V CONGRESO IBEROAMERICANO DE TECNOLOGÍA POSTCOSECHA Y AGROEXPORTACIONES 2007

(S3-P78)

EFECTO DE LA TEMPERATURA, VELOCIDAD DEL AIRE Y

ESPESOR DEL PRODUCTO SOBRE LA DEGRADACION DEL ACIDO

ASCORBICO DURANTE EL SECADO CONVECTIVO DE MANGO Y

PAPAYA

GISELA ORTIZ YESCAS, VÍCTOR J. ROBLES OLVERA, GUADALUPE DEL C. RODRIGUES JIMENES, MIGUEL A. GARCÍA ALVARADO y MARCO A.

SALGADO CERVANTES

Instituto Tecnológico de Veracruz, Miguel A. de Quevedo 2779, Col, Formando Hogar, Código Postal 91860, Veracruz, Ver., México, E-mail: [email protected], teléfono +52-229 9341478

Fax +52-229 9345701 Palabras clave: secado – papaya – mango - ácido ascórbico

RESUMEN

El proceso de secado de frutas degrada la calidad tanto física (textura, color) como nutricional. El uso de indicadores de calidad, permite inferir acerca del estado nutricional de un alimento. El ácido ascórbico (c6h8o6), es un indicador de calidad ya que al ser uno de los

nutrientes más sensibles al tratamiento térmico aplicado en frutas, su retención asegura que otros componentes permanezcan sin alterarse durante el procesamiento. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar la degradación de ácido ascórbico durante el secado convectivo de rebanadas de mango y papaya en diferentes condiciones de operación. Se realizaron cinéticas de ácido ascórbico durante el secado a 40, 50, 60 y 70 ºC, a dos velocidades de aire (1,5 y 2,5 m/s), y dos espesores de rebanadas. Los resultados mostraron que la degradación de ácido ascórbico durante el secado sigue una conducta de primer orden. Con el total de los resultados se construyó un modelo de predicción de la constante de velocidad de degradación de ácido ascórbico como función de la temperatura y humedad del producto. El modelo demostró un efecto significante de la temperatura y humedad del producto sobre la constante de degradación. A menor humedad menor constante. Esto era esperado pues al disminuir la humedad disminuye la movilidad de las moléculas involucradas en la degradación. El modelo muestra que el efecto de la velocidad y espesor del producto son consecuencia de la evolución de temperatura y humedad. El modelo obtenido se puede aplicar en ecuaciones diferenciales del proceso de secado para encontrar las condiciones que minimicen la degradación del producto.

EFECTS OF TEMPERATURE, AIR VELOCITY AND THICKNESS

OVER DEGRADATION OF ASCORBIC ACID DURING CONVECTIVE

DRYING OF MANGO AND PAPAYA

Keywords: drying – papaya – mangoes - ascorbic acid.

ABSTRACT

Fruits drying process usually produces a quality degradation both physical (texture, color) as nutritional. The use of quality indicators allows the estimation of the food nutritional state. Ascorbic acid (C6H8O6) may be considered as a quality indicator due its thermal

sensitivity during fruits process, and therefore if it is retained indicates that another compounds present in foods can be not affected during process. Therefore, the aim of this work was to evaluate the ascorbic acid degradation during convective drying of mango and papaya at different operation conditions. Drying kinetics at 40, 50, 60 and 70º C, air velocities of 1.5 and 2.5 m/s, and product thickness of 1.0 and 1.5 cm were evaluated. The result showed that ascorbic acid degradation during drying follow a first order reaction. A prediction model for ascorbic acid degradation velocity constant as function of temperature and product moisture was build with the whole of experimental results. The model showed a significant effect of temperature and moisture over constant. Lower moisture indicates lower constant value. This was as expected because at lower moistures the molecular movement is constrained. The model shows that the effect of air velocity and product thickness have effect trough the temperature and moisture evolution. This model can be applied jointly with drying differential equations for predicting the conditions that minimize product degradation.

INTRODUCCION

El secado es uno de los métodos mas comúnmente utilizado para la preservación alimentos. Sin embargo involucra ciertas transformaciones tanto físicas como químicas, que en algunos casos son indeseables. En el caso particular de frutas el secado provoca degradación de nutrientes (Sablani, 2006). Un método para evaluar el daño provocado por un proceso de secado es el uso de indicadores de calidad. El ácido ascórbico, nutriente importante en los vegetales, es particularmente útil como indicador de calidad debido a su naturaleza termolábil comparada con otros nutrientes en alimentos (Uddin et al., 2002 Ghani

et al, 2002).

La degradación de ácido ascórbico es un fenómeno complejo que incluye reacciones de oxidación y enzimáticas, y por lo tanto un modelo mecanicista para representarla requeriría una gran cantidad de ecuaciones diferenciales con una gran cantidad de parámetros. Debido a esa complejidad es tradicional sintetizar la representación de la degradación de ácido ascórbico con una cinética de primer orden donde la constante de velocidad de degradación es función de la temperatura y de otras variables de proceso. (Uddin et al. 2001; Ghani et al., 2002; Uddin et al., 2002; Goula y Adamopoulos, 2006). De manera general una degradación de primer orden sigue la siguiente conducta,

dC

kC

dt = − (1)

Donde C es la concentración de ácido ascórbico, t es el tiempo, y k es la constante de velocidad de degradación la cual es función de la temperatura y otras variables de proceso.

Frias y Oliveira, (2001), Uddin et al. (2001) y Goula y Adamopoulos, (2006), estudiaron la retención de ácido ascórbico durante el secado de soluciones de maltodextrinas, kiwi y tomates. Todos evaluaron las constantes de velocidad de degradación por un método dinámico, esto es a partir de muestras donde la humedad y temperatura variaban con el tiempo. Uddin et al., (2001) modela la constante de velocidad en función de temperatura y actividad de agua del kiwi. Goula y Adamopoulos, (2006) modela la constante en función de la temperatura y humedad del tomate. Frias y Oliveria (2001) representan la degradación en términos de la reducción decimal ( D ), como función de temperatura. Los modelos de Uddin

et al., (2001) y Goula y Adamopoulos, (2006) predicen que la constante de velocidad de

degradación disminuye al disminuir el contenido de humedad. Uddin et al., (2001) sugieren que el decremento de la velocidad de degradación se debe al aumento en la viscosidad de la solución en el interior del kiwi con el secado y por lo tanto una disminución en la movilidad de las moléculas.

La evaluación de los parámetros cinéticos (constantes de velocidad o reducción decimal) como función de temperatura y humedad durante el secado de frutas como lo sugieren Frias y Oliveira, (2001), Uddin et al. (2001) y Goula y Adamopoulos, (2006) puede tener aplicación en la optimización del proceso de secado desde el punto de vista de retención de nutrientes si se acopla la ecuación (1) con las ecuaciones diferenciales del proceso de

El mango Manila y la papaya Maradol necesarios para este proyecto fueron adquiridos del mercado de la localidad de Veracruz, Ver, México. Las cinéticas de secado fueron realizadas a dos velocidades de aire: 1.5 y 2.5 m/s, los espesores de las frutas empleados fueron de 1.0 y 1.5 cm respectivamente, las cinéticas de degradación de ácido ascórbico fueron evaluadas a 4 temperaturas (40, 50, 60 y 70 ºC ), cada condición experimental fue realizada por duplicado durante el cual se evaluó el contenido de ácido ascórbico retenido en intervalos determinados de tiempo durante el secado. Se utilizo un secado de charola tipo planta pilo marca APEX, modelo SSE17M, cuyo intervalo de operación oscila de 40 hasta 120ºC, con velocidad máxima de aire es 2.5 m/s.

Durante el secado convectivo se tomaron muestras destructivas cada media hora durante las tres primeras horas, posteriormente cada hora hasta obtener una actividad de agua constante para cada una de ellas. En cada muestreo se determino la humedad y el contenido de AA. El ácido ascórbico fue expresado como un diferencial de la concentración con respecto a la concentración inicial y se estableció un cociente de concentraciones con respecto al tiempo. El logaritmo natural del cociente de concentraciones de AA se utilizó para determinar las constantes de velocidad mediante el método de las pendientes. La temperatura de la muestra también fue considerada, para englobar el comportamiento de todos estos datos se estableció una matriz de datos y el modelo fue estimado por medio de una estimación lineal.

La cantidad de AA fue determinado mediante HPLC y la cantidad de humedad fue determinada mediante la técnica de la AOAC 1980. El sistema HPLC, consistió de una bomba Varian Stara 8800. La velocidad de flujo fue de 0.8 ml/min, se uso fosfato diácido de potasio como fase móvil. La separación fue por fase reversa en una columna LC18 (146 por 4.6 mm). La longitud de onda empleada fue de 254 nm, se empleo un detector UV marca water 2487. Las muestras fueron filtradas previas a su inyección en acrodiscos de 0.2 µm, el volumen de inyección por cada muestra fue de 50 µl, todas las muestras fueron corridas por triplicado. Para evaluar las constantes de velocidad de degradación se supuso una cinética de primer orden, y la constante k fue evaluada en diferentes etapas de las cinéticas por el método de las pendientes (previa una suavización de datos) y relacionada con su correspondientes humedad y temperatura mediante un modelo tipo Arrhenius.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las cinéticas de degradación del ácido ascórbico se grafican en las figuras 1 a 4. El efecto de la temperatura de secado es evidente como era de esperarse. El efecto de la humedad del producto y del espesor del producto solo se puede apreciar a partir de la evaluación de las constantes de velocidad de degradación por el método de las pendientes como se describió en la sección de Metodología. Las constantes evaluadas a diferentes temperaturas y humedades (durante cada cinética) se ajustaron con regresión lineal a un modelo tipo Arhenius (con una linearización por transformación logarítmica) para obtener el siguiente resultado para papaya, _ln

( )

Para k en (_min−1_{), X y T son la humedad (en base húmeda) y temperatura (K) del}

producto respectivamente. La ecuación (2) predice una disminución de la constante al disminuir la humedad al igual que los modelos reportados por (Uddin et al. 2001; y Goula y Adamopoulos, 2006). Un valor típico, calculado a X =0.8 y T =320 K produce un resultado de k =0.0020 _min−1_{. Lo cual esta en el mismo orden de magnitud que los valores reportados}

por Goula y Adamopoulos, (2006) de k =0.0012 _min−1 _{a X =0.8 y T =323.15 K en}

15 . 323 =

T K en kiwi. El efecto de la velocidad de aire no fue significante, lo cual se puede explicar considerando que una mayor velocidad de aire produce una mayor temperatura en las muestras, y su efecto sobre la velocidad de degradación queda implícito en el efecto de la temperatura en la ecuación (2). De igual forma el efecto del espesor de las muestras queda implícito en el efecto de la humedad de la ecuación (2).

La ecuación (2) sustituida en la ecuación (1) genera una ecuación diferencial que se puede resolver acoplada con las ecuaciones diferenciales del proceso de secado para predecir la retención de ácido ascórbico durante un proceso de secado.

CONCLUSIONES

Se obtuvo un modelo que predice la constante de primer orden de degradación de ácido ascórbico durante el secado de papaya. El modelo presenta una dependencia tipo Arrhenius con respecto a la temperatura y una relación empírica con respecto a la humedad. El uso del modelo conjuntamente con las ecuaciones diferenciales del secado permitirá la optimización del proceso con respecto a la retención de nutrientes.

AGRADECIMENTOS

Los autores agradecen al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) de México por el soporte financiero del proyecto a través del convenio G35128-B..

BIBLIOGRAFÍA

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thermal destruction of vitamin C in food pouches. Computers and Electronics in Agriculture, v,34, p.129143, 2002.

Goula A, M., Adamopoulos K. G. 2006. Retention of Ascorbic Acid during Drying of Tomato Halves and Tomato pulp. Drying Technology, v.24, p.57-64, 2006.

Herman-Lara, E., Salgado-Cervantes, M.A., and García-Alvarado M.A. 2005. Mathematical simulation of convection food batch drying with assumption of plug flow and complete mixing of air. Journal of Food Engineering, v.68, p.321-327, 2005.

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Fig. 1. Cinéticas de degradación del ácido ascórbico en mango a) Mango a 1.0 cm de espesor y velocidad de aire de 1.5 m/s, b) mango 1.0 cm de espesor y velocidad de aire de 2.5 m/s a las 4 temperaturas (o 40 ºC, ■ 50 ºC, ▲ 60 ºC, X ºC).

Fig. 2. Cinéticas de degradación del ácido ascòrbico en mango a) Mango: 1.5 cm de espesor y velocidad de aire de 1.5 m/s, b) mango 1.5 cm de espesor y velocidad de aire de 2.5 m/s a las 4 temperaturas (o 40 ºC, ■ 50 ºC, ▲ 60 ºC, X ºC). 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 600 800 1000 Tim e (m in) C AAx /C AA o 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 600 800 1000 Tim e (m in) CA Ax /C AA o a) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 600 800 1000 Tim e (m in) CA Ax /C A Ao 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 600 800 1000 Tim e (m in) C AAx /C AA o a) b)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 600 800 1000 Time (min) C AAx /C AA o 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 600 800 1000 Time (min) CAA x /CA Ao 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 600 800 1000 Tim e (m in) CAAx /CA Ao 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 600 800 1000 Tim e (m in) CA Ax /CA Ao

Fig. 3. Cinéticas de degradación del ácido ascòrbico en mango a) Papaya a 1.0 cm de espesor y velocidad de aire de 1.5 m/s, b) Papaya 1.0 cm de espesor y velocidad de aire de 2.5 m/s a las 4 temperaturas (o 40 ºC, ■ 50 ºC, ▲ 60 ºC, X ºC).

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Fig. 4. Cinéticas de degradación del ácido ascòrbico en mango a) Papaya a 1.5 cm de espesor y velocidad de aire de 1.5 m/s, b) Papaya 1.5 cm de espesor y velocidad de aire de 2.5 m/s a las 4 temperaturas (o 40 ºC, ■ 50 ºC, ▲ 60 ºC, X ºC).