UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS Departamento Académico Tecnología de Alimentos y Productos Agropecuarios Centro de Investigación y Capacitación en Tecnología Alimentaria y Agroindustrial – FDA
BEBIDAS CARBONATADAS
Dr. Américo Guevara Pérez Mg. Sc. Ing. Keidy Cancino Chávez
Lima – Perú
2015
Ing. M.Sc. Américo Guevara Pérez
TECNOLOGIA DE LAS BEBIDAS CARBONATADAS Dr. Américo Guevara Pérez
I.
DEFINICION Según la NTP – ITINTEC 2414-001 (1983), es el producto obtenido por disolución de edulcorantes nutritivos y gas carbónico en agua potable tratada, pudiendo estar adicionada de saborizantes naturales y/o artificiales, jugos de frutas, acidulantes, conservadores, emulsionantes, y estabilizantes, antioxidantes, colorantes, amortiguadores, agentes de enturbiamiento, antiespumantes, y espumantes. Todos los aditivos alimentarios deben ser los permitidos por la autoridad sanitaria.
II.
INGREDIENTES En el Cuadro 1 se presentan los diversos ingredientes que pueden incluir en su formulación.
2.1
AGUA -
Es el componente mayoritario, alrededor del 90%
-
Debe ser tratada, cuyo tratamiento dependerá de la naturaleza del agua.
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En el Cuadro 2 se presenta la relación que existe entre las impurezas del agua y los defectos de calidad según Varnam y Sutherland (1997), y en el Cuadro 3 los estándares químicos para el agua en la elaboración de refrescos. Los niveles de cloro aplicado en el agua pueden ser hasta de 4 mg/L, sin embargo, este contenido es Ing. M.Sc. Américo Guevara Pérez
excesivo y tiene que ser eliminado el exceso. Para ello se puede utilizar un lecho de carbón. Los nitratos deben ser inferiores a 4 – 5 mg/L para evitar problemas de corrosión en envases (barniz, estaño, laca). Se elimina mediante intercambio iónico. Requiere bajos niveles de oxígeno, 1 mg/L o menos. Se utilizan desaereadores que trabajan al vacío. CUADRO 1 : INGREDIENTES COMUNMENTE UTILIZADOS EN LA ELABORACION DE REFRESCOS CARBONATADOS. 1. Agua 2. Dióxido de carbono 3. Jarabe aromatizantes Zumo de fruta esencias extractos de hortalizas y de nueces extractos de hierbas azúcares sacarosa jarabe de glucosa jarabe de maíz (fructuosa) sacarina, aspartamo , acesulfama1 sorbitol y manitol acidulantes ácido ascórbico ácido cítrico ácido láctico ácido málico ácido tartárico ácidoacético3 Ing. M.Sc. Américo Guevara Pérez
ácido fosfórico3 colorantes se eutilizan muchos entre ellos: tartracina, amarillo quinolina y sunset yelow conservantes ácido benzoico 4-hidroxibenzoato de metilo 4-hidroxibenzoato de etilo 4-hidroxibenzoato de propilo ácido sorbórico dióxido de azufre antioxidantes ácido ascórbico hidroxianisol butilado hidroxitolueno butilado palmitato de ascorbilo y sus sales tocoferoles naturales y sintéticos emulsionantes proteínas ésteres de la sacarosa estabilizantes extracto de quillay goma de guar espesantes goma de guar espumantes extracto de quillay extracto de yuca 1 Bebidas bajas en calorías 2 Bebidas dietéticas 3 No autorizado en comminuted citrus drinks 4 No autorizado en los países de Europa continental. Fuente : Varnam y Sutherland (1997)
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CUADRO 2 : RELACIONES ENTRE LAS IMPUREZAS DEL AGUA Y LOS DEFECTOS DE CALIDAD EN LOS REFRESCOS CARBONATADOS. Toda agua utilizada debe ser potable y no tener ningún efecto adverso sobre las características o sobre la calidad del producto final. Impureza Norma Defecto Gusto insípida mal sabor Olor inodora mal olor y sabor Color unidades hazen mal color y sabor 1 Turbidez 1 mg./L mal color y sabor Sedimento ausencia sedimento, mal olor y sabor Cloro libre 0.05mg/L mal sabor Manganeso 0.3 mg/L mal sabor, sedimento Plomo 0.1mg/L tóxico Cobre 0.5mg/L tóxico Flúor 2.0mg/L dientes manchados 2 Nitrato 10mg/L posible enfermedad en niños pequeños, dañando las latas (barnices) 2 Nitrito 1mg/L posible enfermedad en niños pequeños, formación de nitrosaminas. 1 Medido usando tierra de Fuller como referencia 2 Expresado como nitrógeno Fuente: Varnam y Sutherland(l997)
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CUADRO 3 : ESTANDARES QUIMICOS PARA EL AGUA EN LA ELABORACION DE REFRESCOS Parámetro Nivel máximo permitido (mg/L) Sólidos totales en sidolución 500 – 850 Alcalinidad (como CaCO3) 50 Cloruros 250 – 300 Sulfatos 250 – 300 Hierro 0 – 0.3 Aluminio 0 – 0.2 Fuente: Varnam y Sutherland(1997) Mayores detalles tratamiento del agua y agua embotellada. 2.2
DIOXIDO DE CARBONO (CO2) -
-
2.3
Se emplea generalmente bajo la forma de gas licuado su P. M.. es 44.21 Puede obtenerse a partir de fuentes naturales; o de la mezcla gaseosa procedente de la combustión del COK, haciéndolo pasar por columnas de absorción en las que se fija el CO2 en forma de bicarbonato. Su efecto es como: Conservador. Su efecto se debe a que desplaza el oxígeno. Influye en los caracteres sensoriales, aumentando la acción refrescante de muchas de ellas. Su acción hiperhémica que acelera la absorción de otras sustancias a través del epitelio intestinal.
JARABE -
Los jarabes son soluciones acuosas poco fluidas que llevan en disolución azúcar y un vehículo que puede ser Ing. M.Sc. Américo Guevara Pérez
el agua destilada o agua tratada, simple o medicinal. Existen diversos tipos de jarabes: -
Teniendo en cuenta su uso y acción terapéutica Simples : Solución de azúcar en agua Aromático: Contiene un aceite esencial como componente y no tiene actividad terapéutica, es usado como vehículo y correctivo. Medicinal: Contienen principios activos de acción terapéutica definida.
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Teniendo en cuenta su preparación: Por simple solución donde puede o no tener ingredientes activos el vehículo donde se disuelve el azúcar. Por adición de ingredientes activos o de un líquido mediacamentoso al jarabe simple. Obtenido por percolación o lixiviación. Obtenido por adición de extractos especiales al Jarabe Simple. Obtenido por mezcla de otros jarabes.
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La preparación es simple, se hace en tanques de acero inoxidable dotados con agitadores.
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Se debe proteger de posibles contaminaciones microbiana
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Esta permitido el T.T. con fines de sanitización .
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Los insumos más utilizados para bebidas gaseosas son:
A. EDULCORANTES -
Es el segundo principal constituyente de la bebida.
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Su contribución radica en : Suministrar cuerpos que ayudan a portar el sabor. Proporciona valor alimenticio a la bebida si se usa edulcorantes naturales. Mantiene su estabilidad en presencia de muchas sustancias químicas .
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El dulzor relativo se define en relación al de la sacarosa que se asigna el valor 1. El dulzor relativo varia de acuerdo con la concentración y con otros factores, así como el método empleado en su determinación. Los valores asignados al dulzor relativo deben considerarse únicamente orientativos.
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En el Cuadro 4 se presenta el uso de edulcorantes, propiedades y limitaciones.
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Los refrescos bajos en calorías se edulcoran mediante una mezcla de sacarina y de ciclamato.
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Cuando se usan edulcorantes sintéticos, para darle cuerpo a la bebida deben adicionarse gomas, o aumentar el nivel de carbonatación. Ing. M.Sc. Américo Guevara Pérez
2.4
AROMATIZANTES -
Los sabores generalmente utilizados son extractos de alcoholes, emulsiones, soluciones alcohólicas, cafeína y como zumos de frutas que se aplican como zumo o como esencia.
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La concentración de ser esencias puede estar en el orden de 0.015%, pero además imparten aroma y sabor el agua, la carbonatación y la acidez.
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Las esencias pueden ser naturales o artificiales Las esencias naturales de los cítricos se componen mayormente de aceites esenciales donde el limoneno (hidrocarburo) constituye mas del 90 del aceite (aunque no se le considere que aporte aroma). Los aromatizantes se pueden obtener por maceración – lixiviación y destilación -decantación, extracción con CO2 líquido.
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2.5
Las emulsiones se preparan emulsificando aceites esenciales con gama arábiga y mezclando con un jarabe espeso de azúcar o glicerina y rozando la mixtura por un homogenizador.
ACIDULANTES -
Los ácidos se emplean para impartir un sabor agrio, que neutraliza el dulzor (balance azúcar-ácidos) y hace resaltar el sabor, y para contribuir con la conservación. Ing. M.Sc. Américo Guevara Pérez
2.6
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Las bebidas carbonatadas contienen ácido carbónico, formado a partir del CO 2 siendo responsable del cuerpo, gusto y picor
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En el Cuadro 5 se presentan los diversos ácidos que se pueden utilizar. Recuerde que su naturaleza química hace que tengan características diferentes en el sabor.
COLORANTES -
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Caramelo: color. vegetal, se elabora quemando azúcar de maíz, usualmente con un catalizador como las sales de amonio Colorantes artificiales alimenticios pertenecen a un grupo de tintes artificiales inocuos para la salud, deben ser permitidos por la legislación. Son producidos por reacciones químicas.
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Generalmente se usan entre 20 – 70 mg/L. debido a su alto poder aromático.
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Los colorantes azoicos (artificiales) son los más empleados , debido a su estabilidad y a su alta capacidad aromática.
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Los colorantes artificiales cada vez están siendo más restringidos.
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Los colorantes naturales representan una alternativa: Bixina, antocinina, curcumina, ácido carmínico El problema es su estabilidad y su costo.
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En el Cuadro 6 se presentan los colorantes más utilizados en refrescos. Ing. M.Sc. Américo Guevara Pérez
2.7
CONSERVADORES QUIMICOS -
Son compuestos químicos que contribuyen con la conservación asegurando su estabilidad con el tiempo.
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Su acción en la célula microbiana es: Influye sobre la pared celular y/o membrana celular. Influyen sobre la actividad enzimática pueden inhibir la síntesis de proteínas o ácidos nucleicos. Influyen sobre la estructura genética del protoplasma.
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2.8
Los conservadores bloquean determinada acción enzimática y la síntesis de encimas en la pared celular. La mayoría tiene gran facilidad para ingresar ala célula en forma no ionizada R – COOH
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En el Cuadro 7 se presentan los conservadores más utilizados en la preparación de refrescos según Varnam y Sutherland (1997).
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Se debe recordar no obstante el uso de estos compuestos químicos, se debe mantener la higiene en planta-equipos, utensilio , etc. y trabajar con BPM.
ANTIOXIDANTES -
Para evitar oxidaciones, se incorporan compuestos liposolubles, antes de iniciar la emulsión.
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El ácido ascórbico se emplea para proteger a los compuestos sensibles de la fase acuosa.
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2.9
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El hidroxianisol y el hidroxitolueno butilados, se utilizaron, en la actualidad están restringidos.
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Se emplean extractos naturales ricos en tocoferales, tocoferales sintéticos y el palmitato de ascorbilo y sus sales. Estos dos últimos son sinérgicas y por lo tanto se usan combinados.
EMULSIONANTES ESTABILIZANTES Y AGENTES DE TURBIDEZ. -
Las emulsiones se emplean para : Proporcionar turbidez (emulsiones neutras) y/o aroma (emulsiones aromatizantes)
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La fase lipídica suele estar compuesta por un aceite esencial de cítrico que contiene un agente enturbiante liposoluble.
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La fase acuosa consiste en una solución de goma arábiga o de un hidrocoloide de propiedades similares.
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Se tiene que formar una emulsión de aceite en agua, para ello se emplea un homegenizador.
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La estabilidad y la turbidez óptimas se consiguen con gtículas de 1-2 um. de diámetro.
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El agente de turbidez debe contribuir a la opacidad pero sin afectar a la estabilidad causando un decremento o una separación de fases y no debe tener efectos sobre el color, olor o sabor.
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Los estabilizantes se emplean para: Ing. M.Sc. Américo Guevara Pérez
Aumentan la viscosidad y mejoran el cuerpo de la bebida. Se usan: alginatos carragenatos, pectinas y diversas gamas (de guar, CMC), el extracto de quillay también tiene propiedades estabilizantes pero se emplea como espumante. 2.10 ESPUMANTES -
Cuando se desea una superficie espumosa como en las kolas se emplean: Saponinas.
III. FLUJO DE OPERACIONES PARA OBTENER BEBIDAS CARBONATADAS En la Figura 1 se presenta el flujo de operaciones para elaborar refrescos carbonatados. -
Los tratamientos del agua ya fueron discutidos . Respecto a la desaireación se realiza con el objeto de facilitar la carbonatación y llenado, y para mejorar la calidad sensorial de la bebida. Con bajos niveles de aire las presiones parciales que hay que vencer para disolver el CO2 es menor y los problemas de espumado debido al gas que escapa durante el llenado son menores. Niveles altos de aire hacen que el CO2 escape deprisa al dispensar la bebida quedando un producto con poco gas o insípida.
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Generalmente el oxígeno se reduce desde 8-9 mg/L a 1 mg/L o menos. Los equipos trabajan al vacío o mediante el desplazamiento utilizando CO2. -
La preparación del jarabe consiste en mezclar los ingredientes, el que dependerá de la formulación y de la tecnología con la que se cuente.
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La filtración tiene como objetivo separar cualquier partícula indeseable. Se realiza en filtros prensa o en otros equipos disponibles.
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Tratamiento térmico. Es práctica común, el objeto es inactivar ala posible carga microbiana.
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ENFRIADO. Tiene como objeto evitar el sobrecalentamiento, contribuir con el choque térmico y facilitar las operaciones posteriores.
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MEZCLADO. Se mezcla el jarabe con el agua.
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ENFRIAMIENTO Y CARBONATACION: La carbonatación viene a ser la saturación con CO2 gaseoso. En instalaciones antiguas se empleaba el método del prejarabe que consiste en introducir por separado el agua carbonatada y el jarabe azucarado en los envases. En instalaciones artesanales, se prepara el jarabe y se incorpora a los envases y se lo lleva al equipo carbonatador donde ingresa agua y CO2.
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En instalaciones modernas, el jarabe, el agua y el CO2 gaseoso se combinan en la proporción adecuada antes de ser transferido hacia la máquina llenadora, es decir la bebida final se forma antes del envasado. El mejor método para dosificar es mediante el FLUJOMETRO MAGNÉTICO. Los volúmenes de CO2 varían por ejemplo para frutas 1 volumen de CO2 ginger bur y bebidas que contienen alcohol. 2-3, bebidas para mezclas 4-5, agua de soda 6 vol. Envases PET requieren mayores niveles que los de vidrio para compensar las pérdidas. -
Un aparato carbonatador tiene como objetivo conseguir un íntimo contacto entre el CO2 gaseoso y el líquido a ser carbonatado. Los factores que determinan el grado de carbonatación son:
La presión del sistema. La Tº del líquido Tiempo de contacto Area interfacial entre el líquido y el CO2 Afinidad del líquido por el CO2 Presencia de otros gases.
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La Tº entre 2-6ºC evita el uso de presiones muy latas cuando se carbonata hasta altos niveles a la vez que tiene ventajas en el embotellado.
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ENVASADO. Las bebidas se envasan en botellas (retornables o no, PET, en hojalata, en vidrio, etc.
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Fig. 1 : FLUJO DE OPERACIONES PARA ELABORAR REFRESCOS CARBONATADOS.
PREPARACION DEL JARABE
TRATAMIENTO DEL AGUA
FILTRACION
DESAIREACION DEL AGUA
TRATAMIENTO TERMICO ENFRIADO MEZCLADO ENFRIAMIENTO Y CARBONATACION ESPERA EMBOTELLADO LIMPIEZA EMBALAJE ALMACENAJE
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