Elaboración de arroz parbolizado

Ingeniería agrónoma. Tratamiento de granos. Silo de tempering. Parbolización. Aspectos nutricionales. Procesos agrícolas industriales

  • Enviado por: Pedro Bravo
  • Idioma: castellano
  • País: Perú Perú
  • 16 páginas

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UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARÍAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO DE DISEÑO DE PLANTAS II

“PROCESO PARA LA ELABORACION DE ARROZ PARBOLIZADO”

LAMBAYEQUE - PERÚ

2005

1.- RESUMEN

Los métodos de parbolizado podrían ser clasificados en dos grupos: métodos tradicionales y métodos modernos. Los métodos tradicionales consisten en remojo en agua a temperatura ambiental por 24 a 48 horas o más, vaporizado a presión atmosférica y secado al sol, mientras que los modernos desarrollan etapas como el remojo, la vaporización, el secado y temperado del grano todas con parámetros establecidos y el uso de maquinaria especifica.

Respecto a este punto es necesario diferenciar este proceso de otro muy similar, como es la maceración de arroz en cáscara que se realiza en condiciones muy distintas, aunque el producto así obtenido sea aparentemente el mismo.

En la maceración, el grano se remoja por dos días a condiciones ambientales lo cual favorece el crecimiento de seres microbianos en un medio casi fermentativo, las etapas siguientes son la gelatinización y un secado posterior, aunque aun este método se viene usando de modo artesanal y semi-industrial el producto obtenido resulta ser malo por el nivel de contaminación microbiológica que contiene. Por esto en primer lugar hacemos la aclaración de que hemos seleccionado a la parbolización como proceso y no la maceración.

Hemos creído conveniente proponer un proceso, el cual contiene una mixtura de los procesos ya conocidos y además se utiliza tecnología latinoamericana.

El proceso propuesto se ajusta al desenvolvimiento tecnológico regional, este consiste en una mixtura de diseños extranjeros y las condiciones de proceso para las variedades de arroz que existen en nuestra zona.

Además el proceso cuenta con tecnología ajustada a nuestras condiciones; para ello se ha hecho cambios con respecto a los sistemas se secado que utilizan los procesos anteriores, como por ejemplo se utilizaban secadores rotatorios para el presecado, en nuestro proceso se emplea secadores de lecho fluidizado, en el secado final se empleaban secadoras verticales convencionales nuestro proceso emplea secadora intermitentes; así como se podría mencionar muchos cambios que tiene nuestro proceso con respecto a los procesos convencionales.

2.- DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PROPUESTO

Este proceso tiene como materia prima el arroz cáscara o paddy con una humedad de 13% proveniente del acopio. Este proceso involucra muchas etapas las cuales serán descritas a continuación.

2.1.- PROCESO EN LA PLANTA DE ARROZ PARBOLIZADO

A.- RECEPCIÓN

El arroz cáscara es transportado en camiones desde los centros de acopio hasta la planta de parbolización donde se descarga en la tolva de recepción (T-1) o se dispone un espacio para almacenarla hasta su turno de parbolizado, en esta etapa se toma muestra de la materia prima que se esta recepcionando para su posterior análisis y evaluación del comportamiento de esta en el proceso.

B.- PRE-LIMPIEZA

El arroz recepcionado pasa a través de un elevador de cangilones (EL - 1) a la máquina de prelimpieza (MP - 1), donde se separará las impurezas mayores, grano vano y polvo, este arroz prelimpiado es enviado a través de un elevador de cangilones (EL - 2) a uno de los silos (SR - 1,2,3) de fondo cónico para su almacenamiento y posterior procesamiento.

C.- LAVADO

El Arroz cáscara prelimpiado y almacenado en los silos de recepción (SR - 1,2,3) es transportado por un elevador de cangilones (EL - 3) hasta el lavador de arroz (LV- 1) que sirve para remover los granos poco pesados y vano que tiene, aprovechando que estos flotan al tener menor densidad que el grano bueno a esto se denomina separación hidrogravimétrica, al final del lavado el grano se escurre y mediante un sinfín de descarga es transportado a la siguiente etapa.

D.- REMOJO

El paddy limpio es transportado hasta una batería de 4 tanques de remojo (TR - 1,2,3,4), el ingreso del arroz se hará mediante compuertas automáticas ubicadas sobre la tapa del tanque.

Una vez puesto el arroz dentro del tanque se abren las válvulas que permitirán el ingreso del agua de remojo. Esta agua ha sido previamente calentada en un tanque con serpentín (TC - 1) hasta una temperatura adecuada, mediante la inyección de vapor. Una vez dentro del tanque y en contacto con el grano, la temperatura desciende hasta llegar a la temperatura de equilibrio deseada para el remojo, que es de 70 °C. Para lograr mantener esta temperatura durante todo el periodo de remojo (que durará cinco horas) se mantendrá una recirculación de agua caliente, con el objetivo de reponer el calor perdido a través de las paredes del tanque. Incrementando así la humedad del grano hasta 30% como mínimo, humedad necesaria para la perfecta gelatinización del almidón de arroz.

Después de finalizada la etapa de remojo se abren las válvulas para el drenado del agua; posteriormente se descarga el arroz húmedo mediante un transportador vibratorio (TV - 1).

E.- GELATINIZACIÓN

En esta operación el arroz es transportado hacia a la tolva dosificadora de la autoclave, luego se abre la válvula rotatoria y se procede a la carga de este, a la vez que se abre otra válvula que permitirá el ingreso del vapor para la aplicación de calor al arroz remojado. Concluido el periodo de vaporizado se abrirá la válvula para aliviar la presión dentro del autoclave.

El final de esta etapa estimamos una adecuada, para nuestro proceso se ha asumido un 2 % de granos no gelatinizados.

La humedad que el grano alcanzará al final de esta etapa es cercana a 34 %, La descarga del arroz se realizará mediante una válvula rotatoria que se ubicará en el fondo del autoclave, enviándolo hasta el transportador vibratorio (TV - 2) que lo conducirá hasta la primera etapa de secado.

F.- PRE-SECADO

El primer periodo de secado se realizará a alta temperatura (en estado cauchoso del grano) en un secador contínuo de lecho fluidizado (LF - 1), la selección de este tipo de secadores se justificará en el diseño respectivo. Reduciéndose así el contenido de humedad del arroz hasta un 18 %.

G.- TEMPERING

Cuando el arroz alcanza la humedad deseada es transportado hasta el silo de tempering (ST - 1,2) que tiene una capacidad de 15 ton.

Allí se homogenizará la humedad y la temperatura del grano (disminución de las gradientes de humedad), con el objetivo de liberar las tensiones a las que ha sido sometido el grano durante el pre-secado, esto se logra insuflando aire luego de un periodo de reposo, desde la parte inferior del silo mientras este permanece en una columna estática; todo esto nos permitirá un mejor secado en la siguiente etapa y un grano mas estable para el beneficio.

H.- SECADO

El secado continuará a baja temperatura en un secador intermitente (SI - 1). Este segundo periodo durará cerca de cuatro horas y con el se reducirá el contenido de humedad del arroz hasta un porcentaje de 13%, el que se considera optimo para su almacenamiento y elaboración.

Terminado el secado, el arroz cáscara seco y parbolizado se almacenará en silos fondo cónico, para su posterior beneficio.

2.2.- PROCESO DE BENEFICIO DE PADDY PARBOLIZADO

Este proceso tiene como materia prima al arroz cáscara parbolizado secado a 13% de humedad proveniente de la planta de parbolización.

Las etapas del beneficio son las mismas que las de un molino de arroz convencional, solo que este proceso resultan más eficientes y con ventajas económicas atractivas.

Las etapas que involucra el proceso de beneficio son las siguientes:

A.- DESCASCARADO

En esta operación el objetivo es retirar la cascarilla que cubre al grano, para ello se usará una máquina denominada descascaradora que actúa sobre el grano usando dos rodillos que giran a gran velocidad mientras el flujo de grano pasa entre ellos. Debido a las etapas de parbolización el grano está hinchado y por ellos su cáscara está floja y será más fácil de retirar, por ello consideramos un nivel de descarado bueno.

El producto de esta etapa contiene el grano descascarado (arroz Integral), Cascarilla y algo de arroz en cáscara (paddy). A esta etapa ingresa también un retorno de la separación gravimétrica constituida casi totalmente por arroz cáscara (96%).

B.- SEPARACIÓN DE LA CASCARILLA

Para separar la cascarilla se usan equipos llamados Aventadores o Circuitos que por aspiración separan la cascarilla producida en el descascarado dejando libre una mezcla de arroz integral y paddy, que pasara a la etapa de separación gravimétrica; dicha mezcla tiene un nivel de descascarado de 93%.

En nuestro caso hemos considerado usar una descascaradora con circuito incorporado. Debido a las ventajas que trae su uso como el ahorro de espacio físico, su regulación automática etc.

C.- SEPARACIÓN GRAVIMÉTRICA

Esta operación se llevará acabo en la mesa gravimétrica o mesa paddy (MP - 1), donde el principio de separación es la diferencia de pesos específicos entre el arroz integral y el arroz cáscara, los productos de esta separación lo constituyen el arroz integral y la corriente de retorno, que es en su mayoría arroz cáscara (96%); dicho retorno va hacia la etapa de descascarado.

La ventaja del arroz parbolizado en esta operación es que al ser uniforme la masa del grano integral es más diferenciado en su separación del arroz cáscara mejorándose también el flujo de retorno obtenido.

D.- PULIDO

A esta etapa ingresa la corriente de arroz integral para ser pulido, aquí se obtiene el polvillo o afrechillo como subproducto y una corriente de arroz pulido que representa la producción directa del lote.

Usaremos dos maquinas destinadas para este fin, primero ingresará el flujo de arroz integral a un pulidor abrasivo (P - 1), la cual tiene una piedra esmeril, con la que realizará el pulido por abrasión, removiendo polvillo de las capas externas del grano integral.

Luego este mismo flujo es conducido hacia la hidropulidora o polichadora (P - 2) en la cual se efectúa el pulido al agua. Lo que acontece en este periodo es la fricción de los granos en un medio de agua nebulizada que da el acabado final removiendo capas mas intimas y produciendo polvillo mas fino. También se logra con esta etapa el control del nivel de blancura u opacidad que se le pretenda dar al grano, produciendo un nivel de homogeneidad en todo el volumen trabajado.

El blanqueado o pulido de arroz parbolizado es algo dificultoso dado que el proceso de parbolización le confiere al grano cierta dureza lo que lo hace compacto y por ello se pule poco en un tiempo de residencia corto, los rangos de pulido están comprendidos entre 6 % a 8 % en función a cuanto se requiera el grado de pulido final y también en cuanto a la calidad que se quiera dar a la presentación.

Se asumirá un valor de 7 % para dar una buena presentación. Cabe señalar que este 7 % no es estricto, y a futuro puede disminuirse para obtener un mayor rendimiento de grano entero y por ende un aumento de la producción y los rendimiento finales; aún así con 7 % de pulido vemos que hay ventajas en cuanto a los rendimiento de producción.

Para retirar el polvillo se usa la succión desde el pulido, enviándolo hasta ciclones donde es recuperado, pesado y envasado.

E.- CLASIFICACIÓN

Esta operación a veces resulta opcional como que para otros casos resulta factible su uso para separar gran parte del grano partido y dar una buena calidad al producto terminado.

Los equipos utilizados en esta etapa son un separador cilíndrico (CL - 1) y cilindros clasificadores o trieurs (CL - 2), que consisten estructuralmente en cilindros con perforaciones en las cuales se alojan fracciones de grano que gracias a la velocidad rotacional son llevados hacia un colector desde donde son transportados separándolos así del producto; en una primera fase se separa los materiales considerados como impurezas o materias extrañas y luego se clasifica el grano partido por fracciones de un cuarto, media y tres cuartos respecto a la longitud del grano.

Para el caso del arroz parbolizado se han tenido en cuenta algunos datos experimentales. Asumiendo que la materia prima de la clasificación tiene 3 % de partido y 2 % de defectos totales; estos valores no son estrictos y dependen del beneficio y la calidad de salida de la planta de parbolizado (secado y tempering). Esto da la ventaja al proceso de manejar el parámetro de partido a conveniencia del productor pudiendo llegar a no usar esta etapa en el beneficio.

En la clasificación se da la calidad de partido del producto terminado y según lo descrito retiraremos el 1 % del partido original para obtener una calidad acorde a las normas técnicas nacionales que lo especifican como un súper extra (2 % de grano partido).

F.- SELECCIÓN POR COLOR

Esta etapa resulta ser necesaria, y da el acabado final al producto, consiste en retirar los granos quemados (oscuros), así como defectos conocidos como tiza y panza blanca.

Para ello se usará una selectora electrónica por color (SC - 1) de un solo pase que posee sensores ópticos capaces de detectar los defectos y actuar con una respuesta expulsando aire hacia la corriente de entrada retirando el grano defectuoso de esta.

Se conoce que el proceso de parbolización reduce los defectos a un nivel de 0 % y que solo produce grano quemado (ardido) por un mal manejo de la gelatinización, y aún así también dependerá de la materia prima que se procese.

Para nuestro caso del 2 % de defectos solo retirará un 1 %, lo cual dará un producto con una calidad de súper extra listo para ser envasado en sacos de 50 kilogramos. El envasado puede llegar al grado máximo de embolsado dependiendo de la calidad que se pretenda dar. Algo imposible para este proceso es obtener calidad de arroz corriente y lo más común en otros países es obtener variaciones de calidad de arroz extra y súper extra.

G.- ENVASADO

En esta operación se da la presentación final al producto que puede ser mediante el uso de balanzas y maquinas cosedoras en sacos de 50 kilos o menos, o mediante una embolsadora automática que brinda la ventaja de envasar el producto en paquetes de 5, 2, y hasta un kilo. En conclusión la etapa del envasado depende del tipo de mercado al que este dirigido este producto, y por ello puede usar tecnología muy variada brindándole al producto nivel y calidad de presentación.

3.- BENEFICIOS DEL ARROZ PARBOLIZADO

3.1.- CARACTERÍSTICAS

Sus características son de apreciable comparación respecto a las propias del arroz blanco, revelando cambios trascendentales de lo conocido en la molinería tradicional.

A.- CALIDAD EN LA ELABORACIÓN

El cambio más notable que se produce durante el sancochado es la gelatinización del almidón y la desintegración de cuerpos proteicos en el endosperma. El resultado es que el almidón y las proteínas se expanden y llenan los espacios de aire internos. Las fisuras y las grietas del endosperma quedan cerradas, el grano queda translúcido y se endurece. Ello reduce al mínimo el número de granos quebrados durante la molienda.

El arroz parbolizado, siendo más duro, requiere más tiempo o fuerza, por ende más energía para el pulimento. El salvado es más pegajoso, eso puede atorar la pulidora, por que el contenido de aceite del salvado en el arroz sancochado es aproximadamente del 20 a 30%, frente al 15 a 20% en el salvado del arroz crudo.

B.- ASPECTOS NUTRICIONALES

Se ha demostrado que las vitaminas B solubles en agua abundan más en el arroz parbolizado elaborado que en el arroz crudo elaborado.

Estudios acerca de la Tiamina muestran que durante el proceso de parbolizado 50 a 90 % de la Tiamina en el embrión y el salvado se transfieren al interior del endosperma por lo que puede ser obtenido un arroz parbolizado elaborado con un alto contenido de Tiamina. Esto muestra por qué los habitantes de las regiones donde el arroz parbolizado constituye la dieta diaria gozan de muy buenas condiciones físicas y de salud.

C.- MANTENCIÓN DE LA CALIDAD

La dureza y compactación del endosperma mejoran la calidad de almacenamiento del arroz procesado ya que es menos susceptible a absorber humedad.

Las pérdidas de vitaminas B durante el almacenamiento son menores en arroz parbolizado que en arroz crudo.

El arroz parbolizado, por ser más duro, es más resistente al ataque de insectos durante el almacenamiento.

D.- ASPECTOS DE LA COCCIÓN

Durante la cocción, el arroz sancochado se expansiona más a lo ancho, pero no a lo largo, que el crudo. Muestra una blancura aceptable una vez cocido, aunque el arroz parbolizado no cocido suele tener un color amarillento. La textura del arroz sancochado cocido es más escamosa que la del arroz no tratado. Los granos siguen separados, en lugar de glutinosos, y se pierde menos almidón en el agua de cocción. Estos factores se ven influidos por el grado de gelatinización del almidón en el grano durante el proceso de parbolizado.

3.2.- VENTAJAS

A.- VENTAJAS NUTRITIVAS Y ECONÓMICAS

  • Existe una gran diferencia entre el contenido de vitaminas del arroz parbolizado y el arroz blanco común. Esta diferencia es más del doble.

  • Los granos se endurecen, adquiriendo gran resistencia, razón por la cual los granos quiebran menos durante el proceso.

  • Debido al grado de limpieza que es sometido el arroz parbolizado, el producto con cáscara no contiene impurezas. Así mismo se obtiene una mejor capacidad de almacenamiento en silos o almacenes destinados a conservar el arroz.

  • Menor vulnerabilidad a la contaminación infecciosa por insectos. El almidón que el arroz contiene, al convertirse en gelatina por el proceso de vaporización, torna los granos duros después de secos, motivo por el que resulta difícil que los insectos piquen o trituren los granos; es por eso que el arroz parbolizado puede ser almacenado por largos periodos libre de insectos.

  • Rendimiento en la cocción. Conforme fue explicado, debido al contenido de almidón en el arroz se torna gelatinoso en el proceso de parbolización, los granos adquieren mayor poder de absorción y tiende a mantenerse cuando es cocido, mas separados y sueltos que los granos no parbolizados. Así mismo fue comprobado que al cocinar, el arroz parbolizado da un rendimiento de 12 % a 23 % más que el arroz común.

  • La pérdida de nutrientes durante el lavado (en casa) es reducida.

  • Las perdidas de sólidos en el agua de cocción son reducidas y los granos se mantienen enteros.

  • Las pérdidas de nutrientes durante el almacenamiento sin reducidas.

  • El salvado de arroz parbolizado contiene más aceite, el cual es relativamente estable para el desarrollo de otros productos.

  • También se ha podido comprobar que por repetidos análisis efectuados con diferentes tipos de arroz parbolizado, se obtiene de 10 % a 15 % más de granos enteros. Económicamente hablando, se multiplica el aumento de arroz entero y el arroz quebrado, es multiplicado este resultado por el número de quilos a ser pasados por el proceso de parbolización, y se puede verificar una gran ventaja resultado de este último. Los granos previamente clasificados en el campo (yesados y opacos) en su mayoría son vulnerables en el proceso de beneficio del arroz no parbolizado. Algunos, en tanto, se quiebran en pequeñas partículas, en el proceso de beneficio de arroz parbolizado, apareciendo como quebrados, en vez de polvillo, representando un mejor valor económico. Casi todos estos granos clasificados continúan manteniéndose como granos enteros, sin que se quiebren.

B.- VENTAJAS COMERCIALES

  • El arroz parbolizado pulido aumenta hasta 5 % en su peso, en el rendimiento general, en comparación con el mismo tipo de grano descascarado y pulido por un proceso común.

  • La cantidad que granos que se quiebran se reduce al 10% como máximo del total del rendimiento general del arroz al ser descascarado y pulido.

  • El arroz parbolizado consigue mejores precios, por su mayor poder nutritivo resultante de la introducción en el grano con cáscara de vitaminas, proteínas y minerales existentes en el germen y en polvillo por el proceso de parbolización.

  • Al aumentar el poder nutritivo, el arroz parbolizado posee otras ventajas sobre el arroz común, tales como:

    • Mejor aspecto debido a la eliminación de granos con panza blanca

    • Mejor conservación, pues ofrece mayor resistencia al ataque de insectos.

    • Mejores propiedades culinarias.

    • Mayor rendimiento de granos enteros durante su beneficio, produciendo mayor valor en venta en el mercado.

    • Es posible adquirir en el mercado tipos de arroz en cáscara más baratos, pues no importa que estén malos o dañados por la forma inadecuada del secado, puede que estén manchados o ardidos.

    • Durante el proceso de maceración y su posterior vaporización con aplicación de presión, el almidón contenido en el arroz se torna gelatinoso, se consigue así mismo eliminar la opacidad del grano, tiza, panza blanca, también se consigue mayor dureza después de seco, posibilitando a que se quiebren en una proporción mucho menor durante el proceso de pulimento.

C.- VENTAJAS SOCIALES

  • La principal ventaja social es la referida a la prevención de enfermedades como el beri-beri y otras causadas por la desnutrición, esto gracias a la mejora de la dieta común de la población, que disminuiría la tasa de desnutrición y además la de mortalidad. Reflejándose un mayor nivel de salud en la población.

  • Mejor accesibilidad al producto respecto al arroz blanco, esto por su menor precio, llegando así a hogares de menos recursos, principalmente en época de escasez donde parte del consumo de este cereal se desvía al consumo de verduras y legumbres.

  • Mejoras en los programas nacionales de distribución de alimentos, que brindarían este producto a los pueblos menos favorecidos.

  • Mejora del nivel industrial de los molinos de arroz, debido a los conocimientos y tecnologías adquiridas con este proceso que dan a este sector industrial ventajas apreciables para la inversión extranjera y negociación internacional.

  • Apertura de una nueva cadena comercial que involucra al arroz parbolizado y a sus subproductos, esto genera de por si inversión y mas trabajo para la población tanto profesional como no calificada.

4.- CONCLUSIONES

  • Bajo todos los criterios analizados el proceso resulta factible, e interesante.

  • De acuerdo a la investigación hay la necesidad de mejorar los rendimientos de arroz, elevando también su nivel nutritivo, lo cual se consigue con el proceso propuesto.

  • La capacidad de la planta de parbolizado de arroz cáscara es de 28,000 ton/año y para la planta de beneficio es de 19,600 ton/año.

  • La planta se ubicará en el valle Chancay (Lambayeque), zona apta para su desarrollo ya que cuenta con todos los suministros necesarios.

  • Representa una fuente de trabajo para nuestra región.

  • De acuerdo al tratamiento aplicado podemos decir que el funcionamiento de la planta no implicaría problemas de eliminación de desperdicios, ni tampoco la presencia de focos de contaminación ambiental en los alrededores.

  • El proceso de parbolización es independiente del clima, dado que uniformiza la calidad del grano (porcentaje de quebrado) sin interesar sus cualidades de recepción, lo que asegura un buen rendimiento tanto en épocas de sequía como de excesiva lluvia.

  • La evaluación económica del proyecto resulta atractiva y rentable bajo todo criterio.

  • Tomando en cuenta el costo total de fabricación el Costo del producto se a estimado en $ 0.35 /Kg.

  • En el Análisis Económico operando a 100% de la capacidad instalada y vendiendo el producto a $ 0.65 / Kg, se obtiene un retorno sobre la inversión después de los impuestos del 61.7 % en base a la utilidad neta y a la inversión total. El tiempo de repago de la inversión después de impuestos es de 1.5 años.

  • El precio de venta del producto asegura un nicho en el mercado regional ante la competencia con el precio de arroz blanco, y además da una clara ventaja para su futura expansión en el mercado nacional.

  • La tasa interna de retorno de la planta operativa al 100% es de 65.2 %; con un punto de equilibrio de 10.7 % de la capacidad.