REVISTA-VOL2-N-1

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Publicaciones e investigación
Revista esPecializada en ingenieRía 
de PRocesos en alimentos y 
biomateRiales
Julio de 2008 
REVISTA PUBLICACIONES E INVESTIGACIÓN
Revista Especializada en Ingenieria de Proceso en Alimentos Y Biomateriales
PRESENTACION INSTITUCIONAL
JAIME ALBERTO LEAL AFANADOR
Rector
GLORIA HERRERA SÁNCHEZ
Vicerrectora Académica y de Investigaciones
CLAUDIA PATRICIA TORO RAMÍREZ
Vicerrectora de Desarrollo Regional y Proyección Social
ROBERTO SALAZAR RAMOS
Vicerrector de Medios y Mediaciones
ESPERANZA VALERO RUEDA
Decana Escuela de Ciencias de la Educación
MARÍA PRISCILA REY VÁSQUEZ
Decana Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente
CONSTANZA ABADIA GARCIA
Decana Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Humanidades
EDGAR GUILLERMO RODRÍGUEZ DÍAZ
Decano Escuela de Ciencias Administrativas, Contables, Económicas y de Negocios
GUSTAVO VELÁSQUEZ
Decano Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería
LUIS FACUNDO MALDONADO GRANADOS
Coordinador Nacional del Sistema Nacional de Investigaciones de la UNAD (SIUNAD)
NELLY MORALES PEDRAZA
Directora Editora
COmITé EdITORIAL
Gustavo Velasquez Quintana
Jesus Alfonso Torres Ortega
Nelly Morales Pedraza
Oscar Yesid Suarez 
Javier Perez Cubides
German Andres Castro
COmITé CIENTífICO INTERNACIONAL
Francisco Maugeri Filho
Enrique Ortega Rodriguez
Fernando Antonio Cabral 
Carlos Alberto Gasparetto
Maria Isabel Rodrigues
Lourdes Zumalacárregui
EDICIONES HISPANOAMERICANAS
Diseño, Diagramación y Armada
ALFREDO MARÍN FAJARDO
Diseño portada
POLITICA EdITORIAL
Publicaciones e Invvestigación es una revista anual especializada en Ingeniería de Procesos en Alimentos y Biomateriales de la Escuela de Ciencias 
Básicas Tecnología e Ingeniería, editada por la Universidad Nacional Abierta y a Distancia. UNAD. Las opiniones expresadas en sus artículos son de 
responsabilidad de sus actores. La reproducción total o parcial sin fines comerciales, se autoriza si se indica claramente la fuente: Publ. Invest.
CONTENIdO
nota editoRial
La InvestIgacIon en IngenIerIa de Procesos 
Nelly Morales Pedraza ...........................................................................................................9
investigación cientìfica y tecnológica
[1] Temperature Effect on Whey Protein Fouling. 
D.H.G. Pelegrine, M.T.M.S. Gomes, Gasparetto, C.A..........................................................13
[2] Diseño y Operación de Planta Piloto para la Producción de Biodiesel a Partir de Aceites 
de Freido. 
Nelly Morales Pedraza, Luis Alejandro Diaz Aldana...........................................................27
[3] Optimización de las Condiciones de Proceso para la Elaboración de la Esponja Líquida 
de Pan de Molde a Través de un Diseño Factorial de Experimentos. 
Claudia Marcela Quintero Gil, Helio Rueda Quijano..........................................................41
[4] Efecto de Inhibidores de Pardeamiento y la Técnica de Atmósfera Modificada en Mango 
(Mangifera Indica L) Variedad Van Dyke Mínimamente Procesado.
Jesús Antonio Galvis Vanegas, Martha Cecilia Castillo Muñoz...........................................49
Reflexión y Revisión de temas de ingenieRía
[5] Review: Bacterias Lácticas: funcionalidad, polisacáridos, potencial terapéutico y apli-
caciones en alimentos. 
Olga Lucía Mondragón Bernal1, Francisco Maugeri Filho................................................67
RePoRte de caso
[6] Propiedades Fisioquimicas de la Mezcla Liquida de Esterato de Metilo / Acido Sulfo 
Esterato de Metilo.
Jesus Alfonso Torres Ortega y Francisco Jose Sanchez Castellanos....................................97
Instrucciones para los autores..............................................................................................119
Instructions for authors........................................................................................................122
Lista de autores....................................................................................................................125
fE dE ERRATAS
La Revista Publicaciones e Investigación se permite precisar los siguientes datos de la 
presente publicación:
Página 27: el título correcto de artículo en inglés es: DESIGN AND OPERATION OF PILOT 
PLANT FOR THE PRODUCTION OF BIODIESEL FROM FRYING OILS.
Página 91: como se observa en la Figura 1 (y no A.1)
Página 111: el autor correcto es Davis (y no Davies)
Página 112: la ecuación (12): 
 
 la ecuación (15): 
Página 114: agregar la siguiente referencia bibliográfica
BIRDI, K. S. Surface Tension and interfacial tension of liquids. In: Handbook of Surface and 
Colloid Chemistry. Second Edition. Edited by K. S. Birdi. CRC Press LLC, New York 
(2003).
DAVIS, E.J., VAN OUWERKERK, M., and VENKATESH, S. An analysis of falling film 
gas-liquid reactor. Chem. Eng. Sci., Vol. 34, 539 – 550 (1979).
KNAGGS, E. A. and NEPRAS, M. J. Sulfonation and sulfation. Kirk-Othmer Encyclopedia 
of Chemical Technology, 4th edition; Jhon Wiley & Sons. New York. Vol. 23, 146 – 193 
(1997).
LEWANDOWSKI, H. and SCHWUGER, M. J. Novel surfactants, preparations, applications 
and biodegradability. Chapter 13: α-sulfomonocarboxylic esters. Edited by K. Holmberg. 
Second edition. Marcel Dekker, Inc. New York (2003).
REID, R. C., J. M. PRAUSNITZ and POLING, B. E. The properties of gases and liquids. 
Fourth Edition. McGraw-Hill Book Company, New York (1987).
WILKE, C. R. and CHANG, P. Correlation of diffusion coefficients in dilute solutions. 
AIChE Journal. Vol. 1, 264 – 270 (1955).
nota editoRial
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Revista Publicaciones e investigación • isnn: 1900-6608 • volumen 2 no. 1 • Julio de 2008
LA INVESTIGACION EN INGENIERIA dE PROCESOS
La ciencia y la tecnologia antes del siglo XIX eran dominios separados, orientados por objetivos 
diferentes y personas distintas. La primera de ellas, no generaba hallazgos que tuvieran uso 
inmediato en la industria, razón por la cual un descubrimiento científico podía esperar una o dos 
generaciones antes de ser aplicado prácticamente; la segunda, era más el resultado de esfuerzos 
individuales que de un proceso sistemático, llevando a las industrias a progresar técnicamente 
sin mayor relación con la ciencia de la época. Casi todos los primeros inventos no los hicieron 
hombres de ciencia (quienes estaban más preocupados por comprender los fenómenos naturales) 
sino gente que vio la oportunidad de hacer algo relacionado con un problema existente. Ésta 
situación comenzó a cambiar radicalmente con el nacimiento y desarrollo de las industrias 
química y electrónica, las cuales necesitaron conocimientos tanto científicos como tecnoló-gicos, 
e hicieron que la producción de tecnología dejara de ser aleatoria para pasar a ser un esfuerzo 
organizado denominado investigación y desarrollo (I&D), cuya meta es la creación, programación 
y aplicación de conocimientos científicos (Schnarch, 1989), donde los avances tecnológicos se 
presentan como respuesta a problemas generados por innovaciones anteriores y cambios en la 
organización del trabajo o evolución del proceso productivo (Cortés et al., 1989).
Actualmente, la investigación industrial puede ser fundamental y operacional o de procesos. La 
primera está esencialmente orientada hacia la ampliación del conocimiento de los fenómenos 
generales, aunque no necesariamente de los fundamentos. La segunda, desarrolla y mejora los 
métodos para la fabricación de productos, refinando las condiciones de operación para llevar a 
cabo una reacción, una mezcla o una separación (Henley et al., 1973).
Al comienzo, la principal preocupación de la ingeniería de procesos fue obtener un producto o 
servicio, en la etapa básica de producción; después, vino la tendencia a satisfacer las necesidades 
del cliente y la búsqueda de un beneficio social,haciendo que la fase productiva presentase un 
desempeño armónico con el ambiente que la rodea; más tarde, se consideraron los enfoques de 
reingeniería, ingeniería inversa e ingeniería concurrente, al igual que los conceptos de desarrollo 
sostenible, producción limpia y cero emisiones (Castellanos et al., 2002).
Por tanto, existen áreas de trabajo que requieren multidisciplinariedad para precisar conocimientos 
tanto básicos como de aplicación, donde se deben incluir temas que busquen obtener fundamentos 
del proceso, preservación, materias primas, transferencia y desarrollo de nuevas tecnologías, 
considerando que las áreas de mayor interés serán aquellas que aporten mejores posibilidades 
de obtener un producto con valor agregado, bien sea por la reducción de las mermas y de los 
desperdicios, por el aprovechamiento de las propiedades favorables de los productos de partida, por 
una mayor productividad o por el aumento de la calidad. como:
1. La innovación tecnológica: Aplicación de una invención a productos y procesos concretos; 
es decir, la extensión de una invención a la escala industrial (Broderick et al., 1986).
2. El desarrollo de nuevas tecnologías: Rebaja el costo de la energía y de la mano de obra; 
implementa un aprovechamiento integral, convirtiendo los subproductos en coproductos que 
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generen menor impacto sobre el medio ambiente; mejora la conservación de los productos 
utilizando básicamente procedimientos físicos; aplica la biotecnología e implementa los 
sistemas de control automático de la producción y de la calidad (Burón et al., 1994).
3. La transferencia de tecnología: Proceso de transmisión de tecnología y su absorción, 
adaptación, difusión y reproducción por un aparato productivo distinto al que la ha generado 
(De La Rosa, 1997), frecuentemente se entiende como el intercambio de cualquier forma 
de conocimiento de un agente a otro, ya sea en paquetes tecnológicos de información, 
procesos, productos, equipos y operación; en contratos de prestación de servicios o en 
investigaciones.
En los países más desarrollados, se aplica a la transferencia de conocimientos técnicos desde 
los centros de investigación y desarrollo hacia los centros de producción; mientras en los países 
en desarrollo se refiere fundamentalmente a la adquisición por parte de los centros productivos, 
de tecnologías de producción provenientes de países más avanzados tecnológicamente. En uno 
u otro caso, debe realizarse de manera adecuada para que posteriormente se pueda manipular y 
adaptar, sin convertirse en una caja negra. De otro lado, la transferencia de tecnología se clasifica 
también según el tipo de acuerdos, en acuerdos de licencia (patentes, uso de marcas, know how, 
derechos de autor y franquicias), inversión extranjera (subsidiarias de propiedad completa, joint 
ventures (riesgos compartidos), concesionales, producción compartida, servicios de riesgo, 
privatización), consultoría, ingeniería, comerciales, coproducción industrial (subcontratación, 
coproducción, especialización), pagos especiales (trueque, “buy back”, alquiler), y cooperación 
técnica (Castellanos et al., 2002).
Bajo esta perspectiva, la investigación en ingeniería de procesos es una investigación aplicada, 
dirigida a fomentar y mejorar los métodos de fabricación de productos o, a perfeccionar 
las condiciones de operación, hacia el diseño integrado, el modelamiento, la simulación, la 
optimización y el control de equipos y procesos, así como hacia la reducción del impacto 
ambiental y el desarrollo de herramientas de simulación útiles en la industria de alimentos.
El horizonte de investigación en procesos de alimentos y biomateriales, está definido hacia 
el diseño, apropiación y transferencia de tecnologías aplicadas a procesos de alimentos, 
desarrollo y gestión de sistemas informáticos, como hacia tecnologías en energías alternativas. 
Igualmente, propicia la investigación básica dentro de un ambiente multidisciplinario y de 
colaboración con otros grupos, como la investigación tecnológica y el desarrollo de proyectos 
de investigación en áreas que son consideradas retos para la Ingeniería de Alimentos.
En conclusión se debe trabajar en líneas de investigación, entendidas como áreas específicas 
de solución de problemas regionales, teóricos y/o prácticos, las cuales se constituyen en ejes 
estratégicos de la organización y de los esfuerzos institucionales para la producción social 
de conocimiento pertinente dentro de programas, funcionalmente transferibles al entorno, y 
“reciclables” para nuevos desarrollos en Ciencia o Tecnología.
Ing Nelly Morales Pedraza
Directora
investigación científica y 
tecnológica
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TEmPERATURE EffECT ON whEY PROTEIN fOULING 
EfECTO dE LA TEmPERATURA SOBRE LAS PROTEíNAS 
dE LACTOSUERO
D. H.G.Pelegrine1*, M.T.M.S Gomes2; Gasparetto, C.A3.
Resumen
El presente trabajo es un estudio del fenómeno de incrustación de la proteína del suero de leche 
al interior de un intercambiador de calor por donde fluye agua caliente por entre los dos tubos. La 
cinética de incrustación depende de los efectos de la transferencia de masa, que es una función 
de la solubilidad de las proteínas. Para describir la cinética de incrustación de las proteínas se 
desarrolló un algoritmo de cálculo dependiente de la solubilidad. La solubilidad de la proteína fue 
determinada en una investigación por separado. Los resultados mostraron que el tiempo necesario 
para que el tubo de radio interior disminuyera en un 30% de la radio original fue menor para 
altas temperaturas. Además, la deposición de las proteínas de suero de leche fue más intensa en la 
entrada que en la salida. Por lo tanto, la tasa de reducción de radio fue más rápido en esa zona. El 
experimento para comprobar el algoritmo se llevó a cabo en una planta piloto. 
Palabras clave: suero de leche, proteínas, Temperatura, incrustaciones, solubilidad.
Abstract
In the present work, whey protein fouling phenomenon was studied, when flowed in the inner 
tube of a double tube heated by hot water which flows in the ring space between them. The 
fouling kinetics depends on the mass transfer effects, which is a function of protein solubility. 
To describe the fouling kinetics a calculus algorithm was developed, having as subsidy the 
protein solubility itself. The proteins solubility were determined in a separate investigation. 
Results showed that the time necessary for the tube´s inner radius to decrease in 30% of the 
original radius was smaller for high temperatures. Besides, whey protein deposition was 
greater at the tube´s entrance than in its exit. Therefore, the rate of radius reduction was 
faster in that area. The experimental check for the algorithm was conducted in a pilot plant.
Keywords: whey, protein, temperature, fouling, solubility. 
Recibido: enero de 2008
Aprobado: abril de 2008
1 D.H.G. Pelegrine. Department of Agronomy Science / UNITAU. Brasil, E mail: dhguima@uol.com.br
2 M.T.M.S Gomes. Profesor – Department of Agronomy Science / UNITAU. Brasil, Email: mtms_gomes@yahoo.com.br
3 Carlos Alberto Gasparetto. Professor – Head of Mechanical Engineering – FACENS, Professor – retired – College 
of Food Engineering – UNICAMP. Brasil, E mail: calgasp@facens.br
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Introduction
Milk is a complex mixture, constituted by a composed emulsion of fat and a colloidal protein 
dispersion, with lactose solution. Such constituents are complemented by minerals (mainly 
calcium), vitamins, enzymes and organic composites (Kon, 1972, Torii et al, 2004, Magalhães 
and Telmo, 2006).
When used for commercialization, milk becomes a product greatly perishable, that is, its liquid 
state and its nutritional composition becomes it susceptible for microorganisms proliferation,as those originally in milk or that introduced by manipulation (Martins et al, 2007). 
For that reason, since 1966 the pasteurization became mandatory in dairy products. 
However, an important problem in pasteurization is the fouling, implicating in the 
reduction of processing efficiency, in the bombs overloading, in periodic machine stopping 
for cleaning and even its substitution. Due to those reasons, it is reasonable that the heat 
exchangers efficiency can be evaluated recognizing the situations that raise its efficiency 
losses, and the detection and quantification of fouling deposits in the wall is one of the 
techniques for evaluation of the heat exchangers performance (Veisseyre, 1972; Afgan and 
Carvalho, 1998).
Fouling is an important problem in many heat exchangers, that requires careful monitoring. 
In spite of precautions taken in the design of the heat exchanger, fouling is an unavoidable 
problem, that can involve the equipment thermal performance reduction, the pump overcharge, 
the periodical stop engine for cleaning and the heat exchanger replacement (Belmar et al, 
1993, Afgan and Carvalho, 1998, Pelegrine and Gasparetto, 2004). 
Fouling in food industry is a severe problem compared with other industries. For example, 
while in the petrochemical refineries, heat exchangers may only be cleaned annually, in 
the dairy industry it is common practice to clean every 5-10 hours. In the food industry 
where biological fluids are heated, fouling may be a particularly serious problem (Murray & 
Deshaires, 2000). 
The problem manifests itself economically through loss of efficiency of the heat exchanger, 
in time and materials required to clean fouled surfaces, in loss of product, and through losses 
of vitamins, minerals, and other nutrients in the foul layer. Besides, the fouled material joined 
the wall allows microorganisms adhesion. The fouling phenomenon is the consequence of 
protein deposition, which was previously denatured and joined in the hottest areas of the heat 
exchangers surface. When the temperature of the protein solution is raised high enough for a 
given time, the protein is denatured. Proteins are denatured by the effect of temperature on the 
non-covalent bonds involved in stabilization of secondary and tertiary structure, for example, 
hydrophobic, electrostatics and hydrogen bindings (Petermeier et al, 2002). When the protein 
secondary and tertiary structures of a protein are unfolded, the hydrophobic groups interact, 
and reduce water binding. Such hydrophobic interactions lead to aggregations, followed by 
coagulation and precipitation (Vojdani, 1996). In other words, denaturation decreases protein 
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Revista Publicaciones e investigación • isnn: 1900-6608 • volumen 2 no. 1 • Julio de 2008
solubility compared to native protein, and leads to aggregation and difficulty of reversal 
upon cooling, resulting in its fouling or mechanical deposition, that is also considered as a 
fouling form. 
Milk fouling deposits consist of a layer of protein aggregate and minerals which can be 
several millimeters thick. Deposits formed at temperatures below 110 Celsius degrees 
contain approximately 50-60% protein and 30-35% minerals. Half of the protein deposit is 
β-lactoglobulin. Below about 70 Celsius degreesβ-lactoglobulin forms an adsorption layer on 
the heat transfer surface of less than 5 mg/m2; however, on heating above 65 Celsius degrees, 
it becomes thermally unstable. Two types of reaction occur sequentially. The protein first 
partially unfolds, in molecular denaturation , exposing reactive sulphydryl (-SH) groups, and 
then polymerises in intermolecular aggregation, either with other β-lactoglobulin molecules 
or with other proteins such as β-lacalbumin (Belmar et al, 1993, Belmar & Fryer, 1998).
Experimental Procedure
Mathematical model: To develop a mathematical approach for fouling, it was considered the 
double circular tube in figure 1, where R0 is the inner radius, and L is the length of the tube. 
figure 1: Double circular tube heat exchanger
Milk flows with a Wf flow rate and Tf0 initial temperature. Water drains in the annular space 
between the two tubes, in the same direction of the white egg, with Wq flow rate and Tq0 
initial temperature. The algorithm was developed for cylindrical pipes because this geometry 
allows a simpler mathematical model due to its symmetry. 
Sandu and Lund (1982) developed a numerical procedure for fouling dynamics, relating 
the mass balance with time for constant Z and with Z for constant time. The simplifying 
assumptions were introduced: (a) the processed fluid is a binary system of β-lactoglobulin (A 
species) in milk (B species), where only A species is fouling; (b) the deposition is a process 
that occurs at low mass transfer rates; (c) no production of species A in the bulk of the 
processed fluid occurs; (d) the mass flow rate of the processed fluid is maintained constant 
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during the heat process, that is, Wf=const.; (e) the fluid is incompressible; (f) the removal 
process can be entirely neglected. 
Using the cylindrical coordinates of the fouling system depicted in Fig.1, it is more convenient 
to define the local coordinate of the liquid-solid interface by R, where R = f(Z,t). The local 
coordinate of the solid-liquid interface, R, may take values between R0 at time zero, and 
0, at the time when the tube plugs. A numerical procedure was developed to resolve the 
differential equations, relating the mass balance with time for a constant position Z. At a 
given time t=const, a mass balance equation for an infinitesimal cylinder of length dZ can be 
written, when the decrease of average bulk concentration of the processed fluid is the result of 
the mass transport along the surface of the cylinder. The elementary cylinder is located at the 
distance Z, and has a constant radius R = f(Z). The mass balance equation has resulted in:
 (3)
where: 
Wf =mass flow rate [Kg/s]; average bulk concentration [Kmol/m3]; CA
,
0 =local saturation 
concentration at the liquid-solid interface [Kmol/m3]; ξ= molar density of the binary system 
[Kmol/m3]; p = local average bulk density [Kg/m3]; dZ =tube length [m]; kxA = mass transfer 
coefficient of species A [Kmol/m2.s].
The only boundary condition needed is: at CC AAz 00 =→= , and the local saturation 
concentration was calculed, through the β-lactoglobulin solubility curve, determined in this 
work. At a distance Z=const, a local mass balance equation for an infinitesimal cylinder of 
length dZ can be written, where its thickness, dR, is the result of the mass transport during 
the time dt: 
 (4)
where: 
MA=molecular weigh of A species [Kg/Kmol]; pA= average density of fouled layer [Kg/m3]. 
kxA in equations 2 and 3 is the local mass transfer coefficient of species A, and is refenced 
to the liquid-solid interface coordinate R. It can be calculated after the average velocity, 
temperature and concentration profiles are knew. The average velocity was calculated by the 
continuity equation. 
 (5)
where: 
=average velocity at Z direction [m/s]; mass flow rate [Kg/s]; fluid density [Kmol/m3]; 
tube radius [m].
19
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Obviously, the next step is to find the Z-dependence of the local, average bulk temperature 
of the processed fluid, Tf. Usually, the fluids temperature in a heat exchanger are not constant 
but they vary through its length, as the heat drains form the hot to the cold fluid. The changes 
in the fluids temperature can be illustrated in fig. 2. 
In this way, a heat balance equation for the infinitesimal cylinder in figure 2 can be written, at 
constant time, when the increase of the temperature of the processed fluid, dTZq, is the result 
of the heat transport through the surface of the cylinder. For parallel currents heatexchanger, 
showed in fig. 2, the heat transferred through an infinitesimal area element can be written: 
 (6)
where:
dqz=heat transferred into the infinitesimal area, at z direction [W/m2]; infinitesimal area 
[m2]; W= heat and cold fluid mass flow rate [Kg/s]; fluid specific heat [J/Kg.0C]; dTZf =cold 
fluid temperature variation [0C]; dTZq=hot fluid temperature variation [
0C].
Integrating equation (6) and then rearranging it, the heat transfer rate can be written as:
 (7)
The heat transferred in the axial direction also can be written as: 
 (8)
where: 
U=overall heat transfer coefficient [W/m2.0C]; dA infinitesimal area [m2]; Tq=hot fluid 
temperature [0C]; Tf =cold fluid temperature [0C].
Solving the system composed by equations 6 and 8, it is obtained the following fluid 
temperature profiles:
 (9)
 
 (10)
Replacing equation (7) in (10), the global heat transfer rate can be written as:
 (11)
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The internal and external surface temperatures were calculated through the energy balance in 
the two surfaces, resulting in: 
 (12)
where: 
Tp=internal surface temperature [0C]; Tpe=external surface temperature [0C]; Ri=tube internal 
thermal resistance [W/0C]-1; Re=tube external thermal resistance [W/0C]-1; Rm=thermal 
resistance of the heat exchanger material [W/0C]-1.
The overall heat transfer coefficient (U) was computed by the next equation:
 
 (13)
where: 
U= overall heat transfer coefficient [W/m2.0C]; hi= internal surface convection heat transfer 
coefficient [W/m2.0C]; he= external surface convection heat transfer coefficient [W/m
2.0C]; 
Ai= internal surface area [m
2]; Ae=external area [m
2]; re=double pipe heat exchanger radius 
[m]; ri= inner tube radius [m]; rc= clean inner tube radius [m]; rf=fouled inner tube radius [m]; 
L= infinitesimal tube length [m]; km= heat exchanger material thermal conductivity [W/m.
0C]; 
kf=fouled layer thermal conductivity [W/m
0C].
The internal and external convection heat transfer coefficients were computed by Nusselt 
number (Incropera & Witt, 1998).
From Chilton-Colburn analogy between heat and mass transfer, it was obtained: 
 
 
 (14)
where: 
h=convection heat transfer coefficient [W/m.0C]; CP= specific heat [J/Kg.
0C]; diffusivity 
[m2/s]; DAB= thermal conductivity of fouled layer [W/m.
0C].
Equation (14) provides kxA parameter of equations (3) and (4). A general solution to fouling 
dynamics, involving equations (3) and (4) is possible only by numerical procedures. The 
strategy of a numerical procedure is explained on the basis of figure 3. The assumption 
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is made that the deposition does not have an angular dependence, but only a time and Z 
dependence. At a given time, t=const, and at a distance Zi, from the entrance of the tube, the 
coordinate of the liquid-solid interface is Ri. Defining this as point i, when t = const and using 
the local conditions at the point i, when t = const, it can be made the following calculations: 
a) From equation (3), the decrease of average bulk concentration from point i to point i+1 
when t is constant: 
 (15)
where ∆Z is the distance between the point i and the point i + 1.
b) The variation of the coordinate of the liquid-solid interface from point i to the point i+1, 
when t=const + ∆t: 
 (16)
where ∆t is a given interval of time.
Based on the above equations, a numerical calculation can be developed, the calculation 
was developed, starting with t=0, when the surface is clean, and ending at a limiting value 
R of the coordinate liquid-solid interface. In this work, the running program was interrupted 
when the tube radius decreased in 30% of the initial value, or when reaching the maximum 
time of 100000 seconds. The program was developed in Delphi 2006 language which gave 
the R variation, in function of Z and t. However, a great amount of difficulty in running the 
computational program is introduced by the subroutines designed to calculate the profiles of 
velocity, temperature and concentration. Once these profiles are known, in the cross section 
of interest, the corresponding transfer coefficients can be computed. 
The physical properties of the white egg and milk introduced in the program are in table 1. 
- heat exchanger data: The heat exchanger used in this simulation was a concentric 
double tube with parallel currents, where milk and white egg flows inside the inner tube 
at 40, 50, 60 and 700C (Tf0)and Reynolds number of 10000. The water flows into the space 
among the two tubes at 830C (Tq0) and Reynolds around 20000. Note that Tf=f(Tq), but Tf0 
≠f (Tq0). The tube is inox steel 304 and its dimensions are summarized in table 2.
 The inner radius variation along the tube was calculated by finite differences method, 
where the length of the infinitesimal cylinder was 0.05m. In other words, a tube of 1.0 m 
length was fragmented in 20 infinitesimal tubes. 
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- fouling rig and operation: The apparatus schematic diagram is shown in Fig.3. The heat 
exchanger used consists of a tubular heat exchanger, constructed in Food Engineering 
Laboratory, in Agronomy Science Department, according to project considered for 
Belmar et al (1993), represented in figure 3.
figure 3: Pasteurization plant
figure 4 represents the heat exchanger set up in the laboratory
figure 4: Tubular heat exchanger
The pre heater consisted of a 30 m coil of ½ pol. copper tubing mounted in a large drum 
filled with water. Temperature was regulated with an external controller. In heater section a 
thermal oil was used to provide hot fluid for the countercurrent heat exchanger. A high oil 
flow rate of 50 liters/min was used to maximize the heat transfer coefficient from the oil to the 
tube. The milk and oil inlet and outlet temperatures were measured by thermocouples, placed 
in entrance and exit heat section. Raw milk was received in a tank where it was pumped 
to preheating section and, after finished the process, the pasteurized milk was collected in 
another steel tank . Prior to fouling, the stainless steel tubes were cleaned for 30 minutes 
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at 45 Celsius degrees with a 1% (v/v) detergent to remove any oil deposit on the surface 
resulting from the manufacture. Milk was passed through the pre heater to ensure correct 
inlet temperature. 
At the end of a run, the fouled tube was removed and carefully cut into 5 cm lengths, using a 
pair of scissors. Test sections were dried overnight and then weighed. Continually, the fouled 
deposition was removed from the tube wall and the cleaned tube was weighed. The fouling 
results were expressed in terms of protein grams per unit area. 
Results and discussion
- Product Characterization: The product lot used to calculate the protein solubility 
presented the whey centesimal composition characteristic, and the results are summarized 
in table 1. 
Table 1: Centesimal composition of ALACENTM 895
- Solubility Values: The fowling table shows the protein solubility average values of two 
replicates, for the ALACENTM 895. The values present in that tables were calculated 
from equation (1). The values of the whey proteins solubility are illustrated in fig. 2. 
Table 2:Protein solubility values of whey proteins
 
 
 
From table 2 it could observe that the solubility decreased with the temperature due to the effect 
of the temperature in the bonds involved in the secondary and tertiary structures stabilization, 
where its unfolding favors the interaction among the hydrophobic groups, reducing theprotein-
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water interactions, indicating that the thermal protein denaturation occurred. But the protein 
solubility increased with the temperature where temperature increased from 600C to 700C, 
indicating that there was not coagulation nor aggregation between the protein molecules, 
possibly because the β-lactoglobulin is a dimmer that is dissociated in monomers at 600C 
and only above 700C the proteins unfold and the hydrophobic groups react. 
- Simulation graphs: The deposition of whey proteins was greater at the entrance of the 
tube than in its exit. Therefore, the radius reduction occurred faster in the entrance of the 
tube, that was the area chosen to make a comparative analysis of fouling of the proteins. 
Figures 5 and 6 present results of the radius reduction along the tube, when milk flows at 
several temperatures.
figure 6: Internal diameter reduction due to laminar milk flow at 70°C
figure 7: Internal diameter reduction with time, entry region, due to incrustation 
of β-lactoglobulin, laminar flow at pH 6,8
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Revista Publicaciones e investigación • isnn: 1900-6608 • volumen 2 no. 1 • Julio de 2008
In figs. 5, it can be observed that, in the beginning, the radius didn’t vary with Z coordinate; 
however, after some time, an inclination was observed in the straight line, that was growing 
along the time. Those results confirm the postulate that the fouling do not take place at 
constant rate , but accelerates with time. Results have also indicated that in the inlet region the 
deposition was more intense that in the outlet, because the diameter decreased more quickly 
in that area. As reduction of tube diameter was faster in its inlet, this will be illustrated in this 
area. From fig. 6 it also could be noted that inclination of the straight line is more accentuated 
for higher temperature entrance, indicating that fouling near the tube entrance is more intense 
for higher liquid inlet temperature. 
- Experimental data: Experiments were conducted in which milk outlet temperature 
varied from 70 to 90 Celsius, for a constant Reynolds number of 1800 and a tube length of 
1.8 m. The results are represented in Figure 7 showing that the total amount of deposition 
increases with milk outlet temperature. At 70ºC, although the fouling is at low level in the 
inlet region, it increases significantly at some point down the tube, indicating that, for this 
temperature the fouling process may be reaction controlled. 
figure 8: The effect of milk temperature on whey protein fouling
At 80ºC the deposition was more accentuated in the inlet area than in outlet. These results 
confirm Pelegrine and Gasparetto (2004) observations, indicating that, in this temperature, 
the fouling process may be mass transfer controlled.
Figure 8 shows that experiments under the conditions described above produced significant 
increase in fouling as milk temperature is higher. Consequently, the fouling is faster when 
milk temperature is higher.
The fouling process also could be noted with mass flow rate decreasing, during milk 
processing. At 70ºC the mass flow decreased along milk processing, from 0.00974 to 
0.0062 Kg/s (36% reduction in mass flow rate). At 80ºC this decrease was 47%, along the 
pasteurization process.
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Conclution
• About whey protein fouling analysis, it can be concluded that the process doesn’t happen 
at a constant rate, accelerating with time, and in the tube inlet the deposition was more 
accentuated that in the outlet, because the radius reduction was more quickly in that area. 
Besides, the amount of the deposit in areas near the tube entrance was larger when the inlet 
temperature was higher, because the necessary time for the tube radius decrease in 30% was 
smaller when the fluid average temperature was higher. The algorithm here developed can 
be applied to foresee the protein deposition when food fluids flow inside a tube, being this 
an useful program in the controlling and automation in tubular heat exchangers. 
References
1. A.O.A.C. Official Methods of Analysis. (1980). Washington: Sidney Willians. 
2. Daniele, C., Machado, R.N., Baracat, R.S. R.S., Bessi, R., Packer, L. (1994). Efeito de 
diferentes manejos de fornecimento prolongado de colostro sobre os níveis de proteína e 
albúmina séricas e desempenho de bezerras recém-nascidas. Sci. Agric, 51(2), 206-228.
3. Fox, P. F. Developments in Dairy Chemistry - 4. (1989). New York: Elsevier Science 
Publishers Ltda, 382p.
4. Helm, C., Alicia, F. (2004).Chemical characterization of Brazilian hulless barley varieties, 
flour fractionation, and protein concentration. Sci. Agric., 61 (6), 593-597. 
5. Kim, J.C. (1998). Milk protein/stainless steel interaction relevant to the initial stage of 
fouling in thermal processing. Journal of Food Process Engineering, 21 (5), 369-386.
6. Langerdorff, V., Cuvelier, G., Launay, B., Michin, C., Parker, A., Kruif, C. G. (1999). 
Casein micelle/iota carragenan interactions in milk: influence of temperature. Food 
Hydrocolloids, 13 (1), 211-218.
7. Mann, B., Malik, R. C. (1996). Studies on some functional characteristics of whey protein-
polysaccharide complex. Journal of Food Science and Technology, 33 (3), 202-206.
8. Mine, Y. (1995). Recent advances in the understanding off egg white protein functionally. 
Trends in Food Science and Technology, 6 (7), 225-232.
9.Morr, C. V., German, B., Kinsella, J. E., Regenstein, J. M., Buren, J. P., Kilara, A., Lewis, B. 
A., Mangino, M. E. (1985). A collaborative study to develop a standardised food protein 
solubility procedure. Journal of Food Science, 50 (6), 1715-1718.
10.Mutilangi, W. R. M., Kilara, A. (1985). Functional properties of heat-denatured whey 
protein. I Solubility. Milchwissenschaft, 40 (6), 338-340.
27
Revista Publicaciones e investigación • isnn: 1900-6608 • volumen 2 no. 1 • Julio de 2008
11.Nakai, S., Chan, L. (1985). Structure modification and functionality of whey proteins: 
quantitative structure-activity relationship approach. Journal of Dairy Science, 68 (10), 
2763-2772.
12.Pelegrine, D.H.G., Gasparetto, C.A. (2004). Whey proteins as function of temperature and 
pH. Lebensmittel-Wissenschaft und-Technology, 38(1), 77-80.
13.Pelegrine, D.H.G.; Gasparetto, C.A. (2005). A comparative study between ovalbumin and 
lactoglobulin fouling in a tube hot surface. Journal of Food Engineering, 73(4), 394-401.
14.Vojdani, F. (1996). Solubility. London: Blackie Academic & Professional. In Methods of 
Testing Protein Functionality (pp. 11-60). 
15.Wong, W. S., Camirond, W. M., Pavlath, A. E. (1996). Structures and functionality of milk 
proteins. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 36 (8), 807-844.
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dISEÑO Y OPERACIÓN dE PLANTA PILOTO PARA LA 
PROdUCCIÓN dE BIOdIESEL A PARTIR dE ACEITES dE fREIdO
dESINd AN OPERATION Of PILOT PLANT PROdUCTION Of 
BIOdISEL fRON fRYING OILS
Nelly Morales Pedraza1, Luis Alejandro Diaz Aldana2 
Resumen
El objetivo de este artículo es presentar una innovación tecnológica a pequeña escala de una 
planta piloto cuyo objetivo es la producción de ésteres etílicos o metílicos a partir de aceites 
vegetales utilizados en la industria alimentaría para ser empleados como combustible en motores 
tipo Diesel y, de esta manera, generar alternativas de uso para dichos aceites reutilizados y, 
adicionalmente, generar nuevas opciones en biocombustibles que puedan reemplazar a los 
ésteres metílicos, ya que estos requieren para su obtención el uso de metanol, un producto que 
por lo general es de origen petroquímico y altamente tóxico. 
En esta planta se pueden evaluar aceites gastados de diferentes tipos y diverso origen o estudiar 
aceites provenientes de industrias alimentarías que generalmenteson una mezcla de oleína de 
palma y aceite de soya y otras veces son aceites de palma hidrogenados o también mezclas 
de aceite gastado con aceite de palma refinado RBD (refinado, blanqueado y desodorizado).
 
Los resultados obtenidos serán, la base del diseño y montaje de una planta piloto para la producción 
de biodiesel en lotes de 6 litros por hora aproximadamente, lo cual se evalúa bajo condiciones 
simuladas de carga y operación. Para tal fin, se diseñó e implementó un reactor “batch” con 
calentamiento y agitación mecánica, con controladores de temperatura, condensación y reflujo total 
del alcohol, manteniendo una relación molar de 6:1 (alcohol/aceite), que es considerada la relación 
óptima en la esterificación básica de acuerdo con varias publicaciones científicas. La temperatura 
de la reacción se fija en 60°C y presión atmosférica. La productividad de la reacción se determinó 
por cromatografía de gases, arrojando un porcentaje superior a 95% de esteres obtenidos. 
Palabras clave: planta piloto, esterificación, aceites de freir, éster, biodiesel.
Abstract
The objective of this article is present the pilot plant used in the research titled: Production of 
biodiesel from used edible oils to industrial level for the production of methyl or ethyl esters 
1 Ingeniera de Alimentos, Química, Coordinadora Especialización en Procesos de Alimentos y Biomateriales, 
Unad. E mail: nelly.morales@unad.edu.co.
2 Ingeniero Químico, Candidato a Magíster en Ingeniería Química, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bo-
gotá, E mail: ladiaza@unal.edu.co.
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from vegetable oils used in the food industry that be used as a fuel in diesel engines type, 
in order to generate alternative use for these oils are reused, and additionally, generate new 
options in biofuels that can replace methyl ester, since these need of methanol, a product that 
usually is a derived petrochemical and highly toxic.
In this small-scale plant for the production of ethyl esters (biodiesel) can be evaluated spent 
oils of different kinds and diverse origin, or study oils from food industries, which are usually 
a blend of palm oil and soybean oil, and other times palm oils hydrogenated or mixtures of oil 
spent with palm oil refining RBD (refined, bleached and deodorized).
 
The results are the basis for the design and construction of a pilot plant to produce biodiesel by 
lot of 6 liter by hour approximately, which is evaluated under simulated conditions of loading 
and operation. It was designed and implemented a batch reactor with heating and stirring 
mechanics, drivers with temperature, condensation and total alcohol reflux, maintaining a 
molar relationship of 6:1 (alcohol/oil), which is considered the best relation for a esterification 
with basic catalysis several scientific publications. The temperature of the reaction is set at 
60 °C and atmospheric pressure. The productivity of the reaction was determined by gas 
chromatography, the result was superior at 95% of ester obtained.
Keywords: pilot plant, esterification, vegetable oil, ester, biodiesel.
Recibido: septiembre de 2007
Aprobado: diciembre de 2007
Introducción
La transformación química de los desechos oleosos derivados de aceites vegetales constituye una 
propuesta interesante para un mejor aprovechamiento de los residuos provenientes del procesamiento 
de alimentos mediante el uso de aceites de freído, con una gran diversidad de posibilidades para el 
desarrollo de productos como el biodiesel con el siempre atractivo rótulo de “recurso natural renovable”. 
Varios estudios muestran las bondades de profundizar en esta temática ambiental, ya que no solo se 
favorece la materia prima con la recolección de desechos de aceites usados en frituras y golosinas, 
por el ahorro en el posterior tratamiento de efluentes, sino que al final de la cadena productiva, 
también con un porcentaje de biodiesel como combustible se reducirá el índice de emisiones 
gaseosas contaminantes a la atmósfera.
Ante la demanda nacional debidamente reglamentada por el marco jurídico de la Ley 939 de 2004, 
de incorporar los biocombustibles (bioetanol y biodiesel) obtenidos a partir de la transformación de 
biomasa vegetal a los combustibles derivados de petróleo, los aceites vegetales representan una 
alternativa por el nivel de producción anual actual y futuro. Fedepalma proyecta para el año 
2010 1,35 millones de toneladas de aceite y 3,5 millones de toneladas/año para el 2020, solo a 
partir de palma de aceite. Sin embargo, en promedio, solo el 60% del aceite de palma producido 
se consumiría en el mercado interno y el 40% sería dirigido a mercados externos. En algunas de 
las regiones palmeras, el desarrollo del cultivo por razones sociales y políticas, necesariamente 
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Revista Publicaciones e investigación • isnn: 1900-6608 • volumen 2 no. 1 • Julio de 2008
implicará el fomento del cultivo mediante la incorporación de pequeños productores, quienes 
deberán ser beneficiarios directos de la favorabilidad del mercado de los aceites destinados a 
consumo interno, externo y transformación a biocombustibles; cabe esperar, entonces, que se 
puede proyectar el establecimiento de plantas a pequeña escala, productoras de biodiesel de 
palma de menor costo y capacidad, con un buen nivel de productividad que permita favorecer 
al núcleo de pequeños y medianos agricultores que requieran del Diesel para sus labores 
agrícolas. El reto para cualquier país o región consiste en la implementación de procesos 
basados en materias primas autóctonas, los cuales se deben optimizar con el fin de obtener un 
biodiesel con un costo de producción bajo que lo haga competitivo, pero que cumpla con las 
especificaciones internacionales de calidad para su uso como combustible en motores diesel 
(Torres y colaboradores, 2003).
Este trabajo forma parte integral del proyecto de investigación intitulado: Producción de 
biodiesel a partir de aceites de frituras obtenidos industrialmente”, cuyo objetivo primordial es 
plantear, mediante una alternativa técnica, la solución (el biodiesel) para el uso de los aceites 
vegetales comestibles desechados por la industria alimentaría y principalmente enfocado hacia 
el mercado de frituras o aceites de golosinas, que permitirá involucrar en estudios posteriores 
a un grupo de industrias que se encuentren interesadas en impulsar esta alternativa y así 
lograr mayores avances. Teniendo en cuenta que los aceites vegetales y grasas animales 
se constituyen en un biomaterial renovable de múltiples aplicaciones, este proyecto de 
investigación beneficiará el programa posgradual de Especialización en Ingeniería de Procesos 
en Alimentos y Biomateriales, ya que gracias a la cobertura nacional de la UNAD se podrá 
llegar con aportes tecnológicos a regiones donde precisamente se encuentra la materia prima 
(cultivadores de palma de aceite, industrias porcícolas y avícolas, etc.), generándoles un valor 
agregado y creando, por ende, más fuentes de empleo para el mejoramiento de la calidad de 
vida de las poblaciones aledañas y zonas no interconectadas.
 
Variables del proceso
La definición de biodiesel propuesta por las especificaciones ASTM (“American Society for 
Testing and Material Standard” Asociación Internacional de Normativa de Calidad) lo describe 
como ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga, derivados de lípidos renovables 
tales como, aceites vegetales o grasas de animales que se emplean en motores de ignición de 
compresión. Sin embargo, los ésteres más utilizados, son los de metanol y etanol (obtenidos a 
partir de la transesterificación de cualquier tipo de aceites vegetales o grasas animales o de la 
esterificación de los ácidos grasos) debido a su bajo coste y a sus ventajas químicas y físicas. En 
la tabla 1 se presentan las variables por tener en cuenta en el proceso de obtención del biodiesel 
(Narváez y colaboradores, 2004-5).
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Tabla 1. Principales variables del proceso
materiales y método
La diversidad de aceites y grasas empleados en la producción de biodiesel, tal como se 
describió previamente, ha llevado al establecimiento de la normatividad de acuerdo con las 
materias primas empleadas en cada una de las regiones; por tanto, no existe una única norma 
que defina o reglamente las propiedades para todos los ésteres empleados como biodiesel 
(Knothe, 1997). El aceite de fritura usado es una de las alternativas con mejores perspectivas en 
la producción de biodiesel, ya que es la materia prima más barata y con su utilización se evitan 
los costes de tratamiento como residuo. Por su parte, los aceites usados presentan un bajo nivel 
de reutilización, por lo que no sufren grandes alteraciones y muestran una buena aptitud para 
su aprovechamiento como biocombustible. Sin embargo, su utilización presenta dificultades 
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logísticas, no sólo por su recogida, como se ha dicho, sino también por su control y 
trazabilidad debido a su carácter de residuo (Zapata, 2006).
Para el desarrollo de la investigación se realizó la estandarización de las técnicas de aná-
lisis cromatográfico y de los ensayos de caracterización física y química de aceites para la 
fabricación de los ésteres metílicos (Torres et al, 2005). El biodiesel no contiene azufre en 
proporciones significativas; el contenido de aromáticos es casi nulo y su toxicidad es muy 
baja. En cuanto a la utilización del biodiesel como combustible de automoción, ha de seña-
larse que las características de los ésteres son más parecidas a las del diesel que las del aceite 
vegetal sin modificar (Mittelbach, 1988). La viscosidad del éster es dos veces superior a la 
del diesel frente a diez veces o más de la del aceite crudo; además, el índice de cetano de 
los ésteres es superior, siendo los valores adecuados para su uso como combustible. ASTM 
ha especificado distintas pruebas que se deben realizar a los combustibles para asegurar su 
correcto funcionamiento. En la tabla 2 se muestran algunas propiedades especificadas en 
la Norma Técnica Colombiana NTC 5444 para uso en motores diesel.
Tabla 2. Requisitos del biodiesel para mezcla con combustibles diesel
(1) Los valores para estos parámetros deben establecerse en las normas técnicas especi-
ficadas que se definan para cualquier mezcla biodiesel – diesel en cualquier proporción. 
Los valores definidos deberán ser sustentados en estudios realizados en laboratorios acre-
ditados y avalados por autoridad competente. 
(2) El carbón residual debe ser determinado sobre el 100% de la muestra. 
(3) Se recomienda complementar con el método ASTM D4625, con niveles máximos de 1,5 
mg/100 ml a seis semanas.
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El poder calorífico inferior de referencia reportado por el método ASTM D240 debe estar 
alrededor de 39500 KJ/Kg. Los estándares están dados para ésteres metílicos, pero no existe 
diferencia apreciable con sus homólogos etílicos y se pueden adoptar por ahora como una 
base para establecer las propiedades que deben poseer los ésteres etílicos. En la figura 1 se 
presenta el esquema de los principales equipos para el procesamiento de biodiesel.
figura 1. Esquema del equipo de esterificación
Teniendo en cuenta los tiempos de calentamiento del aceite y condensación de etanol en exceso 
(1 y 1.5 horas respectivamente, ya que cerca del 60 % del etanol adicionado es recuperado), así 
como los tiempos de carga y descarga (aproximadamente media hora), se estima que con cinco 
lotes de dos horas cada uno, se pueden cubrir los requerimientos de Biodiesel por día.
En la figura 1 se muestra un diagrama del equipo utilizado en la alcohólisis de aceites vegetales 
usados. La alcohólisis se lleva a cabo en un reactor “batch” con una capacidad de seis litros 
provisto de una chaqueta de calentamiento con aceite térmico y agitación mecánica (300 – 500 
RPM); la reacción sucede por espacio de una hora, con controladores de temperatura y reflujo 
total del metanol, para lo cual se adaptó un condensador, manteniendo una relación molar 
de 6:1 (aceite/alcohol), que es considerada la relación óptima de acuerdo con el trabajo de 
Freedman y colaboradores (1984). La temperatura y presión de la reacción se fijan en 60°C 
y presión atmosférica.
El diseño del reactor debe permitir flexibilidad en la operación y el uso de materias primas 
variadas, así como catalizadores ácidos o básicos (Zeolitas ácidas, KOH, NaOH, Metóxido de 
Sodio), en baja concentración no superior a 3 % de la masa total reactante, aceites con diferentes 
niveles de acidez y etanol con diferentes excesos; por esto, se consideran temperaturas de 
operación desde 20 a 120 °C, presiones de trabajo hasta 60 psi y un presión de diseño de 120 
psi. El reactor cuenta con los sistemas de agitación y control de temperatura respectivos, con 
salida de vapor, reflujo de condensado, acoples para los sistemas de calentamiento y control de 
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temperatura, acoples para tubería de alimentación y descarga, etc., además de un intercambiador 
de calor que permite la recuperación de los productos volatilizados o en exceso.
Para la utilización de biocombustibles en motores diesel se puede recurrir bien sea al uso de 
aceites vegetales (cuya implantación es prácticamente testimonial en la industria), o bien a 
producir ésteres metílicos de aceites vegetales. El biodiesel se puede emplear a su vez puro (como 
se hace en Brasil y en EE.UU.) o en mezclas de biodiesel/Diesel, que es la más común. Para evitar 
introducir modificaciones en motores que se requieren para la utilización de aceites vegetales 
sin modificar y mejorar sus características como carburantes, se recurre a transformarlos en sus 
derivados ésteres metílicos o etílicos (Quiñones, 2003). De esta manera se consigue que las largas 
cadenas ramificadas iniciales, de elevada viscosidad y alta proporción de carbono se transformen 
en otras de cadena lineal, de menor viscosidad y porcentaje de carbono y de características físico-
químicas y energéticas más similares al diesel de automoción. Este biodiesel se puede utilizar ya 
sea puro, o mezclado en distintas proporciones junto con el diesel de automoción, que es la forma 
más habitual de utilización.
Unidad de reacción: consiste en un tanque agitado (reactor “batch”) que se diseñó para 
operar por lotes, teniendo en cuenta que este tipo de operación es la más económica para 
bajos volúmenes de producción. La selección del material que se empleará en la construcción 
de un equipo requiere tener en cuenta aspectos como corrosión, condiciones de operación del 
equipo, facilidad en su consecución y mecanizado, así como costo del material y mantenimiento 
del equipo. Se selecciona acero inoxidable tipo 316 para la construcción del reactor y demás 
equipos. En contacto con el acero 316 la corrosión estimada por año para condiciones de 
operación continua (pulgadas/año) es presentada en la tabla 3. Como se podrá observa en 
esta tabla el acero inoxidable presenta ventaja ya que la corrosión es inferior a la de otros 
materiales como acero al carbón. 
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Tabla 3. Velocidad de la corrosión sobre el acero de las materias primas 
utilizadas en la producción de biodiesel
Sistema de calentamiento: el calentamiento de la mezcla reactante se efectúa con un sistema de 
resistencias inmersas, que minimiza la inercia térmica presentada por otro tipo de configuraciones 
como las chaquetas; además, su bajo costo y facilidad de control de temperatura con respecto a 
los otros sistemas, lo hace accesible para los propósitos requeridos. Recomendación del diseño:se fabrica con resistencia de potencia total de 2000W con tres elementos calefactores de longitud 
total cada uno (elementos en U), esto para disminuir la potencia disipada por unidad de longitud.
El calentamiento de la masa reactante se efectúa con un sistema de resistencias inmersas, que 
minimiza la inercia térmica presentada por otro tipo de configuraciones como las chaquetas; 
además, su bajo costo y facilidad de control de temperatura con respecto a los otros sistemas, lo 
hace accesible para los propósitos requeridos.
El calor de reacción se calcula a partir de la diferencia entre los calores de combustión de 
reactantes y productos a 25 °C y es corregido hasta la temperatura de reacción de 76 °C. El calor 
de combustión para el aceite se toma como el del aceite de palma reportado por la literatura:
Calor específico para el aceite: 1.93 kJ/kg. 
Calor específico para el etanol: 2.62 kJ/kg. 
Calor específico para el éster de etilo: 1.96 kJ/kg. 
Calor específico para la glicerina: 2.51 kJ/kg. 
Con esto, el calor de reacción a 76 °C es:
 
El calor de reacción referido al biodiesel en relación estequiométrica es:
Sistema de control de temperatura: para el sistema de control de temperatura, que se basa 
en controlar la disipación de energía por parte de las resistencias, se propone una estrategia 
de control SR1; como sensor, una termocupla tipo J (rango de temperatura 100 a 400 °C); un 
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controlador digital PID Shimaden autosintonizable (SR1 series) y como elemento final de control 
un Relay de estado sólido (que actúa como contacto). 
Sistema de agitación: el material de construcción del agitador se escoge como acero 
inoxidable 316 por las razones ya mencionadas. Los patrones de agitación y la turbulencia 
en las etapas iniciales de la transesterificación deben ser tales que permitan una adecuada 
interacción de los reactantes; para esto, se escoge un impulsor tipo turbina abierta con cuatro 
aspas y ángulo de inclinación de 45°. Esta configuración es útil cuando se desea realizar 
mezclas de sustancias inmiscibles o sólidas que precipitan, pues favorece un flujo tanto radial 
como axial que garantiza turbulencia y mezclado; adicionalmente, el consumo de potencia 
para este tipo de agitadores es inferior al de otras configuraciones.
 
Consumo de potencia: es deseable que al interior del equipo de reacción el régimen de 
flujo dado por el agitador sea turbulento; esto se logra generalmente cuando el número 
de Reynolds (Re) es superior a 10.000; experimentalmente se comprobó que un buen 
grado de agitación y mezclado se obtiene con velocidades de agitación superiores 300 
a 600 RPM.
figura 3. Potencia en función de velocidad del motor (RPM) para las mezclas BDM (Gonzáles, 2006)
 
figura 4. Potencia en función de velocidad del motor (RPM) para las mezclas BDP (Gonzáles, 2006) 
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figura 5. Torque en función de velocidad del motor (RPM) para las mezclas BDM (Gonzáles, 2006)
figura 6. Torque en función de velocidad del motor (RPM) para las mezclas BDP (Gonzáles, 2006)
descripción del proceso
Adecuación de materias primas: los insumos deben tener características especiales para 
beneficiar la transesterificación; el aceite debe estar seco, es decir, libre de humedad, al igual 
que el alcohol que debe ser anhidro. La mezcla catalizadora debe prepararse previamente 
disolviendo la soda y el alcohol; es importante ser cuidadoso, ya que el agua puede incorpo-
rarse. El pretratamiento para eliminar los ácidos grasos libres consiste en la neutralización 
con NaOH, seguida de la separación de los jabones y fosfolípidos por precipitación y 
posterior centrifugación; posteriormente, se lava el aceite con agua para retirar los jabones 
residuales y, finalmente, se elimina la humedad por secado al vacío.
Transesterificación: una vez obtenida la materia prima, el proceso de fabricación de este 
producto resulta bastante sencillo desde el punto de vista técnico. El aceite se somete a un proceso 
denominado “transesterificación”, en el que se hidrolizan los enlaces éster de los triglicéridos, 
obteniendo nuevos ésteres con los ácidos grasos liberados en la hidrólisis y un alcohol sencillo que 
se utiliza como reactivo.
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El proceso se realiza en presencia de un catalizador, normalmente sosa o potasa, y a una temperatura 
moderada de unos 60 °C. En realidad, se trata de algo muy parecido a la elaboración del 
jabón casero con el aceite que se reciclaba antiguamente. De hecho, durante la elaboración 
del biodiesel se obtiene el principal compuesto de estos jabones: la glicerina, que es un 
subproducto de gran valor añadido y con múltiples salidas comerciales en los sectores 
químico, agrario y alimentario. El rendimiento de este proceso productivo es alto: a partir de 
una tonelada de aceite, 156 kg de metanol y 9,2 kg de potasa se pueden obtener 956 kg de 
biodiesel y 178 kg de glicerina sin refinar, además de recuperar 23 kg de metanol.
Separación de los productos: los triglicéridos deben tener un valor ácido bajo y los materiales 
deben contener baja humedad. La adición de catalizadores de hidróxido de sodio compensa 
la alta acidez, pero el jabón resultante provoca un aumento de viscosidad o de formación 
de geles que interfieren en la reacción y en la separación del glicerol. Cuando no se dan 
estas condiciones los rendimientos de la reacción se reducen sustancialmente. El hidróxido y 
metóxido de sodio o de potasio deben mantener un grado de humedad bajo. Su contacto con 
el aire disminuye la efectividad del catalizador por su interacción con el dióxido de carbono 
y la humedad. La formación de éster etílico comparativamente es más difícil que la de éster 
metílico; especialmente, la formación de una emulsión estable durante la etanólisis es un 
problema. El etanol y el metanol no se disuelven con los triglicéridos a temperatura ambiente 
y la mezcla debe ser agitada mecánicamente para que haya transferencia de masa. Durante 
la reacción generalmente se forma una emulsión. En la alcohólisis esta emulsión desciende 
rápidamente formándose una capa rica en glicerol quedándose en la parte superior otra zona 
rica en éster metílico. En cambio en la etanólisis esta emulsión no es estable y complica 
mucho la separación y purificación de los esteres etílicos. 
La emulsión se debe en parte a la formación de monoglicéricos y diglicéricos intermedios, que 
contienen tanto grupos hidróxidos polares como cadenas de hidrocarburos no polares. 
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Revista esPecializada en ingenieRía de PRocesos en alimentos y biomateRiales. unad.
Conclusiones
• La información generada brindó herramientas de análisis y fue importante para el diseño del 
sistema de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales de uso industrial y/o freído 
usados mediante la implementación de una planta a pequeña escala con una capacidad por 
lote de seis litros por hora.
• La etapa principal del proceso es la etanólisis que se desarrolla en fase líquida. Debido 
a las características de los compuestos, al inicio de la reacción se encuentran dos fases 
líquidas: el aceite y el alcohol, que con el transcurrir de la reacción se transforman en una 
mezcla cuasihomogénea debido al efecto emulsificante de los intermedios formados, los 
cuales por medio de una etanólisis catalítica básica reaccionan para obtener etil éster.
• Al final de la reacción, donde la concentración de los intermedios es baja, la mezcla nuevamente 
se separa en dos fases: una rica en biodiesel y otra en glicerina, jabones y sales de catalizador 
(KOH / NaOH). 
Agradecimiento
Los autores agradecen a la Universidad Nacional Abierta y a Distancia y al Instituto Colombiano 
para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología“Francisco José de Caldas” – COLCIENCIAS por 
su apoyo a la investigación.
Referencias Bibliográficas
FREEDMAN, B.; PRYDE, E. H.; MOUNTS, T. L. Variables affecting the yields of fatty esters 
from transesterified vegetable oils. Journal of American Oils Chemist Society, Vol. 61, No. 
10, pág. 1638 – 1643. 1984.
FUKUDA; KONDA y NODA. Biodiesel Fuel Production by Transesterification of Oils. En: Journal of 
Bioscience and Bioengineering Vol. 92, No. 5, 405-416. 2001.
GONZÁLES S, Luis C. Manual de operación de la planta de biodiesel. 2006.
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS -. ICONTEC NTC 5444. Biodiesel 
para uso en motores Diesel. 2006.
KNOTHE, D. B. Biodiesel: The use of vegetable oils and their derivatives as alternative 
diesel fuels. Chapter 10: “Fuels and Chemicals from Biomass”. Am. Chem. lng. Soc., 
Washington, 1997.
MITTELBACH, Martin. y TRITTHART, Peter. Diesel Fuel Derived from Vegetable oils, III. 
Emission Tests Using Methyl Esters of used Frying Oils. En: Journal of the American Oil 
Chemists Society. Vol. 67, No. 7; June, 1988.
41
Revista Publicaciones e investigación • isnn: 1900-6608 • volumen 2 no. 1 • Julio de 2008
NARVÁEZ R., P. TORRES O., J. A.; SÁNCHEZ C., F. J. y PONCE DE LEÓN Q., L. F. 
Influencia de la temperatura y el porcentaje del catalizador en la etanólisis del aceite de 
palma. Revista Colombiana de Química. ISSN 0120 2804, Vol. 33, pág. 109 – 115. 2005.
NARVÁEZ R., P. TORRES O., J. A.; SÁNCHEZ C., F. J. y PONCE DE LEÓN Q., L. F. 
Producción de esteres metílicos de ácidos grasos: variables asociadas al proceso de 
transformación. Revista Ingeniería e Investigación. ISSN 0120 5609, Vol. 55, pág. 41 - 
50. 2004.
NARVÁEZ R., P. TORRES O., J. A.; SÁNCHEZ C., F. J. y PONCE DE LEÓN Q., L. F. 
Determinación cromatográfica de gases de alquil esteres de ácidos grasos. Revista Ingeniería 
e Investigación. ISSN 0120 5609, Vol. 57, pág. 58 - 62. 2004.
QUIÑONES, Leonardo; MATEUS, Oscar. Dimensionamiento y Montaje de un Reactor 
Piloto para la Obtención de Biodiesel a partir de Aceites Vegetales Gastados. Universidad 
Nacional de Colombia Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Química. 
Bogotá, Colombia, 2003.
TORRES O., J. A.; PONCE DE LE+ON Q-, L. F.; NARVÁEZ R-,, P. C. y SÁNCHEZ C., F. J. 
Obtención de estearato de metilo derivado de estearina de palma hidrogenada. Revista de 
Investigaciones. Vol. 4, No.2, 150 – 162. 2005.
 
TORRES O., J. A.; SANCHEZ C., F. J. y NARVAEZ R., P. C. Análisis del Proceso de 
Producción de Ésteres Metílicos. Memorias XXII Congreso Colombiano de Ingeniería 
Química. 13 – 18. ISSN 1692-925X. 2003.
TORRES O., J. A.; RIVAS, A. I., LIZARAZO, F. y CASTAÑEDA, W. J. Oleoquímica, 
coyuntura de investigación y desarrollo en el área de aceites vegetales. Memorias XXII 
Congreso Colombiano de Ingeniería Química. 58 – 63. ISSN 1692-925X. 2003.
ZAPATA, Carlos David, MARTÍNEZ, Iván Darío, ARENAS, Erika, HENAO, Carlos Andrés. 
Producción de biodiesel a partir de aceite crudo de palma: 1. Diseño y simulación de dos 
procesos continuos. Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín, Colombia, 2006.
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OPTImIZACIÓN dE LAS CONdICIONES dE PROCESO PARA LA 
ELABORACIÓN dE LA ESPONJA LíQUIdA dE PAN dE mOLdE A 
TRAVéS dE UN dISEÑO fACTORIAL dE EXPERImENTOS
OPTImIZING CONdITIONS fOR ThE dEVELOPmENT
PROCESS Of ThE SPONGE LIQUId BREAd mOLd
ThROUGh AfACTORIAL dESIGN
Claudia Marcela Quintero Gil1, Helio Rueda Quijano2 
Resumen
El pan dentro de sus múltiples formas es uno de los alimentos más antiguos y ampliamente 
consumidos por la humanidad; su aparición no se conoce a ciencia cierta, pero se presume que 
fue en el oriente medio, lugar donde empezó a cultivarse el trigo.
Debido a su evolución en las diferentes culturas han sido muchos los desarrollos tecnoló-
gicos e industriales; sin embargo, todos los procesos que han sido diseñados para la fabri-
cación del pan han tenido una finalidad común y simple: la conversión de la harina de trigo 
en un alimento esponjoso y apetitoso. 
Este objetivo se ha logrado a través de una serie de fases comunes como son la mezcla de 
agua y harina, junto con la levadura, sal y otros ingredientes particulares en proporciones 
adecuadas, así como la generación de sabor y aroma específicos mediante la fermentación y el 
desarrollo de una estructura de gluten en combinación con la aplicación de energía mecánica 
durante el amasado y la obtención posterior de una estructura final fija y consistente con un 
color agradable mediante el horneado.
Para lograr este objetivo que se fundamenta en los procesos de fermentación, la industria de la 
panificación ha creado el término esponja para referirse a un prefermento cuya función principal 
es precisamente modificar el sabor y aroma y contribuir al desarrollo final de la masa mediante 
cambios en las propiedades reológicas de la mezcla. 
 
Entre los ingredientes de la esponja se destaca el alimento para levadura, conocido por sus 
iniciales como APL, el cual tiene como función principal la de regular la fermentación mediante 
la combinación adecuada, tanto cualitativa, como cuantitativa, de los ingredientes..
1 Claudia Marcela Quintero Gil. Ingeniero de alimentos, Especialista en Ingeniería de Procesos en Alimentos y 
Biomateriales. E mail:claussquin@yahoo.com
2 Helio Rueda Quijano. Ingeniero Químico, Especialista en Ingeniería de Procesos en Alimentos y Biomateriales. 
E mail: helio.rueda@gmail.com
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Revista esPecializada en ingenieRía de PRocesos en alimentos y biomateRiales. unad.
El estudio de esta combinación se planteó en el presente trabajo con base en un diseño factorial 
de experimentos con tratamiento estadístico buscando evaluar los efectos de la formulación en 
combinación con la temperatura sobre una variable, respuesta denominada poder de gasificación 
la cual midió indirectamente el desarrollo de la fermentación en las esponjas líquidas que sirven 
como base para la preparación de pan de molde.
Los resultados arrojados permitieron definir una formulación del APL y una temperatura óptima 
en los cuales la variable de respuesta alcanzó los máximos valores deseados. Todo este estudio 
estuvo permanentemente apoyado en un método estadístico que facilitó llegar a conclusiones 
veraces y, además, aplicar los conocimientos adquiridos durante la especialización en Ingeniería 
de Procesos en Alimentos y Biomateriales.
Palabras clave: diseño factorial, APL, esponja líquida, actividad amilásica, actividad de 
levadura, pan de molde.
Abstrac
The bread in its many forms is one of the oldest and most widely food consumed by humanity, 
its appearance is not known for sure, but it is presumed that he was in the Middle East, where 
he began to cultivate wheat.
Due to its development in different cultures have been many developments in technology and 
industry, however all the processes that are designed to make bread have had a common purpose 
and simple, the conversion of wheat flour in a food spongy and appetizing.
This objective has been achieved through a series of stages are common as the mixture of water 
and flour with yeast, salt and other ingredients individuals in appropriate proportions; the 
generation of specific aroma and flavor through fermentation and the development a structure 
of gluten in combination with the application of mechanical energy during the kneading and 
the subsequent acquisition of a fixed and final structure consistent with a nice color through 
the baking.
To achieve this goal which is based on the fermentation of the baking industry has created 
the term to refer to a sponge pre whose primary function is precisely to change the flavor 
and aroma and contribute to the development of the mass through changes in the properties 
rheological properties of the mixture.
Among the ingredients of the sponge is drawn to the food for yeast known as (APL) that has 
the primary role of regulating the fermentationthrough the right mix of ingredients both 
qualitatively and quantitatively.
The study of this combination was raised in this paper using a factorial design of experiments 
with statistical treatment looking to evaluate the effects of the formulation in combination with 
the temperature on a response variable called gasification power which indirectly measured 
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the development of the fermentation Liquid sponges that serve as a basis for the preparation 
of bread mold.
The results made it possible to define a design and the apl an optimum temperature at which 
the variable response reached the maximum values desired. This whole study was supported 
permanently on a statistical method that provided power to reach accurate conclusions, and 
apply the knowledge acquired during the specialization in Process Engineering in Food and 
biomaterials.
Key words: factorial design, APL, liquid sponge, business yeast bread mold.
Recibido: enero de 2008
Aprobado: marzo de 2008
Introducción
En la industria panadera y, especialmente, en los procesos a gran escala se ha podido identificar que uno de 
los retos principales es mantener una calidad consistente en los procesos y en los productos que le permita 
destacarse y alcanzar las metas en las ventas esperadas dentro de un rango de rentabilidad razonable.
Este reto no es fácil de superar y obliga al personal técnico de las compañías a permanecer en contacto 
permanente con las innovaciones tecnológicas en procesos e ingredientes y a optimizar los existentes.
Para la elaboración del pan existen varios métodos cuya diferencia radica principalmente en 
la forma de preparación de la masa, entre ellos: método directo, procesado rápido, desarrollo 
mecánico y esponja y masa; este último es el más aplicado en la industria porque con él se 
obtienen unas mejores propiedades reológicas de la masa, un proceso controlado, un buen 
desarrollo final de masa y un producto con mejores características de sabor y aroma. 
En el proceso de masa con esponja se destaca el de esponjas líquidas en el cual se pueden identificar 
como etapas principales, la preparación, el mezclado, la fermentación y el enfriamiento; en todas ellas 
existen variables de control, tales como, la ingrediación, el tiempo y, especialmente, la temperatura de 
fermentación, la cual marca el rumbo del proceso.
Estos procesos se han venido definiendo a través de los años y están basados en conocimientos 
empíricos, en experiencias con otros procesos o en estudios científicos susceptibles de 
mejorar. Aunque se han obtenido buenos resultados, siempre mantendrán un porcentaje alto 
de aleatoriedad y en algunos momentos generarán fluctuaciones al proceso que se evidencian 
en inconsistencias en la calidad del producto.
El trabajo en mención plantea optimizar la etapa del proceso de fabricación del pan de molde, 
denominada esponja líquida, mediante un diseño factorial de experimentos 2k, buscando 
optimizar una formulación del alimento para levadura (APL) y una condición inicial de 
proceso como es la variable temperatura, parámetros que en conjunto contribuyen a reducir 
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las fluctuaciones del proceso, impactan en los costos de producción generando ahorros en el 
consumo de levadura y, en general, brindan una mejor calidad en el producto terminado.
materiales y métodos
Para el estudio de las variables que tienen efecto en el proceso de gasificación de la levadura en 
esponjas líquidas y de acuerdo con la revisión bibliográfica se planteó inicialmente un diseño 
de experimentos tipo “screen design” y, posteriormente, un factorial 2k, con puntos axiales 
tomando las variables significativas de la formulación y la variable de proceso. Se realizaron 
doce experimentos en la primera parte y dieciséis en la segunda con tres repeticiones cada 
uno más seis puntos axiales, aplicando la técnica analítica de determinación del poder de 
gasificación en levaduras3.1
Equipos y material:
• Balanza analítica.
• Presurómetro de vasija con manómetro.
• Baño de agua a temperatura controlable.
• Utensilios: vidrio de reloj, espátula, varilla de agitación.
Procedimiento. se colocaron 100 g de harina (en base 14% de humedad) y la formulación en 
estudio en la vasija del presurómetro, la cual fue calentada a la temperatura de referencia (25 ó 
27°C); se mezcló perfectamente con una espátula; se roscó la tapa con el manómetro y se colocó el 
aparato en el baño de agua que estaba puesto previamente a la temperatura de referencia.
Después de 5 minutos, con el fin de dejar que todo el sistema adquiriera la temperatura, 
se ajustó el manómetro a cero abriendo la válvula por un instante y se empezó a contar el 
tiempo. Se tomó la lectura después de 3 horas y se reportó la presión final.
descripción general del diseño de experimentos: una vez definida la condición de operación 
y la formulación se planteó el diseño de experimentos tipo “screen design” (Plackett & Burman) 
buscando determinar las variables que tienen influencia y luego un factorial 2k para poder explorar 
en dirección óptima con puntos axiales y con repeticiones. Con esta secuencia de experimentos se 
buscó alcanzar el objetivo de evaluar el efecto de la formulación del APL en combinación con la 
temperatura de fermentación sobre la variable dependiente, “poder de gasificación de la levadura”, 
la cual sirve como indicador de la fermentación en esponjas líquidas.
Los términos estadísticos son:
• Población: soluciones de prefermento (esponjas líquidas).
• Factores: azúcar(g), sal (g), fosfato monocálcico (g), cloruro de amonio (g), oxidante ácido 
ascórbico (g), enzima alfa amilasa (g), oxidante ADA (g), temperatura (°C).
• Niveles: mínimo (-1) y máximo (+1).
3 Técnica AACC 22-11 8E.1991.
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• Unidades experimentales: esponja líquida dentro del presurómetro.
• Variable respuesta: poder de gasificación (psi).
• Tamaño del experimento: 12 experimentos en diseño Plackett & Burman, 16 experimentos 
en factorial 24 más 8 experimentos en puntos axiales.
• Repeticiones: se hicieron tres repeticiones del factorial 24.
Resultados y discusión
El modelo matemático obtenido en la secuencia de experimentos y que sirve de base para el 
análisis de superficies de respuestas es:
R = 22.433 - 1.685 X1 + 1.765 X2 + 3.601 X3
Donde:
R = Poder de gasificación de la levadura
X1 = Concentración de sal en la esponja líquida
X2 = Concentración de cloruro de amonio en la esponja líquida
X3 = Temperatura de fermentación de la esponja líquida
Superficies de respuesta
Del diseño factorial 24 completo se obtuvo las siguientes superficies de respuesta para las 
variables con efectos estadísticamente significativos.
Superficie de respuesta del efecto de sal – cloruro de amonio. En la figura 1 se puede observar que 
los valores óptimos para maximizar el poder de gasificación de la levadura en esponjas líquidas, de 
acuerdo con la secuencia de experimentos, se encuentran en las superficies de contorno, próximas 
al máximo de cloruro de amonio y al mínimo de sal para los efectos en mención.
figura 1. Superficies de respuesta Sal – Cloruro de Amonio
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Superficie de respuesta del Efecto de Sal – Temperatura. En la figura 2 se observan los valores 
óptimos que permiten maximizar el poder de gasificación de la levadura en esponjas líquidas 
para la combinación sal – temperatura quedando la curva de contorno en la región próxima a 
los máximos de temperatura y los puntos medios de la concentración de sal. 
figura 2. Superficies de respuesta sal – temperatura
Superficie de respuesta del efecto de cloruro de amonio – Temperatura. Finalmente, en la figura 
3 se observan los valores óptimos