 ºC son suficientes para causar daños a los frutos.
Por lo que a los orígenes del zumo se refiere, hemos de remontarnos a los orígenes del vino y a los del aceite de oliva propiamente dichos, ya que desde tiempos tan antiguos como los de los cítricos aparecen en el marco del Mar Mediterráneo el cultivo de la vid y el del olivo. Estos dos cultivos son dos de los tres cultivos clásicos definidos en el Mediterráneo (el tercer cultivo es el trigo) y a ellos se remontan las primeras técnicas de extracción y prensas para la obtención del zumo de uva que posteriormente se transformaba en vino y de aceite de oliva; ambos productos eran muy apreciados en la época del Imperio Romano.
Aún teniendo en cuenta los orígenes tan antiguos del zumo, nos es más interesante centrarnos en la historia moderna de este producto, pues aunque sus orígenes son antiguos su incorporación a la alimentación actual como tal es bastante moderna y se remonta al nacimiento y desarrollo de la industria.
La producción moderna de zumos va ligada a la historia industrial de los Estados Unidos. Se dice que la historia de los zumos en este país la comenzó el doctor Thomas B. Welch y su hijo Charles en Vineland, New Jersey en 1868. Aplicando las ideas de Louis Pasteur a la elaboración de uvas Concord, pudieron hacer “un vino no fermentado sacramental” para uso de su iglesia. En 1870 este derivado de la uva se producía a pequeña escala para la iglesia local. En 1893, el zumo de uva llegó a ser la bebida favorita en Estados Unidos cuando miles de personas lo probaron en la Feria Mundial de Chicago.
En 1897, Welch instaló una nueva planta en Nueva York donde se trataron en ese año 300 toneladas métricas de uvas; en 1989 la firma Welch, una de las mayores productoras de zumo de uva del mundo, trató cerca de 186.000 toneladas métricas de uvas, lo que da una idea del gran aumento que ha experimentado el consumo de zumo a lo largo de poco más de un siglo de historia.
En la actualidad se producen innumerables variedades de zumos, ya que se puede decir que prácticamente cualquier fruta es susceptible de ser transformada en zumo y su consumo se extiende a nivel mundial. Además, de forma relativamente reciente se ha abierto un abanico de nuevas posibilidades para los mercados de los zumos de frutas tales como las bebidas isotónicas que suelen llevar en su composición cantidades representativas de zumos de cítricos como la naranja y el limón. También bebidas sin burbujas muy características del Reino Unido, que se vendían de forma concentrada para su posterior preconstitución con agua en los hogares, ahora se venden de forma reconstituida, y no solo en el Reino Unido, sino que se comercializan en otros países.
Hay que añadir que en los mercados internacionales y muy en especial en el español y europeo se han creado una nueva gama de productos listos para beber que gozan de una gran aceptación y que están formados por una parte de leche o derivados lácteos y por otra parte de concentrados de zumos, mayoritariamente de zumos de frutas tropicales como el plátano y la acerola, y de zumos de cítricos como la naranja, lima, mandarina y pomelo.
Todos estos datos nos dan una idea de cuál ha sido la evolución del zumo, y un optimista paisaje de su continuidad y desarrollo en el futuro, aparte de abrir nuevos caminos para la explotación de nuevos productos en los distintos mercados mundiales y muy especialmente el europeo que en nuestro caso se puede decir que de momento nos resulta el más interesante. (Scora, 1975).


  1. Consideraciones generales




    1. Definición del producto



Zumo (jugo)1 de fruta, (Alimentarius, 2005).
Por zumo de fruta se entiende el líquido sin fermentar, pero fermentable, que se obtiene de la parte comestible de frutas en buen estado, debidamente maduras y frescas o frutas que se han mantenido en buen estado por procedimientos adecuados, inclusive por tratamientos de superficie aplicados después de la cosecha de conformidad con las disposiciones pertinentes de la Comisión del Codex Alimentarius.
Algunos zumo podrán elaborarse junto con sus pepitas, semillas y pieles, que normalmente no se incorporan al zumo, aunque serán aceptables algunas partes o componentes de pepitas, semillas y pieles que no puedan eliminarse mediante las buenas prácticas de fabricación (BPF).
Los zumos se preparan mediante procedimientos adecuados que mantienen las características físicas, químicas, organolépticas y nutricionales esenciales de los zumos de la fruta de que proceden. Podrán ser turbios o claros y podrán contener componentes restablecidos2 de sustancias aromáticas y aromatizantes volátiles, elementos todos ellos deberán obtenerse por procedimientos físicos adecuados y que deberán proceder del mismo tipo de fruta. Podrán añadirse pulpa o células3 obtenidas por procedimientos físicos adecuados del mismo tipo de fruta.
Un zumo de un solo tipo es el que se obtiene de un solo tipo de fruta. Un zumo mixto es el que se obtiene mezclando dos o más zumos, o zumos y purés de diferentes tipos de frutas.
Dependiendo de la obtención o el proceso extractivo se distinguen:

  • Zumo de fruta: Exprimido directamente por procedimientos de extracción mecánica.




  • Zumo de fruta a partir de concentrados: Mediante reconstitución del zumo concentrado de fruta, tal como se definen los zumos concentrados, con agua potable que se ajuste a los criterios, como mínimo, a las Directrices de la OMS para la Calidad del Agua Potable.




  • Zumo concentrado de fruta: Se entiende el producto que se ajusta a la definición de zumos a base de concentrados, salvo que se ha eliminado físicamente el agua en una cantidad suficiente para elevar el nivel de grados Brix al menos en un 50% más que el valor Brix establecido para el zumo reconstituido de la misma fruta. En la producción de zumo destinado a la elaboración de concentrados se utilizarán procedimientos adecuados, que podrán combinarse con la difusión simultánea con agua de pulpa y células y/o el orujo de fruta, siempre que los sólidos solubles de fruta extraídos con agua se añadan al zumo primario en la línea de producción antes de proceder a la concentración.

Los concentrados de zumos de fruta podrán contener componentes restablecidos de sustancias aromáticas y aromatizantes volátiles, elementos todos ellos que deberán obtenerse por procedimientos físicos adecuados y que deberán proceder del mismo tipo de fruta. Podrán añadirse pulpa y células obtenidas por procedimientos físicos adecuados del mismo tipo de fruta.




  • Zumo de fruta extraído con agua: Se entiende el producto que se obtiene por difusión con agua de:




  • Fruta pulposa entera cuyo zumo no puede extraerse por procedimientos físicos

  • Fruta deshidratada entera

Estos productos podrán ser concentrados y reconstituidos. El contenido de sólidos del producto acabado deberá satisfacer el valor mínimo de grados Brix para el zumo reconstituido.




  • Puré de fruta utilizando en la elaboración zumos y néctares de frutas: Se entiende el producto sin fermentar, pero fermentable, obtenido mediante procedimientos idóneos, por ejemplo tamizando, triturando o desmenuzando la parte comestible de la fruta entera o pelada sin eliminar el zumo. La fruta deberá estar en buen estado, debidamente madura y fresca, o conservada por procedimientos físicos o por tratamientos conforme al Codex Alimentarius.

El puré de fruta podrá contener componentes restablecidos, de sustancias aromáticas y aromatizantes volátiles, elementos todos ellos que deberán obtenerse por procedimientos físicos adecuados y que deberán proceder del mismo tipo de fruta. Podrán añadirse pulpa y células obtenidas por procedimientos físicos adecuados del mismo tipo de fruta.




  • Puré concentrado de fruta utilizado en la elaboración de zumos y néctares de frutas: Se obtienen mediante la eliminación física de agua del puré de fruta en una cantidad suficiente para elevar el nivel de grados Brix en un 50% más que el valor Brix establecido para el zumo reconstituido de la misma fruta.

El puré concentrado de fruta podrá contener restablecidos, de sustancias aromáticas y aromatizantes volátiles, elementos todos ellos que deberán obtenerse por procedimientos físicos adecuados y que deberá proceder del mismo tipo de fruta.




  • Néctar de fruta: Se entiende el producto sin fermentar, pero fermentable, que se obtiene añadiendo agua con o sin azúcares, miel y/o jarabes, y/o edulcorantes que figuren en la Norma General para los Aditivos Alimentarios (NGAA). Podrán añadirse sustancias aromáticas, componentes aromatizantes volátiles, pulpa y células, todos los cuales deberán proceder del mismo tipo de fruta y obtenerse por procedimientos físicos. Dicho producto deberá satisfacer además los requisitos para los néctares.



    1. Naranjas de zumo

Aunque existen dos grandes grupos de naranjas, las dulces y amargas (agrias o pérsicas), también llamadas en España Sevillanas, debido a la importancia que abarca en el mercado de los zumos las dulces comentaremos las características de algunas variedades de esta primera.


Dentro del grupo de naranjas dulces se dividen popularmente en tres subgrupos, las Navel (con ombligo), las Blancas o Valencianas (menos rojizas y antiguas) y Sanguinas (con pigmentos rojos en la pulpa). Popularmente en España se ha dividido en dos pseudogrupos, las llamadas naranjas de mesa más grandes y carnosas y las naranjas de zumo, más pequeñas pero con gran sabor y mucho contenido en zumo.

      1. Navel

Es temprana y muy dulce, variedad muy carnosa que no la hace apta para zumos, posee un ligero amargor por la limonina y son de gran tamaño, fáciles de pelar y sin pepitas.




  • Washington Navel: Variedad de Navel más extendida en el mundo aunque no tanto en España, ideal en dulzor, acidez, tamaño y color para su aptitud en mesa. Existe otra variedad más rojiza la Caracara

  • Navelina: Es una variedad polivalente lo que la hace apta tanto para zumo como para mesa, de tamaño medio, muy redonda, piel ligeramente lisa y facil de pelar, dulce y sin semillas.

  • Navel Lane Late: La más dulce de las naranjas de producción, de tamaño medio, y la que menor cantidad de limonina contiene lo que le confiere una gran aptitud para mesa, sin semilla.

  • Navel late: Mutación de Washington Navel en Vinaroz (Castellón), Rugosa en aspecto y con piel gruesa, buena aptitud para extractivas de aceites esenciales, buenas aptitudes para zumo.
      1. Blancas

Es el segundo gran grupo, hace alrededor de 20 años fueron las más vendidas. Su denominación hace referencia al color más claro frente a las Navel, aunque su diferencia principal es que no poseen ombligo. Son ideales para la industria del zumo aunque existen algunas variedades de mesa. Las que tienen más presencia en nuestro mercado son:




  • Verna: Variedad española, fruto redondo y de pequeño a medio tamaño, corteza ligeramente rugosa, gruesa y color intenso. El contenido en zumo es bueno pero menos que otras variedades, no suele tener semillas. Sabor dulce pero menos que las tipo Navel.

  • Valencia late: De las naranjas Blancas la más dulce. Variedad alargada, de corteza fina y un brillante naranja intenso, ligera astringencia que la diferencia de las Navel. Muy jugosa y aromática, fácil de pelar. Ideal para zumos.

  • Salustiana: Fruto medio-agrande, corteza algo rugosa y achatada, presenta semillas y su sabor es dulce e ideal para zumos e industria.
      1. Sanguinas

Naranjas con pigmentación rojiza, apreciado en zumos por su coloración roja con gran cantidad de antioxidantes. Su fruto es pequeño o mediano, posee pocas semillas y corteza fina y brillante. Sabor dulce aunque algo agrio. Existen dos tipos principales:




  • Doble fina: Tamaño pequeño-mediano, posee pocas semillas, corteza fina y brillante. Color anaranjado claro y con zonas manchadas de rojo. Es de las menos productivas dentro de producción de zumo, pero su sabor es más aromático e intenso.

  • Entrefina: Piel más rugosa que la Doble fina pero con mayor contenido en zumo, no tiene tanta presentación como la Doble fina.

  1. Etapas del proceso industrial




    1. Recepción

La primera etapa del proceso, es la recepción. En ella se descargan los camiones, previamente pesados. Cuando estos ya se han descargado por completo, se realiza una segunda pesada para obtener mediante la diferencia de estas dos, los kilos totales de fruta recibida en cada camión. La recepción se hará diaria, almacenando como máximo la fruta durante 24 horas, para evitar de esta manera podredumbres y pérdidas no deseadas. La descarga se realiza en palots y es transportada mediante carretillas hacia la zona de descarga antes de pasar por un volcador de palots, donde comienza la línea de producción. La fruta pasará a la mesa de selección utilizando el volcador.


    1. Selección

En esta operación, se procede a la selección de la materia prima, eliminando de esta manera la fruta no aconsejable para la extracción de zumo. Esto se realiza en la mesa de selección, en la que mediante una serie de rodillos, la fruta va girando con el fin de verla y poder examinarla por completo.


Los operarios, son los encargados de inspeccionar visualmente la fruta y separ manualmente las calidades conforme a criterios establecidos. La fruta no apta para la fabricación de zumo, se deposita sobre la cinta de destrío, directamente o a través de buzones que la dirigen hacia la cinta. Una vez realizada la selección de la fruta, se pasará a realizar la operación de lavado.
    1. Lavado

En esta fase se eliminarán las materias extrañas como restos de hojas, suciedad, aceites esenciales remanentes en la corteza y residuos de pesticidas que puedan contaminar el zumo, y para ello utilizaremos una lavadora de fruta. La fruta entra en la lavadora y pasa por unos aspersores, que aplican productos limpiadores como detergentes. La fruta circula sobre unos cepillos giratorios que limpian suavemente la superficie eliminando las sustancias extrañas. Posteriormente, de la lavadora, la fruta pasa al calibrador.


    1. Calibrado

El calibrado de la fruta se hace necesario debido a la sensibilidad que presentan los extractores al diámetro de la fruta para su correcto funcionamiento. Con este calibrador se ha conseguido aumentar la producción sin aumentar sus dimensiones con respecto a los demás. Así mismo, sus características de calibrado permiten que se pueda trabajar en él, cualquier tipo de fruta más o menos esférica y principalmente la achatada. Aunque en nuestro caso trabajaremos con naranjas, que es una fruta esférica.


El sistema de trabajo es el siguiente, una vez recorrida la alimentación, sin necesidad de equipos de sincronismo, la fruta pasa al conjunto de pares de rodillos calibradores, estando dotados de movimiento de rotación y translación. De cada par de rodillos, el primero va solidario a un par de cadenas, las cuales imprimen un movimiento de translación. El segundo rodillo va solidario con el primero y apoyado en su recorrido sobre una guía quebrada. El calibrador descarga la fruta en tres cintas inclinadas.
    1. Cinta de alimentación inclinada

Tras el calibrado, se lleva la fruta a las cintas de alimentación de los extractores. Ésta cinta dispone de difusores ajustables. Las cintas están en pendiente, para que la fruta caiga por gravedad y alimente a los extractores, éstas deben de estar llenas, para que así los extractores puedan trabajar a pleno rendimiento. El fruto excedente se lleva de nuevo al calibrador, mediante una cinta de retorno, con lo que se aumenta su rendimiento notablemente.


    1. Extracción del zumo


A través de las cintas inclinadas, la fruta es suministrada a los distintos extractores según su tamaño. La fruta se dirige a las copas de extracción individualmente. La extracción se realiza por medio de un conjunto de copas superiores e inferiores que en el transcurso de su recorrido se entrelazan entre sí, soportándose en las paredes del perfil de las copas. La fruta cae en la copa inferior, la cual automáticamente la centra y posiciona para la extracción.


El fruto, después de estar sujeto en el interior de las copas es presionado contra un cortador inferior para permitir la salida de zumo (semillas, membranas, discos de cortezas, etc.), introduciéndolo en un cilindro tamizador.
El final de su recorrido en su presión máxima se produce una incisión en la parte superior por medio de una cuchilla para facilitar la expulsión de cortezas.
El zumo bruto, semillas, membranas son presionadas por un pistón hueco en el interior del cilindro, separando instantáneamente el zumo del resto de componentes, que podrían empeorar la calidad del zumo.
Unos chorros de agua se encargan de la recuperación del aceite contenido en la corteza emulsionándola para su posterior separación por medio de centrifugación.
La base de la copa inferior contiene un cortador hecho en acero inoxidable que conduce el zumo al tubo colador (pretamizador). El cortador realiza una incisión circular en la base de la fruta, y mientras las copas ejercen presión en el interior de la fruta es llevado completamente hacia el tubo colador (pretamizador), donde el zumo y la pulpa se separan instantáneamente de las semillas y la membrana. Solamente pasan al depósito el zumo y la pulpa.
Uno de los mayores beneficios de utilizar la extractora de cítricos “en línea”, es la calidad del zumo, debido a el principio de separación instantánea de del zumo de piel, membranas, semillas, ya que de permanecer en contacto con el zumo un periodo de tiempo, aportarían efectos no deseados al producto final, como sabores extraños, mayor amargor. Con este sistema de extracción obtendremos además un menor contenido en aceites esenciales en el zumo.
La calidad está también asegurada por una higienización máxima, conseguida por el uso de acero inoxidable en la fabricación de los diferentes componentes del extractor, así como de los tamices como de las tuberías de transporte de zumo. La calidad está también asegurada por una higienización máxima, conseguida por el uso de acero inoxidable en la fabricación de los diferentes componentes del extractor, así como de los tamices como de las tuberías de transporte de zumo.

    1. Tamizado del zumo

Se hace necesaria una reducción del contenido de pulpa del zumo, por lo que deberá ser tratado ahora por un tamiz rotatorio. El zumo proveniente del extractor es conducido por gravedad hasta el tamiz. Esta unidad ha sido diseñada, para extraer el zumo de productos con bajo contenido en fibra o pulpa. El mínimo ajuste existente entre el tornillo de empuje y las cribas mantiene todos los tamices limpios y el flujo de zumo es constante. Para obtener más reducción de la pulpa se utiliza seguidamente el separador centrifugador.


    1. Homogeneizado

El zumo se homogeniza, para mantener los sólidos en suspensión y que éstos no precipiten hacia el fondo del tanque, por lo que se instala un agitador en el fondo del tanque, y así obtendremos un producto homogéneo.


    1. Desaireado

Posteriormente el zumo pasa al desaireador. Se hace preciso desairear es decir, quitar el aire presente en el zumo, para evitar posibles oxidaciones del zumo. Se elimina tanto el oxígeno como el dióxido de carbono disuelto. Para ello se aplica una bomba de vacío, en el tanque de desaireado, antes de entrar en el pasteurizador. Lo normal para zumos de frutas es un contenido de oxígeno aceptable de 0,5‐1,0 miligramo/litro, para que los microorganismos, presentes en el zumo, no puedan alterarlo en demasía.


El depósito contiene un flotador conectado por una placa a un rodillo pivotando a excéntricamente, que maneja la válvula de entrada al depósito citado.
Cuando el flotador de mueve hacia abajo o hacia arriba con el nivel de líquido, la válvula se abre y se cierra respectivamente. Si la bomba toma más líquido del depósito que el que entra al mismo, el nivel cae y por tanto también el flotador. La válvula abre entonces permitiendo una mayor entrada de líquido. De esta forma, el líquido en el depósito se mantiene a un nivel constante al igual que el líquido de succión.
La entrada está localizada en el fondo del depósito, de manera que el líquido que entra lo hace por debajo de su superficie. Por lo tanto, no hay salpicaduras y sobre todo, no se produce aireación. El aire presente en el zumo, al entrar en el depósito, ascenderá. Esto origina una cierta desaireación, lo que tiene un efecto favorable sobre las condiciones operativas de la bomba y sobre el producto, que es tratado así de una forma más suave.
Los depósitos de regulación, se incluyen en sistemas de recirculación, donde el zumo retorna en caso de que se realice un insuficiente tratamiento térmico. En este caso, un indicador de temperaturas actúa sobre una válvula de desviación de flujo, que envía el producto hacia atrás, al depósito de regulación.
Esto provoca un rápido incremento en el nivel de líquido y también un rápido movimiento del mecanismo del flotador para cerrar la válvula de entrada. La válvula modulante de entrada de vapor, mediante la regulación de su grado de apertura se controla la cantidad de agua evaporada (agua que había quedado ocluida).
El sensor para medición continua de la presión en el interior del desaireador, lo que permite la regulación del vacío, este sensor de medición continua controla el nivel.
La eliminación de aire reduce la cantidad de oxígeno disponible en el producto, susceptible de provocar la destrucción de la vitamina C, así como otras diversas reacciones de oxidación, que conducen a un deterioro de su calidad.
El aire y el oxígeno pueden penetrar en el producto durante la preparación y las diversas manipulaciones, a las que se puede ser sometido el zumo. Por lo tanto se hace necesaria una reducción, de aire y oxígeno, en el zumo para obtener un producto de mejor calidad, que además se conservará durante más tiempo.
Se puede practicar la eliminación de aire en el proceso de pasteurizado en la entrada en el equipo mediante plato difusor. Los vapores y los gases ascienden hasta el condensador refrigerado por agua y glicol, en el caso de integración con el pasteurizador, donde se produce la separación de fases:

  • Por un lado, los vapores condensados que caen y se reúnen con el zumo desaireado

  • Por otro, los gases incondensables
    1. Pasteurizado

Del desaireador se transporta el zumo al pasteurizador en este caso se ha elegido un intercambiador de placas.


La pasteurización, es el método más corriente y eficaz, para asegurar la estabilidad microbiológica y bioquímica de los zumos de fruta. En la práctica, en las industrias de zumos de fruta, los zumos son pasteurizados lo más rápidamente posible (“Flash Pasteurized”).
La combinación tiempo‐temperatura, requerida para volver inactivas las enzimas y los microorganismos, depende en gran medida del pH del zumo a tratar.
La mayoría de los microorganismos se desarrollan muy rápidamente, en un medio neutro o ligeramente ácido (pH 6,5‐7), mientras que lo hacen con mucha dificultad en un medio con pH<5, por lo que las necesidades de esterilización en bebidas ácidas son menores, como es nuestro caso.
La excepción son las bacterias lácticas, que pueden crecer y multiplicarse a un pH de hasta 2,5. Las bacterias formadoras de ácido butírico pueden desarrollarse a un pH entre 4,0‐4,5. Los mohos y levaduras también pueden resistir y crecer en medios ácidos. La pasteurización en intercambiador de calor, comprende las siguientes fases:


  • Precalentamiento regenerador

  • Calentamiento a temperatura de pasteurización y mantenimiento del producto durante el tiempo requerido

  • Enfriamiento regenerador

  • Enfriamiento a la temperatura de llenado
    1. Tanques asépticos

Una vez pasteurizado el producto se va almacenando, en varios tanques asépticos, que mantiene al producto a temperaturas entre 3 ºC y 4 ºC, lo que permite mantenerlo almacenado durante largos periodos de tiempo, antes de proceder a envasarlo. Se procederá a llevar todo el zumo a estos envases asépticos y envaremos 6.000 l/h de zumo, manteniendo el resto de la producción sobrante en los tanques, hasta que finalice la época de campaña, es decir hasta Junio, es entonces cuando utilizaremos estas reservas, que hemos ido acumulando de Noviembre a Junio, para envasar durante los 4 meses de Julio a Octubre.


    1. Envasadora aséptica

La finalidad perseguida al envasar un producto es hacerlo llegar al consumidor en perfectas condiciones en unidades de tamaño adecuadas a las demandas apropiadas. Para conseguirlo, existen diferentes procedimientos de envasado, diferentes materiales de envasado y envases de distintas capacidades.


En esta etapa el zumo se envasa en envases de cartón, de un litro de capacidad, provistos además de un tapón, en la parte superior del envase, para mayor comodidad de los consumidores. Una vez que salen de la máquina de envasado aséptico, pasan por un codificador, donde se les aplica un código de barras, mediante inyección de tinta.
La máquina va recubierta totalmente en acero inoxidable y lleva un sistema de control que regula su funcionamiento.
La bobina lleva material suficiente para unos 8.200 envases de un litro de volumen. Con la carretilla se suministran las bobinas, que pesan unos 225 Kg. Esta carretilla para la elevación y transporte de las bobinas está provista de brazos de elevación, que se maniobran hidráulicamente. Con el equipo (4) se hace el cambio de bobina, con empalme del material de la que se está acabando y la nueva. Después de marcar el material de los envases, éste hace una serie de bucles que aseguran un avance suave y sin tirones, al tiempo que hacen posible una producción continua en el momento en que hay que empalmar nuevo material en rollo.
La máquina va provista de un avanzado sistema de control electrónico, que proporciona una gran seguridad, además de hacer que la máquina trabaje de una forma rápida y exacta.
Como ya describimos con antelación, el material del envase es esterilizado con agua oxigenada y en uno de los bordes se le aplica una cinta, que es la que sellará el empalme longitudinal entre ambos bordes del papel. El líquido sobrante de la esterilización es extraído por los rodillos y el aire estéril acaba de secar el papel. A continuación se controla la adaptación de la decoración a las muescas transversales del material del envase.
Entonces el material empieza a adoptar la forma de tubo para su llenado, seguidamente es cerrado. Un elemento garantiza el sellado longitudinal cuando se produce una corta interrupción, cuando la máquina vuelve a ponerse en marcha.
La máquina ha sido diseñada de manera que pueda conectarse a otras unidades. La cubierta es desmontable, para facilitar así su limpieza
Por último viene el sistema de cierre de los envases por debajo del nivel del líquido, el doblado y la salida de los paquetes terminados.
    1. Aplicadora de tapones

Una vez el zumo ha sido envasado, pasa a una máquina donde se le aplicarán los tapones en la parte superior, del envase, mediante una fuerte presión.




    1. Embalaje

Después de la aplicación de los tapones, el zumo pasa a una unidad de embalado, donde desde un cargador se recoge el material de cartón ondulado plano sobre el que se colocan los envases ya agrupados.


El cartón ondulado rodea seguidamente al grupo de envases y es encolado. Se ha formado así un bulto cerrado que puede resistir condiciones difíciles de distribución. Para más información sobre esta unidad consúltese el anejo titulado “elección de la maquinaria”, al igual que para el resto de unidades.


  1. Maquinaria




    1. Volcador de palots

Esta máquina es la encargada de voltear y descargar los palots de fruta que llegan, realizándolo de forma automática. Esto es realizado de forma suave para que la materia prima no sufra ningún desperfecto. Una vez son volteadas, pasan directamente a la mesa de selección.


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Ilustración Volcador de palots (perfil) Ilustración Volcador de palots (Caballera)



Fuente HortoParts
    1. Mesa de selección



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Ilustración Actividad de mesa de selección


La mesa de selección, es utilizada para eliminar la fruta no apta para someterse a la extracción de zumo. Consta de dos cintas, ambas de 0,50 metros de ancho, estando la cinta para destríos situada en un plano superior. La mesa de selección consiste en un elevador de rodillos, situado normalmente en posición horizontal, y una cinta transportadora para destrios o calidades inferiores. Los rodillos se apoyan sobre guías de madera en su movimiento de avance, de manera que adquieren un movimiento de rotación que hace girar la fruta, con el fin de verla en su totalidad. La cinta puede estar situada encima o debajo del elevador.

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Ilustración Mesa de selección (Caballera). Fuente HortoParts


Los operarios se sitúan en los laterales y se encargan de seleccionar o rechazar la fruta que vean en mal estado o que no posea los criterios de selección requeridos. La fruta de inferior calidad se deposita sobre la cinta de destrío. La operación se realiza de forma totalmente manual. Los operarios se sitúan cada 1,20 metros, a lo largo de la mesa de selección. La fruta no apta se dirige a una tolva junto con los otros desechos de la extracción.
    1. Lavadora






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Ilustración Lavado de naranja. Fuente PanaChlor

Antes de ser exprimidas las naranjas deben pasar por un proceso de lavado para eliminar cualquier resto de suciedad. El procedimiento sería el siguiente:
Se realiza un lavado de forma superficial mediante un sistema de duchas en el cual la suciedad adquiere algo de humedad y adquiere más facilidad para desprenderse posteriormente.


Al mismo tiempo, una serie de rodillos que se sitúan a lo largo de toda la máquina realizan un lavado más exhaustivo el cual deja a la fruta en unas condiciones más óptimas.
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Ilustración Lavado de naranja. Fuente China-Flourish


La maquinaria que se emplea es de acero inoxidable y se mantiene en buenas condiciones.
    1. Calibrador


Se elige un calibrador de rodillos basculantes, que son además los más usuales para cítricos. El calibrador necesita un elevador a rodillos de alimentación previo. El sistema de calibrado es del tipo de rodillo basculante, sin alvéolos para alojar la fruta, con lo que se logra un máximo de capacidad de la máquina, al no limitarse el número de frutas entre rodillos.


Para asegurar el calibrado sobre el diámetro más adecuado, la fruta se mantiene en rotación constante a medida que avanza, transportada sobre los rodillos transversales del calibrador.
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Ilustración Caballera Calibrador de rodillos basculantes. Fuente HortoParts





Dispone de un variador electrónico de la velocidad de rotación de los rodillos, que permite cambiar las condiciones de funcionamiento de la máquina en función del tipo de fruta a calibrar y del estado de la misma. El calibrador de rodillos basculantes incorpora un elevador para la sincronización de la entrada de la fruta a la sección de calibrado. La primera parte del calibrador se usa para posicionar la fruta y conseguir unas condiciones adecuadas de alineación y rotación. La primera salida de fruta se puede usar como precalibrado.

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Ilustración Calibrador de rodillos basculantes



La alimentación es totalmente efectiva sin necesidad de usar retornos para devolver a la línea la fruta deficientemente posicionada. La regulación de los calibres es muy sencilla. Para ello, solamente hay que accionar una manivela que permite desplazar la guía móvil del rodillo basculante a la distancia requerida. El calibre seleccionado se puede leer en una escala graduada. La fruta rueda libremente apoyada en el valle existente entre dos grupos de rodillos consecutivos. Debido al movimiento de rotación, el giro se produce sobre el eje de revolución, que es el considerado para el calibrado. Cuando la separación entre rodillos es mayor que el tamaño de la fruta, ésta cae sobre bandejas, que están forradas de goma espuma para minimizar el golpe de la caída. La fruta se va depositando sobre unas cintas transportadoras de evacuación, desde donde se dirige a la siguiente sección de la instalación.


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Ilustración Perfil de Calibrador de rodillos basculantes. Fuente HortoParts

Las frutas de un calibre excesivo se recogen en una bandeja situada al final del calibrador.

    1. Cintas inclinadas

Cuando la fruta sale del calibrador, cae en unas cintas inclinadas que tienen la función de valer de vía para que la materia prima llegue a las extractoras.


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Ilustración Transportadora de rodillos por gravedad. Fuente HortoParts



    1. Extractores



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Ilustración Extractor lineal industrial. Fuente China-Flourish




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Debido a que se extrae una mayor cantidad de zumo, elegimos extractores de tipo “en línea”. En adición a los zumos de alta calidad, el extractor de zumo cítrico en línea, simplifica la producción de productos especiales tales como el aceite frío y el saco de pulpa y facilita la producción de sólidos solubles cítricos de gran calidad extraídos mediante agua. Esto puede resultar en un significativo beneficio.
La limpieza del extractor está simplificada por el método de inyección de agua. Se conecta una línea de agua al final de la línea de zumo y el agua es inyectada a través del sistema completamente cerrado.



Ilustración Diferentes componentes de la extractora. Fuente JBT FoodTech
También está disponible un sistema de boquillas spray para una rápida limpieza de las copas y los canalones de la piel. Con la combinación de estos dos sistemas, la limpieza puede ser realizada semi-automáticamente mediante una simple conexión de las líneas de limpieza de agua al extractor.
La calidad también está asegurada por una máxima higiene. Esta higiene es posible por el uso de construcciones de acero inoxidable en el extractor de zumo cítrico Fmc.
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Ilustración Extractor lineal industrial. Fuente China-Flourish


El rendimiento en zumo de este tipo de extractor, es mayor que otros sistemas alternativos. Un perfecto funcionamiento en este sentido se consigue mediante una correcta alimentación y se debe al hecho de que el proceso es independiente del tamaño y forma de la fruta. El extractor es capaz de procesar cualquier tipo de fruta y variedades cítricas, incluyendo limas, mandarinas, naranjas y pomelos. Esta versatilidad se traduce en un ahorro de espacio e inversión de equipos.
    1. Colector de zumo








El colector de zumo es un depósito en le cual llega el zumo recién exprimido. Posteriormente este pasa mediante bombeo al tamiz para eliminar la pulpa.
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Ilustración Tanques de acero inoxidable. Fuente China-Flourish


    1. Tamiz rotario para zumo



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Ilustración Tamiz rotario. Fuente Hidrometálica


El tamiz rotatorio para zumo se utiliza para, reducir el contenido en pulpa del zumo de un 12% a un 8% . El tamiz rotatorio realiza la separación de dos productos mediante tres paletas situadas en su interior, girando a gran velocidad lanzando el producto contra la tela externa, provista de perforaciones. El nivel de humedad se puede modificar gracias a la regulación final mediante contrapesos, así como el tamaño según la perforación de la tela instalada.

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Ilustración Tamiz rotario. Perfil y caballera. Fuente Netwater



    1. Centrífuga

Después de ser extraído el zumo en los extractores, este contiene aun una cantidad importante de pulpa, la cual es retirada mediante la centrífuga. El decantador centrífugo separa dos o más fases de diferentes pesos específicos, especialmente en la separación de un líquido conteniendo sólidos en suspensión.


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Ilustración Centrífuga vertical. Fuente Juneng Machinery


La separación de sólido y líquido ocurre en el interior de un tambor rotativo con formato cilindro / tronco-cónico, en cuya superficie interna se deposita la fase sólida, más pesada, que es descargada de manera permanente por la espiral interna. En el producto que alimenta la máquina puede ser agregado un poli electrolito oportunamente elegido por tipo y características específicas con la finalidad de mejorar la separación sólido/líquido. El poli electrolito es normalmente adoptado en la deshidratación de los lodos. Aunque en este caso se opta por no agregarlo.
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Ilustración Centrífuga helicoidal horizontal de camisa maciza. Interplant S.A.

    1. Tanque homogeneizador

Una vez retirada la pulpa del zumo, el tanque homogeneizador se encarga de que los sólidos que pueda contener, se mantengan en suspensión gracias a un agitador que se encuentra en el interior del tanque.



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Ilustración Tanque homogeneizador


    1. Desaireadorc:\users\pc\desktop\20150122100252_10855.jpg




Separa el zumo del vapor, oxígeno, dióxido de carbono y otros gases; consta de una cámara de vacío equipada con condensador en la parte superior para retención de aromas. Mediante bomba de vacío se consigue hervir el producto entrante. Es empleado como 2º tanque del balance del pasteurizador.

Ilustración Tanque desaireador. Fuente BJM


    1. Pasteurizador

En el pasteurizador se recepciona con un contenido al 9% de pulpa máximo, si buscamos una línea de de pasteurizado para zumos frescos utilizaremos una temperatura de 75ºC durante 30 segundos, aunque el producto será muy perecedero. En otras líneas, las más habituales se utilizan 95ºC durante 30 segundos. En la recepción se realiza un precalentamiento entre unos 15-20ºC hasta llegar a la temperatura de 95ºC. Se produce una recirculación para la recuperación del calor de forma directa, donde se recupera del 65 al 75% del calor si no se dispone de desaceitador y del orden 40-45% si se dispone de él.


El enfriamiento se realiza gradualmente, en el desaireador hasta unos 15-20ºC hasta una salida a 0ºC con enfriamiento de agua de refrigeración y glicol.
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Ilustración Pasteurizador. Fuente KHS


    1. Tanque aséptico

Realizada la pasteurización, el zumo pasa a unos tanques asépticos, donde chorros de vapor mantienen esterilizadas las tuberías por donde ha de pasar el zumo, cada vez que este entra al depósito, manteniendo así estéril el producto, además de mantener refrigerado el tanque, a una temperatura que oscila entre 3‐ 4 ºC pudiendo mantener el producto durante varios días, no más de tres, en dicho tanque. El tanque aséptico es un sistema idóneo para el almacenamiento intermedio para productos alimenticios de baja acidez, en condiciones asépticas.


    1. Envasadora aséptica

En esta unidad se envasa asépticamente el zumo, que viene de los tanques asépticos a la temperatura de 4ºC. Se envasará en cartones de 1 l. La envasadora primero rellena de anhidro carbónico para retirar todo el oxígeno del envase y se procede a su llenado.


    1. Aplicadora de tapones

Después de envasar asépticamente, los envases pasaran a una máquina para aplicarles los tapones. Esta máquina está preparada para el sistema de línea de empaquetado monitorizado (packaging line monitoring system, PLMS). Todas las operaciones que se hacen quedan reflejadas de forma clara y concisa en el panel de control, mostrando con un indicador luminoso y sonoro, si hay alguna anomalía. Esta máquina está equipada con separador de aire y pistolas de agua para simplificar la limpieza y por lo tanto contribuir a suministrar higiene. Los envases son transportados por un transportador de cadena a la vez que pasan por la máquina para asegurar que el tapón ha sido aplicado correctamente.


    1. Encajadora

Al finalizar el proceso, son dirigidos los envases a la encajadora, donde son distribuidos en cajas, para, a posteriori proceder al paletizado. Los envases son recepcionados en la encajadora y agrupados por patrones de embalaje.






  1. Diagrama de flujo


    1. Productos

Pulpa


Pasteurización 95ºC/30 s

Pulpa pasteurizada

Pasteurización

95ºC/30 s

Zumo

Naranja

Limpieza y lavado

Centrifugado

Pasteurización

70ºC/30 s

+ Pulpa


pasteurizada

Zumo fresco

Congelación

Descongelación

Zumo congelado

Concentración

Zumo concentrado

+ H2O

Zumo concentrado

+ Pulpa


pasteurizada


Ilustración : Esquema del proceso del zumo comercial (Gil-Izquierdo, 2002)

    1. Subproductos




      1. Aceites esenciales y pectina

En la fase del raspado se dan cientos de pequeños cortes en la cáscara, lo que provoca que los sacos de aceite del flavedo se rompan.


El serrín y el aceite obtenidos en el raspado se arrastran por lavado, produciendo una emulsión de dichos aceites en el agua que pasan a un tamiz autolimpiable, de donde los sólidos suspendidos (partículas de piel, impurezas, etc.) son eliminados.
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Ilustración Sistema de extracción de aceites esenciales. Elaboración propia

Dicha mezcla o emulsión se envía a una instalación de separación centrífuga en dos etapas, para recuperación de dichos aceites esenciales que normalmente tienen alto valor en el mercado.
La emulsión que va a la primera etapa de separación contiene un bajo porcentaje de aceite (alrededor del 0,2%). En esta etapa se elimina la mayor parte de las impurezas y pulpa aún presentes, así como la mayor parte del agua, consiguiendo así descargar una emulsión enriquecida en aceites esenciales que pasa a la segunda etapa.
En la segunda etapa se trabaja con una emulsión enriquecida de aceite que es finalmente purificada, obteniendo un producto libre de humedad e impurezas. La separación tiene lugar en una centrífuga de retención de lodos, que quiere decir que éstos se acumulan en el espacio anular interior del rotor y hay que parar la máquina para eliminarlos manualmente.
La producción de aceite esencial a partir de la cáscara de naranja puede describirse como un proceso compuesto de cinco etapas principales: acondicionamiento de la materia prima, extracción del aceite, separación, deshidratación y filtración (Aya, 1992).
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Ilustración : Esquema del proceso de obtención de aceite esencial y pectinas a partir. Fuente Cerón-Salazar


El proceso de destilación con vapor para la obtención de aceite esencial, provee buenos rendimientos (C. Blanco., 1995) en comparación con el proceso de presión en frio, el cual es generalmente usado para la extracción de aceite esencial de cítricos. En cuanto a la producción de pectina puede describirse como un proceso compuesto de diez etapas principales: acondicionamiento de la materia prima, extracción del aceite, escaldado, extracción de la pectina, prensado, concentración, precipitación, purificación, secado y molienda (Valencia, 2001).
El proceso de producción de aceite esencial y pectina a partir de la cáscara de naranja presentado en este trabajo, se realizó mediante la integración de los procesos antes descritos (C. Blanco., 1995; Valencia, 2001) en los cuales se presentan las condiciones de operación con altos rendimientos.
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Ilustración : Diagrama de flujo del proceso simulado de obtención de aceites esenciales



      1. Pulpas

Las pulpas de naranja son apreciadas para industrias de piensos. Se puede susministrar entre el 7,5 y el 15% de pulpa en los piensos comerciales, el exceso reduce la características organolépticas apreciadas por el ganado y, por tanto, disminuirá su ingesta y reducirá los rendimientos.


Las pulpas son recogidas y trituradas, las partes más groseras son retiradas y se procede a su secado, los tratamientos posteriores dependerán de la industria de piensos pero pueden realizarse harinas de pulpa, recepción de pulpa bruta desecada o peletizada.

  1. Bibliografía y referencias






  • Alcaraz Arce, A. (2008). Industria para la elaboración de 1750 m3 de zumos concentrados de cítricos en el polígono industrial oeste (Murcia). Cartagena: Universidad Politécnica de Cartagena.

  • Alimentarius, C. (2005). Norma general del codez para zumos (jugos) y néctares de frutas. CODEX.

  • Aya, L. E. (1992). Factibilidad Técnica de la extracción de aceite esencial de cáscara de limón. Santa fe de Bogota D.C.: Universidad Nacional de Colombia.

  • Ayala, M. P. (2005). Línea de elaboración de zumo de naranja pasteurizado y refrigerado de 6.000 L/h en Lorquí. Murcia: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronámica.

  • C. Blanco., E. S. (1995). Comparative study of Colombian critrus oils by high-resolution gas chromatography and gas chromatography-mas spectrometry. Journal of Chromatography A. , 501-513.

  • Cerón-Salazar, I. &.-A. (2011). Evaluación del proceso integral para la obtención de aceite esencial y pectina a partir de cáscara de naranja. Ingeniería y ciencia, 7(13) , 65-86.

  • Gil-Izquierdo, A. G. (2002). Effect of processing techniques at industria scale on orange juice antioxidant and beneficial health compounds. Journal of Agricultural and Food Chemistry 50 (18) , 5107-5114.

  • Johnson, T. M. (2001). La producción de zumo de cítricos y la aplicación de tecnología al mercado de productos frescos. Simposio FAO: Cítricos, (págs. 79-86). China.

  • Olmedilla, Á. A.-M. (2008). Uso de Tecnologías no térmicas en la elaboración de zumo de naranja. Madrid: Centro de Estudios Superiores de la Industria Farmacéutica (CESIF).

  • Scora, R. W. (1975). On the history and origin of Citrus. Bulletin of the Torrey Botanical Club , 369-375.

  • Tolkowsky, S. (1938). Hesperides. A history of the culture and use of citrus fruits.

  • Valencia, M. (2001). Determinación del tratamiento más optimo para la extracción de pectina a partir de la cáscara de maracuyá mediante el uso de ácido clorhídrico y hexametafosfato de sodio y su aplicación en la elaboración de mermeladas. Universidad de Caldas.

  1. Referencias





  • http://www.china-flourish.com/

  • http://hortoparts.es/

  • http://hidrometalica.com/

  • http://www.netwater.es/

  • http://junengmachinery.gmc.globalmarket.com/

  • http://www.interplant.com.pe/

  • http://www.ivia.es/

  • http://www.mercadocalabajio.com/

  • http://panachlor.com/

  • http://www.directindustry.es/

  • http://www.norbac3.com/

  • http://juicernet.com/

  • http://www.citrech.it/



1 Todas las denominaciones de zumo, hacen referencia también a jugo.

2 Se permite la introducción de aromas y aromatizantes para restablecer el nivel de estos componentes hasta alcanzar la concentración normal que se obtiene en el mismo tipo de fruta.

3 En el caso de cítricos, la pulpa y las células son la envoltura del zumo (jugo) obtenido del endocarpio.




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