Diseño y construcción de una máquina empacadora y selladora al vacío

Resumen

TITULO:

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA EMPACADORA Y SELLADORA AL VACÍO MANUAL PARA POLLO.*

AUTORES:

JUAN SEBASTIAN LEÓN BECERRA

JULIAN DAVID MURCIA PEÑA **

PALABRAS CLAVE:

Empaque, vacío, termosellado, conservación de alimentos.

Descripción

En el presente trabajo de grado se diseña y construye una máquina empacadora al vacío de cámara tipo mesa, convirtiéndose en una propuesta innovadora debido a su tamaño y precio, que la hacen viable económicamente para las medianas empresas y/o pequeñas que busquen expandir sus productos alimenticios.

Se desarrolla esta máquina desde el diseño conceptual, evaluando los diferentes conceptos para después seleccionar el que mejor se adecua a la necesidad, a continuación se hace una división por subsistemas para abordar el diseño de detalle de cada uno de éstos.

Se presenta la selección y el análisis del sistema de vacío así como la implementación con el sistema de control, la selección y montaje de los componentes necesarios en el sistema de termosellado. Finalmente, se muestran los cálculos ingenieriles requeridos como la resistencia y rigidez de la estructura, utilizando para ello métodos teóricos y simulaciones en software CAE.

Se aplica una metodología de evaluación del sellado y del nivel de vacío mediante el uso de pruebas microbiológicas y físico-químicas, que sirven para determinar la extensión en la vida útil de un producto, en este caso, pollo.

Por último se dan las recomendaciones de uso y mantenimiento de la máquina para la lectura por parte del usuario final.

ABSTRACT

TITLE:

DESIGN AND CONSTRUCTION OF A MANUAL PACKAGING AND SEALING VACUUM MACHINE FOR MEAT POULTRY.*

AUTHORS:

JUAN SEBASTIAN LEÓN BECERRA

JULIAN DAVID MURCIA PEÑA **

KEYWORDS:

Packaging, vacuum, heat sealing, food conservation.

DESCRIPTION:

In the present degree project it is designed and constructed a vacuum packaging machine of table type, becoming an innovative proposal due to its size and cost that makes it an economically viable alternative for the middle size enterprises or the small ones who are seeking for product expansion.

This machine is developed from the conceptual design, evaluating the different concepts and then selecting the one who best fulfill the necessity; later the machine is divided into subsystems to perform the detailed design of each one of those.

It is shown the selection and analysis of the vacuum system, also the implementation with the control system; the selection and assembly of the needed components for perform the heat sealing. Finally it is shown the required engineering calculations, such as the resistance and rigidity of the structure, by using theoretical methods and CAE simulations.

An evaluation methodology has been applied to the heat sealing and the vacuum level, through the use of microbiological tests that determines the extension in the product life, in this case, meat poultry.

Lastly usage and maintenance recommendations are given for the future lecture by the final user.

* Degree Project

** Faculty of Physical-Mechanical Engineering, Mechanical Engineering School, Director: Msc Omar Armando Gelvez

Introducción

A nivel mundial la industria de los alimentos se encuentra en constante crecimiento, por lo que la exigencia en la calidad de los procesos y en los productos se hace cada vez mayor, especialmente aquella relacionada con la calidad higiénica de los mismos.

La principal desventaja en la comercialización de productos alimenticios, se ha relacionado con el tiempo de vida útil de estos. Este tiempo de vida útil o de caducidad depende de la velocidad de deterioro de la mayoría de estos productos. Deterioro debido en su mayoría a contaminantes en cualquiera de las etapas del proceso (desde el momento en que se eligen las materias primas hasta la distribución y almacenamiento de los mismos) que finalmente pueden afectar en distintos grados la salud de los consumidores.

Con el advenimiento de la revolución industrial y la aparición de nuevas tecnologías de conservación, se han venido desarrollando métodos como la refrigeración para prolongar aún más la vida útil de productos altamente perecederos dentro de los que se encuentran los productos cárnicos crudos.

En la actualidad, la innovación tecnológica ha llevado al desarrollo de novedosas maquinas, materiales y procesos de manufactura para preservar y conservar alimentos. Dentro de estas tecnologías se destacan las maquinas empacadoras al vacío, las cuales permiten prolongar la vida útil de los alimentos, de forma segura, rápida y confiable, mediante la eliminación casi total del aire dentro del envase y un sellado hermético del mismo.

Este sistema previene la re-contaminación de los alimentos brindando una barrera protectora contra la humedad, la luz y cierto grado de aislamiento térmico. De igual forma inhibe el crecimiento de microorganismos y bacterias aerobias muchas veces patógenas como por ejemplo, Listeria, Salmonella, Escherichia coli, Yersinia, Staphylococcus y bacterias anaerobias como Clostridium botulinum E. que generan grandes problemas en los consumidores de alimentos perecederos. Adicionalmente, este tipo de empacado de alimentos, permite a las empresas poder transportar y comercializar con mayor seguridad sus productos sin perder la calidad de los mismos. De la misma forma impulsa el desarrollo de empresas y microempresa del sector de los alimentos al consolidar la imagen corporativa mediante un empaque más atractivo e inocuo.

Lo anteriormente mencionado lleva a plantear como objetivo del presente trabajo de grado, la construcción de una máquina empacadora al vacío que sea funcional, fácil de operar, que se acomode a la producción diaria y además proporcione un empaque fuerte y con la hermeticidad debida para asegurar la inocuidad de los productos empacados.

Descripción del problema

IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA

La empresa Pluma Roja se encuentra situada en la ciudad de Bogotá, con dirección transversal 79 A # 86-03. Se dedica a la venta y distribución de gallina criolla colombiana por mayor y detal, su comercialización promedio son ochenta gallinas diarias.

Con una experiencia de cinco años, la empresa Pluma Roja ha demostrado que la gallina criolla es un producto que tiene mayor demanda en épocas especiales como lo son el día del padre, de la madre, semana santa, navidad, día del amor y la amistad y en los cumpleaños; no obstante, la empresa funciona todo el año, por este motivo se ve obligada a buscar una alternativa que le permita prolongar la vida de su producto sin cambiar sus características que lo distinguen como un producto fresco, sano y natural, sin aditivos químicos ni preservantes.

De seguir esta situación la empresa no podrá aumentar sus ventas ya que sus clientes (Surtidores de tiendas y supermercados) tienen el riesgo de perder su producto, además la empresa no podrá cumplir con su visión de expandirse en otras regiones del país. La empresa quiere ofrecer al consumidor un producto más innovador que se acople al actual ritmo de vida, pero también debido a la gran diversidad necesita atraer su atención, por este motivo el diseño en los envases adquieren un papel igual o más importante que el propio producto. Una forma de lograr esto es por medio de la conservación y para ello se decidió diseñar y construir una máquina empacadora y selladora al vacío.

JUSTIFICACIÓN PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA

Una máquina empacadora al vacío permitirá a la empresa prolongar la vida útil de los alimentos, garantizando higiene, calidad e inocuidad de los mismos. Debido a la capa protectora exterior, los alimentos no se deshidratan y mantienen la humedad natural, además se reducen espacios en almacenamiento y se minimiza la alteración del producto. El empaque al vacío mejora la imagen corporativa de la empresa.

OBJETIVOS DEL TRABAJO DE GRADO

Objetivos Generales

• Contribuir con la misión de la escuela de ingeniería mecánica a la construcción, aplicación, divulgación del conocimiento y transferencia de tecnologías aplicadas a la conservación de alimentos, mediante el fortalecimiento de las relaciones universidad empresa.

Objetivos Específicos

• Diseñar y Construir una máquina empacadora y selladora al vacío de tipo cámara de vacío de mesa, con las siguientes características:

• Por medio de pruebas microbiológicas referentes a la inocuidad de los alimentos, encontrar la vida útil del producto envasado al vacío.

Alimentos y su conservación

Los alimentos son sustancias ingeridas por los seres vivos que aportan los nutrientes, vitaminas y sales minerales necesarias para vivir, además algunos proporcionan placer consumirlos. Actualmente la industria alimenticia es una de las más grandes a nivel mundial. En los últimos 40 el crecimiento en las exportaciones de alimentos a nivel global ha alcanzado un incremento de un 400%. Crecimiento que ha llevado a la búsqueda e implementación de tratamientos para aumentar el tiempo que tarda un alimento en comenzar a degradarse perdiendo sus propiedades nutrimentales "vida útil".

De acuerdo a ese tiempo de duración, los alimentos se pueden clasificar en alimentos perecederos, semi-perecederos y no perecederos. Siendo los alimentos perecederos los de mayor interés por su gran susceptibilidad a agentes contaminantes externos que deterioren su calidad alimenticia conllevando perdidas económicas y contratiempos en los procesos de transporte y comercialización.

Los factores contaminantes, que pueden llevar a cualquier alteración de las propiedades del alimento haciéndolo no apto para el consumo humano se pueden clasificar en tres grandes grupos:

• Contaminantes Físicos: cualquier alteración generada por objetos o partículas extrañas no propias del alimento, por ejemplo esquirlas de vidrio, partículas metálicas, madera, hilos, insectos, etc.

Contaminantes Químicos: Cualquier sustancia química que altera un producto y que no está aprobado como aditivo son fuente de contaminación química. Estos contaminantes pueden ser tóxicos o alérgenos entre otros. Adicionalmente la exposición al oxigeno puede causar el deterioro de muchos alimentos debido a la oxidación de los lípidos y otros componentes sensibles al este, facilitando el crecimiento de bacterias aeróbicas, mientras que inhibe las bacterias estrictamente anaeróbicas.

• Contaminantes Biológicos: Presencia de microorganismos patógenos, este tipo de contaminación es la más usual de todas y puede presentarse en cualquier etapa del consumo del alimento. El crecimiento microbiano depende de muchos factores: la carga microbiana inicial, la concentración de gas, la permeabilidad del empaque y la temperatura.

MÉTODOS DE CONSERVACIÓN Y VIDA ÚTIL DE ALIMENTOS

La calidad higiénica es la parte más importante en la comercialización de alimentos, ya que pueden contener o desarrollar microorganismos que pueden afectar la salud de la persona que lo consuma. Los microorganismos se pueden encontrar en el medio ambiente, en nosotros mismos y en todos los seres vivos.

Los alimentos se pueden deteriorar por tres grupos de microorganismos: bacterias, levaduras y mohos. El deterioro ocurre de dos formas: en forma saprofita, donde crecen en el alimento y afectan las propiedades organolépticas y al producirse toxinas que afectan la salud de los consumidores[1]

Adicionalmente, al deterioro causado por microorganismos se encuentran otros factores que intervienen en la pérdida de la calidad original y en el deterioro de un alimento como lo son: la exposición a la luz solar (influye en la pérdida de vitaminas y en el enranciamiento de las grasas), el contacto con el oxígeno del aire, la temperatura (puede destruir, inactivar o hacer que se reproduzcan rápidamente los gérmenes), el grado de humedad (favorece o impide el desarrollo bacteriano y el enmohecimiento) y de acidez (permite minimizar la pérdida de ciertas vitaminas).

En la búsqueda de la reducción del efecto de estos factores han aparecido métodos que logran reducir, controlar o modificar los agentes contaminantes en un alimento logrando aumentar su fecha de caducidad y/o disminuyendo el riesgo de consumo. Según su naturaleza se puede dividir en métodos físicos y químicos. En los métodos físicos están la deshidratación, irradiación, conservación por calor, por frío y por atmósfera modificada. La escogencia de un tipo de estos dependerá del alimento y de las condiciones de almacenaje y consumo preferentes.

Mediante calor. Los métodos de conservación por calor son Pasteurización y la esterilización. Métodos que utilizan altas temperaturas a diferentes intervalos de tiempo en donde se limpian las superficies del alimento y de las superficies que tienen contacto con los alimentos mediante la inyección de vapor de agua a presión.

Mediante frío. Al disminuir la temperatura se consiguen también beneficios como la reducción de la tasa de oxidación del alimento. Dependiendo de la temperatura alcanzada se clasifican: en refrigeración (entre 2 y 8°C), congelación (menores a -18°C) y ultra congelación (entre -35 a -150°C).

Por deshidratación. Cualquier método donde se retire parcialmente agua del alimento ya sea en condiciones ambientales naturales o por corrientes de aire.

Irradiación. Procedimiento mediante el cual se aplican en el alimento radiaciones gamma que lo ionizan. Este método es muy eficaz debido a la prolongación de la vida útil en las mejores condiciones, aunque requiere de un estricto control.

Por Atmósfera modificada. Cualquier proceso que altere la atmósfera que rodea a un producto es de atmósfera modificada, el empacado al vacío es el más popular de éstos. Para productos cárnicos se inyecta nitrógeno que sirve para retrasar la oxidación, rancidez e inhibir la proliferación de microorganismos aeróbicos y el dióxido de carbono que es soluble en agua y lípidos se usa para controlar las bacterias (aerobias y anaerobias), en grupos selectivos.

Métodos químicos. Los métodos químicos más empleados en la conservación de alimentos, incluyen la utilización de aditivos, la salazón, la adición de azúcar, La acidificación y el ahumado. Estos procesos impiden el desarrollo de gérmenes.

ESTIMACIÓN DE VIDA ÚTIL DE UN ALIMENTO

La vida útil de un alimento representa aquel periodo de tiempo durante el cual un alimento conserva apto bajo condiciones óptimas de almacenamiento y conservación para el consumo desde el punto de vista sanitario, manteniendo las características sensoriales, nutricionales, microbiológicas y fisicoquímicas por encima de los límites de calidad previamente establecidos como aceptables[2]

Una parte importante en el manejo de un alimento es la calidad sanitaria[3]Razón por la cual se deben tener en cuenta diferentes variables en la determinación de la vida útil de un alimento, variables que van desde el momento en que se eligen las materias primas hasta la distribución y almacenamiento de los mismos[4]ya que durante el almacenamiento pueden proliferar los microorganismos que disminuyen la vida útil del alimento. Actualmente dentro de la terminología del procesamiento moderno estos factores son orientados en el concepto de HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point), donde se comprende una metodología del control de calidad que apunta a asegurar una "alta calidad". Estos factores son críticos pero su relativa importancia se encuentra en la parte sensorial. Las condiciones organolépticas o sensoriales son también un aspecto importante en la vida útil de los alimentos ya que de esta depende la aceptación de los mismos por parte del consumidor4.

Un estudio de vida útil consiste en realizar una serie de controles preestablecidos en el tiempo, a un lote almacenado bajo condiciones seleccionadas de acuerdo con una frecuencia establecida, hasta alcanzar el deterioro elegido como limitante o hasta alcanzar los límites prefijados por las leyes sanitarias[5]

La estimación de la vida útil de un producto alimenticio, se realiza normalmente mediante análisis microbiológicos, fisicoquímicos y sensoriales en periodos cortos, ya que las características sensoriales del producto son las variables que determinan la aceptabilidad por parte del consumidor.

Pruebas organolépticas. Durante mucho tiempo se han venido empleando las llamadas "pruebas organolépticas" para la determinación subjetiva de la calidad de una comida. Si bien se han desarrollado otros métodos más objetivos y de ahí más exactos, no por eso ha decaído el uso de estos "paneles" ya que son imprescindibles para establecer la relación entre las medidas instrumentales y las reacciones humanas. Se usan dos tipos de "pruebas" para personas expertas y para personas inexpertas. En las primeras se pueden detectar cambios muy específicos en la textura, jugosidad, color y sabor por medio de experimentos controlados. Y en las segundas se miden las reacciones del sujeto frente a un producto determinado. Sin embargo, aquellos productos que contengas alcaloides y en especial las bebidas alcohólicas, deben se probadas por personas expertas[6]

En las "pruebas organolépticas" se usan distintos métodos para medir la intensidad de parámetros que se valora: color, olor, sabor, textura y apariencia. En unos se emplean escalas numéricas de preferencia, en otros se hacen apreciaciones menos exactas empleando vocablos convencionales10.

Pruebas fisicoquímicas La composición química de la carne de aves influye notablemente en el crecimiento de toda clase de bacterias y muy especialmente, de las productoras de alteración. La carne de aves es una buena fuente de proteínas, vitaminas (Tiamina, Niacina, Riboflavina) y sales minerales, lo que, unido a que posee una actividad de 0.98-0.99 y un pH comprendido entre 6.2-6.4, hace que sea un medio inmejorable para el crecimiento de bacteriano[7]

El pH muscular del animal recién sacrificado es de aproximadamente 6,8-7,2. Después de la muerte el pH disminuye, debido principalmente a la escisión enzimática continua del glucógeno muscular (proceso regresivo de naturaleza anaerobia, que da lugar a la formación y acumulación de ácido láctico).

De 3 a 6 horas después de la muerte, el pH desciende alrededor de 6,5 y en el plazo de 12-18 horas alcanza nivel más bajo de 5,4 a 5,8. La velocidad del proceso de acidificación es función de la temperatura: -Las temperaturas bajan lo retrasan y por lo tanto la variación del pH depende de la cantidad de glucógeno muscular en el momento de la muerte.

Terminado el proceso de acidificación, vuelve a elevarse lentamente el pH del musculo debido a los procesos de maduración. En estos procesos también depende de la temperatura: -La maduración tiene lugar a temperaturas de 0 a 2oC en 6-14 días. Cuando el pH alcanza valores de 6,2-6,4 se sospecha de una alteración y cuando a 6,5-6,7 los signos de descomposición son evidentes

Se puede considerar satisfactorio el pH a las 24 horas post mortem, con un valor de 5,4 a 6,0. Valores superiores a la segunda cifra permiten considerar la carne de máxima calidad[8]

Pruebas microbiológicas La carne de pollo es un alimento frecuentemente implicado en brotes y toxiinfecciones alimentarias.

Realizar una evaluación a nivel microbiológico en el producto, es de gran importancia ya que puede indicarnos la calidad, el grado de higiene de los procesos y el mantenimiento o no de la cadena de frio; en este proyecto se hace con el fin de predecir la vida útil del producto.

En Colombia los requisitos microbiológicos del pollo beneficiado, se encuentran estipulados en la Norma Técnica Colombiana NTC 3644-2 (Tabla 1).

Tabla 1. Requisitos microbiológicos del pollo beneficiado

n: número de muestras por examinar

m: índice máximo permisible para identificar nivel de buena calidad

M: índice máximo permisible para identificar nivel aceptable de calidad

c: número máximo de muestras permisibles con resultados entre m y M

Fuente: Norma Técnica Colombiana NTC 3644-2[9]

El grupo de microorganismos llamados Coliformes, pertenecen a la familia Enterobacteriaceae. Estos microorganismos son de forma bacilar, aeróbicos y anaeróbicos facultativos, no forman esporas y fermentan la lactosa con producción de ácido y gas a 35°C dentro de 48 horas. A este grupo pertenecen bacterias del género: Escherichia, Enterobacter, Citrobacter, Serratia y Klebsiella. Las dos fuentes principales de Coliformes son los desechos humanos, animales y el ambiente[10]

Los Coliformes fecales fermentan lactosa con producción de ácido y gas en 24 horas a temperaturas entre 44 – 46 °C. Más del 90% de los Coliformes fecales son del genero Escherichia, usualmente Escherichia Coli 10.

La bacteria Escherichia Coli constituye aproximadamente un 10% de los microorganismos intestinales del hombre y de animales de sangre caliente y debido a esto se ha utilizado como indicador microbiológico de contaminación fecal 11.

Las bacterias "Salmonella", son bacilos en forma de bastoncillo, puede causar enfermedades diarreicas en los humanos. Viven en el tracto intestinal de los humanos y otros animales, incluyendo las aves. Esta bacteria es transmitida usualmente a los humanos por medio del consumo de alimentos contaminados con heces de animales. Esta bacteria se reproduce a temperaturas entre los 5–47°C con un crecimiento optimo a los 37°C. En los alimentos congelados, el número de Salmonellas viables se reduce lentamente a medida que decrece la temperatura de almacenamiento.[11]

El Clostridium sulfito reductor, es un bacilo largo, anaerobio, que forma esporas subterminales. Estas esporas son altamente resistentes pudiendo sobrevivir en alimento incorrectamente procesados.Produce una potente neurotoxina de la que existen siete tipos A, B, C, alfa, D, E, F y G. Es posible dividir a los organismos en cuatro tipos (I a IV) según la toxina que producen y su actividad proteolítica[12]

Staphylococcus aureus, son células esféricas, algunos son propios de la flora microbiana humana y otros son altamente patógenos. Crecen con facilidad sobre casi todos los medios bacteriológicos en condiciones aerobias o anaerobias facultativas. Se desarrollan con mayor rapidez a una temperatura de 37°C sin embargo su pigmento lo hace mucho mejor a temperaturas de 20-25°C.[13]

La carne de mamíferos, de aves y pescado, son un medio apto para su multiplicación, la cual se da rápidamente entre 2 a 4 horas aproximadamente[14]

Listeria Monocytogenes, son microorganismos coco-bacilos, anaerobios facultativos y no esporulados, soportan altas concentraciones de sal y pueden multiplicarse relativamente rápido a temperaturas por debajo de los 0°C. Este microorganismo también sobrevive a la congelación y a la deshidratación. Resiste presiones osmóticas relativamente elevadas[15].

Es frecuente encontrar estos microorganismos en carnes rojas y pollos crudos, debido a que se derivan de las heces animales y humanas, de aguas residuales, el suelo y en general el ambiente. Para tener un buen control de esta bacteria en los alimentos es necesario conservarlos en refrigeración a temperaturas entre los 0 y 4°C.

Conservación de alimentos cárnicos crudos "pollo"

La popularidad y el consumo de la carne de aves ha aumentado globalmente en los últimos años[16]Este incremento en el consumo puede ser atribuido a las características sensoriales deseables y a las características que los asocian como un producto más "saludable" que las carnes rojas. Como la carne de pollo es un producto altamente perecedero, debido a su composición biológica el alto consumo de carne de aves conlleva una preocupación pertinente a la seguridad del producto, vida útil y calidad.

En la conservación del pollo los métodos de conservación mediante el uso de frío junto con el uso de aditivos son los más extendidos. La congelación se considera que es un proceso excelente para preservar la calidad del alimento para una vida útil prolongada sin deterioro de la calidad debido a los microorganismos y algunos procesos bioquímicos, aunque la congelación también es un excelente medio de preservar microorganismos que ya están presentes en el alimento. Además, está bien establecido que la oxidación de lípidos y el deterioro del color se producen durante la congelación y el almacenamiento de productos congelados, por ejemplo, la oxidación rancia en el pescado congelado y carnes y el deterioro del color en carnes crudas congeladas.

La temperatura de almacenamiento de los productos de pollos comerciales deben ser bajo la norma NTC 3644 de: – 2°C a 2°C, para productos refrigerados y de – 18 °C o inferior, para productos congelados ambas temperaturas tomadas en el interior de la masa muscular.

El empacado al vacío en alimentos congelados pretende minimizar los procesos de deterioro incluyendo cambios químicos y microbiológicos, y es ampliamente utilizado en muchos tipos de alimentos, en particular en la comida preparada. Sin embargo, el éxito del envasado al vacío combinado con la tecnología de congelación está influenciado por la naturaleza del alimento, el tipo de empaque, y el proceso de congelación.

El desarrollo del procesamiento de alimentos y la tecnología de preservación son necesidades patentes en este mundo. Una máquina empacadora al vacío permitirá prolongar la vida de los alimentos, consolidar la imagen corporativa, mediante un empaque más atractivo al consumidor, y de esta forma generar el desarrollo de la microempresa en el sector alimenticio.

Métodos de empaque para conservación de alimentos

Con el advenimiento de la revolución industrial y la aparición de nuevas tecnologías como la refrigeración, fue posible prolongar aún más la vida útil de productos altamente perecederos como lo es la carne cruda de aves. Actualmente la innovación en nuevos materiales y procesos de manufactura han permitido la creación de empaques plásticos, bolsas coextruidas con diferentes materiales.

Las funciones del empaque de los alimentos pueden ser divididas en cuatro áreas:

• Contención (ello no implica necesariamente su protección),

• Información (puede incluir información del tipo nutricional, fechas aptas del consumo y cualquiera requerida por la ley),

• Conveniencia (facilidad de su uso y estética),

• Protección (La característica más  importante de un empaque; protege al producto de microorganismos, roedores, insectos, polvo, contaminación externa, humedad, luz y oxígeno).

La selección del empaque adecuado depende de muchos factores como por ejemplo: el producto a empacar, el proceso de entrega, el costo del empaque, la protección que brinda, etc. Sin embargo es de recomendación, utilizar materiales para empaques incluidos en las listas autorizadas por la FDA (Food and Drug Administration), pues estas se derivan de estudios que demuestran la inocuidad de los mismos. Además, autorizan su uso para la fabricación de materiales en contacto con alimentos[17]

El empaque   primario más común para la carne de ave es una película o envoltura de polímero.

 Más recientemente se ha implementado el uso de bandejas de espuma de poliestireno altamente permeable con el oxígeno, cubierto con una envoltura plástica a base de polímeros. 

El empaque al vacío y en atmósfera protectora El empaque al vacío y en atmósfera protectora ha sido usado durante varias décadas para extender la vida de productos perecederos.

El envasado al vacío consiste en la eliminación casi total del aire dentro del envase, sin que sea remplazado por otro gas, la mayor parte del oxígeno alrededor de los alimentos se elimina, y el paquete se sella casi herméticamente. Este sistema previene la re-contaminación de los alimentos y la fuga de componentes de los alimentos, incluyendo las pérdidas por evaporación de sustancias volátiles de sabor y la humedad. Brindando una barrera protectora contra la humedad, la luz y cierto grado de aislamiento térmico.

A pesar de las ventajas que este método de empacado presenta, también presenta desventajas como un cambio de color (pardeamiento) en productos cárnicos que puede producir un cierto rechazo en el consumidor. Otro inconveniente es la acumulación de exudado en el propio envase.

De igual forma y aunque este proceso inhibe el crecimiento de microorganismos aerobios incluyendo bacterias del deterioro de alimentos, un ambiente que no contiene oxígeno no afecta el crecimiento de microorganismos anaerobios facultativos patógenos como por ejemplo, Listeria, Salmonella, Escherichia coli, Yersinia, Staphylococcus y bacterias anaerobias Tipo de Clostridium botulinum E. que puede crecer a temperaturas de refrigeración (> 3.3 ° C).

Finalmente, el pollo empacado al vacío y refrigerado conlleva al crecimiento de bacterias acido-lácticas como es el caso de coliformes resistentes al frio.

Una variación de este método de empacado al vacío es mediante la modificación de la atmósfera que rodea el alimento. Proceso que genera una disminución en algún grado de las desventajas que conlleva el empacado al vacío. Este método se conoce como: empacado en atmósfera protectora.

El empacado en atmósfera protectora es realizado mediante la alteración del ambiente gaseoso en la vecindad del producto, este ambiente es alterado en dos pasos: primero se extrae el aire y después se inyectan diferentes gases como N2 o CO2 en varias concentraciones, con la finalidad de disminuir el metabolismo de bacterias anaerobias.

Materiales plásticos de empaque al vacío Existen relativamente pocos materiales diferentes para empaques de alimentos. Sin embargo  existen muchas variaciones entre aquellos materiales y combinaciones. Los polímeros termoplásticos, constituyen la categoría de polímeros más usados en la creación de empaques en bolsas para alimentos.

Máquinas empacadoras al vacío

El empacado al vacío es un proceso de envase en bolsa en el que se altera el ambiente que rodea a los alimentos, retardando la tasa de degradación biológica y bioquímica significativamente, así como la oxidación y el crecimiento de bacterias aeróbicas. Existen cuatro tipos de máquinas para empacado al vacío: de boquilla, de cámara, de Skin y termo formado.

MÁQUINA EMPACADORA AL VACÍO DE BOQUILLA.

Posee una boquilla conectada directamente a la bomba de vacío. En esta máquina a medida que se va haciendo el vacío se va sellando la bolsa automáticamente, por lo que el grado de vacío obtenido es menor que con cualquier tipo de maquinaria, debido a la deficiente hermeticidad.

Figura 1. Empacadora al vacío de boquilla

Fuente: http://my.packexpo.com/pei2012nn/Custom/ProductLarge5254.jpg

MAQUINA EMPACADORA DE VACÍO DE CÁMARA.

En este sistema la bolsa se mantiene en una cámara hermética y se sella también ahí dentro. Las más recientes empacadoras al vacío están basadas en éste principio, en donde es posible controlar el porcentaje de vacío, el tiempo de sellado, el porcentaje de inyección de gas entre otras variables dependiendo de la complejidad de la máquina.

Dentro de éste tipo de cámaras se pueden encontrar 3 clasificaciones adicionales según su tamaño y versatilidad como se muestra en la Figura 2: de piso, de mesa y de doble cámara.

• Tipo mesa: Son generalmente las más pequeñas de los 3 tipos, se caracterizan por sus dimensiones reducidas, bajo consumo y buena portabilidad. Además existen modelos bastante complejos que permiten funciones adicionales como la inyección de gas, la creación de diferentes programas en memoria, la selección y variación de parámetros como el nivel de vacío, el tiempo de sellado y de enfriamiento.

• Tipo piso: Por su peso y dimensiones no son apropiadas para colocar sobre una mesa por lo que se apoyan en el suelo. Debido a su mayor tamaño permiten el empaque de mayor cantidad de productos en paralelo o de productos de mayor tamaño, permitiendo menores tiempos de trabajo por ciclo.

• Doble cámara. La ventaja de este tipo es que la cámara al vacío no es fija sino que es movible, como ventaja se reduce el tiempo de empaque ya que mientras se realiza el vacío en una parte se puede estar realizando la carga de un nuevo producto. Son más costosas.

Figura 2. Tipos de empacadoras al vacío de cámara

Fuente: http://www.torrey.com.mx/latinoamerica/images/p_c_evd16.png, www.intertec.com.co

MÁQUINA EMPACADORA AL VACÍO TIPO SKIN.

En ésta máquina una película plástica calentada y suavizada es aplicada sobre la superficie del pollo que está ubicado en una bandeja, todo esto, dentro de una cámara al vacío.

TERMOFORMADORA AL VACÍO.

Se emplea para dar forma a láminas de plástico mediante la aplicación de calor y presión hasta adaptarlas a un molde (Figura 3[18]

Figura 3. Termoformadora al vacío.

Fuente: http://www.mexarcom.com/images/makinas/frimaq3b.jpg

SELECCIÓN, DESCRIPCIÓN Y CRITERIOS DE DISEÑO DE LA MÁQUINA

Para la correcta selección del tipo de máquina a usar, primeramente se deben conocer los criterios legales para los equipos y utensilios del sector alimenticio, como así lo menciona el Artículo 11 del Decreto 3095 del Ministerio de Protección Social. Luego se debe tener claridad en los parámetros de diseño de la maquina sin olvidar que el objetivo del proyecto también resalta la economía y accesibilidad en materiales, esto quiere decir, que los materiales utilizados deben ser en su mayoría conseguidos en la región.

PARÁMETROS DE DISEÑO

• Dimensiones de la maquina: 45 cm de largo, 60 de ancho y 56 de alto

• Capacidad volumétrica: 45 cm de largo, 60 cm de ancho y 17 cm de alto como se muestra en la Figura 4

• Doble barra de sellado

• Un tiempo de aproximadamente 30 seg para alcanzar un vacío del 0.8 bar

• Vacuómetro de 0 a -1 bar

• Tiempo de ciclo(vacío, sellado y enfriado) en 1 min

• Capacidad para el empacar de 6 muslos en un ciclo

• Conexión a 115 V

• Indicadores de colores (verde, rojo y azul) para operaciones de vacío, sellado y enfriamiento.

• Tapa transparente de acrílico

• Carcasa y bandeja en acero inoxidable

Figura 4. Medidas de la gallina para el diseño de la máquina.

METODOLOGÍA QFD PARA EL DISEÑO DE LA MÁQUINA

En la preselección de la máquina, se plantearon diferentes características para la maquina las cuales fueron divididas en dos factores: especificaciones y requerimientos:

• Especificaciones de diseño de la maquina (carcasa de acero inoxidable, tapa de acrílico, vacuómetro, ergonomía, dos barras de sellado, etc)

• Requerimientos básicos de manejo y demás (seguridad, durabilidad, eficiencias, economía, versatilidad, estética, etc)

La metodología para la preselección de la máquina, se realizó de acuerdo a la técnica conocida como despliegue de la función calidad (QFD) con el fin de evaluar de forma sencilla las posibles alternativas en base a la relación de los requerimientos y las especificaciones de diseño nombradas anteriormente.

La técnica de despliegue (QFD) se basa en una matriz donde se organizan tanto los requerimientos que debería cumplir la máquina, con las especificaciones que se presentan en el diseño de la empacadora. Los requerimientos de la compañía son ponderados conjuntamente entre las dos partes, de acuerdo a su nivel de importancia se le da un valor a cada ítem, con el fin, de enmarcar las necesidades más sobresalientes que debe tener el diseño.

La puntuación que se da a ésta relación está evaluada de acuerdo a la técnica ya mencionada (QFD) como se muestra en la Tabla 2.

Tabla 2. Matriz de despliegue de la función de calidad

Fuente: Los autores

Estos puntajes multiplicados por la ponderación dada a cada ítem, muestra un nivel de importancia, que al ser sumado por columnas, resulta en una calificación total de cada opción de los diseñadores. De lo cual se puede sacar como características deseables los ítems resaltados en rojo dentro de la matriz.

SELECCIÓN DE LA MÁQUINA

De la matriz de despliegue de la función de calidad se preseleccionaron 3 alternativas (Tabla 3), que cumplen tanto los requerimientos como las especificaciones del diseño deseables tales como: carcasa de acero inoxidable, sistema de doble barra selladora, un temporizador de vacío y un vacuómetro como indicador del vacío.