Tostado de pistacho con precisión

Con un método confiable para la pasteurización al vapor y la identificación de un problema de clase en el tostado de nueces, observamos la inconsistencia del producto en el mercado, desde demasiado tostado y quemado, hasta poco tostado y blando. Nos propusimos aprovechar nuestro trabajo en convección forzada para ofrecer el sistema de tostado de precisión. El sistema Precision Roasting es un tostador continuo de tostado en seco que utiliza convección forzada para eliminar los puntos fríos y la variabilidad cuando se tuestan en seco varios frutos secos, como almendras, pistachos, anacardos, nueces de macadamia, pecanas, avellanas y maní.

Medición y modificación de la humedad y el color de los pistachos tostados

Introducción

Laitram aporta un enfoque científico a la optimización de procesos que beneficia a la industria de las nueces. Se desarrollaron dos métodos para obtener formas más rápidas, precisas y repetibles de medir objetivamente la humedad y el color de las nueces molidas. La humedad y el color son dos indicadores importantes de calidad y rendimiento que se ven afectados por el diseño del tostador y las condiciones de funcionamiento. Estos métodos ayudaron en el esfuerzo por optimizar el diseño y la operación del Precision Roaster.

Estos métodos se utilizaron para medir la humedad y el color de las muestras del mercado para investigar las normas y la variabilidad de la industria (consulte la Tabla 1). Llevamos a cabo una matriz de pruebas de tueste para explorar los impactos en la humedad y el color tostado por la materia prima entrante y los ajustes de tiempo y temperatura del tostador.

Este documento técnico explica por qué y cómo desarrollamos estas mediciones y comparte los resultados de nuestra muestra de mercado y matriz de prueba de tostadora.

Oportunidades de mejora de la medición

La industria suele utilizar básculas de "pesar-secar-pesar" para medir la humedad de las nueces. Estos tipos de dispositivos, también denominados "balanzas de humedad" o "sensores de evaporación", están disponibles en varios proveedores, incluidos Ohaus (Figura 1) y Mettler-Toledo. Este tipo de dispositivo primero pesa las nueces, luego usa una fuente de calor para secarlas y luego las vuelve a pesar al final para determinar la pérdida de humedad. El enfoque de "pesar-secar-pesar" requiere mucho tiempo y es sensible a muchos factores, incluido el tiempo de medición (más rápido es menos preciso), los principios de calentamiento y ventilación, y la preparación de la muestra (es decir, molida o no, partícula molida). tamaño), tamaño y grosor. Los laboratorios certificados por terceros producen lecturas precisas, pero esas pruebas se realizan fuera del sitio en hornos de vacío especializados y, por lo general, demoran 6 horas o más. Por lo tanto, no son prácticos para la optimización y el control de procesos.

Figura 1. Ohaus

La mayoría de los procesadores luego se comprometen, usan unidades de mesa sin vacío y reducen el tiempo de medición a tan solo 5 minutos o menos, para que su personal de control de calidad pueda tomar lecturas rápidas y frecuentes. Los resultados pueden ser falsamente bajos (porque no toda la humedad tiene tiempo de evaporarse), y el error se vuelve más pronunciado y variable con las nueces tostadas porque su poca humedad restante se vuelve cada vez más difícil de eliminar. Por supuesto, la precisión absoluta se vuelve menos importante una vez que se establecen las normas. Sin embargo, la alta variabilidad sigue siendo importante, y 5 minutos es una cantidad significativa de tiempo cuando se procesan miles de libras por hora.

Algunos procesadores usan analizadores de color (disponibles de proveedores como Hunter-Labs), y algunos usan tablas de colores manuales, cortan los granos y los comparan con una paleta de colores. Los aspectos negativos obvios del enfoque manual son que es muy subjetivo (y no repetible) y requiere mucho tiempo.

Métodos de medición utilizados

Con varios pros y contras, se pueden usar múltiples tecnologías para medir rápidamente (casi instantáneamente) el contenido de humedad de los materiales orgánicos, incluidos sensores que usan principios de microondas, capacitancia, radiofrecuencia e infrarrojos.

Elegimos usar un sensor de humedad de radiación infrarroja cercana (NIR) (Figura 2) porque su principio es mejor para bajos contenidos de humedad, no se ve afectado por la temperatura de la muestra o la temperatura ambiente, no requiere contacto con el material medido, y solo se necesita una muestra muy pequeña (es decir, 5 gramos).

La radiación infrarroja no penetra profundamente, por lo que la muestra se muele para medir su humedad promedio, pero la medición de "peso-secado-peso" también requiere material molido. Sin embargo, la medición NIR es insensible al rango de tamaños de partículas producido por los molinillos de café de mesa.

Los sensores de humedad NIR iluminan la muestra con radiación infrarroja cercana que se absorbe en longitudes de onda específicas del constituyente. Por lo tanto, el contenido de humedad afecta la atenuación de la señal de retorno en las bandas de absorción específicas del agua. Se necesita calibración para convertir la atenuación de la señal en una medición de humedad.

Figura 2. Sensor de infrarrojo cercano

Para realizar la calibración, utilizamos la medición de un horno de vacío certificado por un laboratorio externo combinado con una estricta creación y manipulación de muestras para comparar las lecturas del sensor NIR con las lecturas de pesaje en seco del laboratorio, produciendo una calibración lineal única con una pendiente "m " y compensar "B" (es decir, el % de humedad es igual a [mx señal NIR] + B) que podríamos usar para medir el contenido de humedad de cualquier grano de pistacho molido (independientemente de la fuente, y si con o sin cáscara, cruda o tostada y salada o sin sal).

Medición NIR de pistachos tostados

Luego, para medir el color de las mismas muestras de pistachos molidos, utilizamos un analizador de color óptico que habíamos desarrollado previamente para medir el color de los mariscos. Este analizador ilumina la muestra con luz blanca. A continuación, analiza el espectro de color de la luz de retorno con una técnica patentada que califica la proximidad del espectro de la muestra molida al de dos estándares fotografiados previamente, en este caso, un estándar de pistacho muy verde y un estándar de pistacho muy marrón, con muestras más verdes que obtienen una puntuación más cercana. a 0 y muestras más doradas cercanas a 1.

Resultados de la medición

Después de derivar los métodos de humedad y color, los usamos para medir una amplia gama de muestras del mercado de pistachos tostados (de múltiples marcas y de varios tipos, como granos y con cáscara, y salados y sin sal) para obtener información sobre qué valores son típico y el grado de variabilidad.

Los resultados se resumen en la Tabla 1. La humedad media osciló entre 2,3 y 3,5 %, con una media global de 2,77 %, y la puntuación de color media entre 0,4 y 0,6, con una media global de 0,52. Las muestras de las principales marcas por lo general fueron más húmedas y verdes (promedios de 2,95 % de humedad y 0,49 de puntaje de color) que las muestras de etiqueta privada de "caja grande" (promedios de 2,47 % de humedad y 0,58 de puntaje de color). Además, la reevaluación de las muestras demostró una excelente repetibilidad, típicamente de 0,01 % de humedad y 0,02 de puntaje de color.

Para explorar más a fondo la relación entre la humedad y el color, trazamos las puntuaciones del mercado en las curvas de distribución normal creadas con las medias y las variabilidades de la Tabla 1, con una curva para la humedad y otra para el color. El gráfico 1 muestra que la humedad media de la población de la muestra fue de 2,77 %, mientras que la muestra más seca midió 1,76 % y la más húmeda 4,00 %.

Uno podría esperar que las muestras más húmedas fueran más verdes porque presumiblemente tenían un tostado más ligero, pero no siempre fue así.

Con referencia ahora a los Gráficos 1 y 2, la muestra 1 tenía una humedad alta de 4,00 % y una puntuación de color verde baja de 0,389, pero aunque la muestra 2 era bastante verde (0,433), su humedad era sorprendentemente baja (2,51 %). De manera similar, mientras que la muestra 8 estaba seca y marrón (2,29 % y 0,709 de puntaje de color), la muestra 7, aunque era muy marrón (0,701), todavía estaba bastante húmeda (3,52 %).

Estos resultados indicaron que la humedad y el color del pistacho tostado no están fuertemente correlacionados en el mercado.

Matriz de prueba del tostador

Para investigar más a fondo la relación entre la humedad y el color del pistacho tostado, llevamos a cabo una matriz de pruebas con frutos secos sin sal con cáscara en nuestra línea piloto de tostado (que integra el precalentamiento, la pasteurización, el tostado y el enfriamiento en un solo proceso en línea).

En contradicción con los resultados de las pruebas de mercado, donde la humedad y el color no se correlacionaron bien, el Gráfico 3 muestra que en nuestro tostador, la humedad y el color tostados se correlacionan fuertemente, con cambios menores debido a la materia prima.

El gráfico 4 muestra que la humedad y el color de las materias primas fueron determinantes clave del producto tostado final. Cuando se trazaron sus cambios (tostado – crudo), los dos conjuntos de datos eran casi colineales.

Y finalmente, la Tabla 2 muestra cómo en nuestro tostador se puede lograr una combinación determinada de humedad y color mediante diferentes combinaciones de tiempos y temperaturas de tostado, con una selección de una receta óptima que presumiblemente depende de medidas de desempate que no se consideran aquí, como el producto apariencia, sabor, textura y vida útil, etc.

Conclusiones

Se desarrollaron y utilizaron con éxito formas rápidas (segundos frente a minutos) y repetibles para medir la humedad y el color del pistacho para medir las normas y la variabilidad del mercado y realizar una matriz de prueba en la línea piloto de tostado de Laitram.
Resultados de la evaluación del mercado:
- Las humedades oscilaron entre 2,3% y 3,5%.
- La humedad y el color no se correlacionaron.
- Las muestras de las principales marcas eran generalmente más húmedas y verdes que las muestras de "caja grande".
Resultados de la matriz de prueba en nuestra línea piloto de tostado:
- La humedad y el color se correlacionaron fuertemente.
- La humedad y el color de la materia prima afectaron de manera predecible la humedad y el color tostados.
- Diferentes combinaciones de tiempos y temperaturas de tueste pueden lograr los mismos resultados de humedad y color.