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RR v11n1b

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Revisiones de la Ciencia, Tecnología e Ingeniería de los Alimentos

© ReCiTeIA

Publicación científica virtual

http://revistareciteia.es.tl ISSN 2027-6850

Año 11, Volumen 11, Número 1b, Junio de 2011

Las opiniones expresadas en este documento no son necesariamente opiniones de la Revista ReCiTeIA, de sus órganos o de sus funcionarios. ReCiTeIA no se hace responsable de

materiales con derecho de autor tomados sin autorización por los propios autores. Los artículos de esta revista pueden reproducirse citando la fuente.

Comunicaciones

e-mail: reciteia@gmail.com, reciteia@live.com

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Revisiones de la Ciencia, Tecnología e Ingeniería de los Alimentos

Dirección General y Editorial Juan Sebastian Ramírez

Comité Editorial Juan Sebastian Ramirez Diana Margarita Ramírez Claudio Alfonso Escobar Gilman Antonio Florez Iván Dario Vallejo

Comité Científico Dr. Diofanor Acevedo Ingeniería de Alimentos Universidad de Cartagena Cartagena - Colombia Dra. Stella Maris Alzamora Departamento de Industrias

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires

Buenos Aires - Argentina Dr. Gustavo Barbosa-Cánovas

Center for Nonthermal Processing of Food Washington State University

Pullman, USA

Dr (C). Francisco Javier Castellanos Galeano Ingeniería de Alimentos

Universidad de Caldas Manizales - Colombia

Dr Miguel Ángel Gualoto Oñate Facultad de Ingeniería Química Universidad Central del Ecuador Quito - Ecuador

Dr. Gerard O'Brien

Biomedical Sciences Research Institute University of Ulster

Coleraine - Reino Unido

Dr. Mauricio Pardo Benito

Ingeniería de Producción Agroindustrial Universidad de La Sabana

Bogotá, Colombia

Dra. Concepción Pérez Lamela Área de Nutrición y Bromatología.

Departamento de Química Analítica y Alimentaria Facultad de Ciencias. Campus de Ourense Universidad de Vigo

Ourense, España

Dr. Jorge Antonio Pino Alea Departamento de Aromas

Instituto de Investigaciones para la Industria Alimentaria

La Habana - Cuba

Dra. María del Mar Rebolloso Fuentes Área de Tecnología de Alimentos

Departamento de Hidrogeología y Química Analítica

Universidad de Almería Almería - España

Dra. Silvia del Carmen Rodríguez

Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos - FAyA

Universidad Nacional de Santiago del Estero Santiago del Estero, Argentina

(4)

Dr. Enrique Sauri Duch

Instituto Tecnológico de Mérida Yucatán, México

Dr. Juan Antonio Serra Belenguer

Departamento de Tecnología de Alimentos Universidad Politécnica de Valencia Valencia, España

Corvallis, OR, U.S.A.

Dr. Jorge Fernando Velez-Ruiz

Dpto. de Ingeniería Química, de Alimentos y Ambiental

Universidad de las Américas Puebla Cholula - México

Dr. Byron Daniel Yépez Villarreal Ingeniería de Alimentos

Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano Bogotá, D.C. - Colombia

Diseño y Fotografía Gilmar Antonio Florez Iván Dario Vallejo

2011 © ReCiTeIA. ISSN 2027-6850 Cali – Valle – Colombia

e-mail: reciteia@gmail.com, reciteia@live.com

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Organización Revista ReCiTeIA 3 Artículos Científicos

Estudio del proceso combinado de Deshidratación Osmótica y Secado con Aire de Jícama

A. Reyes-Herrera y J.F. Vélez-Ruiz 7

Implementación del método de perfil de gota para la medición de la tensión interfacial de grasas en el proceso de emulsificación en MATLAB®, utilizando un nuevo sistema de coordenadas de referencia

A. Albis, D. Fernández, A. Núñez 31

Certificación internacional de productos de investigación (nuevo conocimiento)

C.R. Bernal B., P.A. Daza A., A.M. Echeverri A. 44

Obtención de un pool de microorganismos mediante liofilización para optimizar cultivos

J.A. Carrillo, A. Hernández, C.L. Saavedra, J.M. Salazar y V.A. Talero 57 Efecto de la aplicación de calcio bajo tratamiento térmico suave sobre la estabilidad del tejido de melón cantaloupe (Cucumis Melo L) fresco precortado

N. Casas, G. Cáez 68

Películas de almidón de papa reforzadas con celulosa bacteriana

N. Echeverri, Ú. Montoya, R. Zuluaga, C. Castro, P. Gañán 81

Avances en el desarrollo y aplicación de herramientas en microbiología predictiva, la experiencia de la Universidad de La Sabana

F.J. Garcés, B. Klotz 92

Contenido de polifenoles, carotenos y capacidad antioxidante en frutos de uchuva (Physalis Peruviana) en relación a su estado de maduración

H.J. Mier G., G. Cáez R. 102

Extracción con ultrasonido de compuestos fenólicos presentes en la cáscara de uva variedad Isabella (Vitis labrusca)

R.E. Prieto, G. González, J. P. Abella 116

Hidrólisis del almidón de yuca (Manihot Sculenta) y de ñame (Dioscorea rotundata) para producir jarabes glucosados

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Visión general de la nanotecnología y sus posibilidades en la industria de alimentos

C.I. Álvarez Barreto 138

Factores que influyen en la colmatación de membranas de microfiltración tangencial y representación matemática

H.L. Gallego Ocampo 187

Mastitis bovina: Enfoque biotecnológico

H. Morales López 211

Información Adicional

Sobre Revista ReCiTeIA Instrucciones para autores

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ESTUDIO DEL PROCESO

COMBINADO DE DESHIDRATACIÓN

OSMÓTICA Y SECADO CON AIRE

DE JÍCAMA

Autores:

A.

R

EYES

-H

ERRERA

,

J.F.

V

ÉLEZ

-R

UIZ

UNIVERSIDAD DE LAS AMÉRICAS PUEBLA CHOLULA, PUEBLA, MÉXICO

(8)

Información de los Autores

A. Reyes-Herrera

Departamento de Ingeniería Química, Alimentos y Ambiental.

Universidad de las Américas Puebla. Ex-Hda. Sta. Catarina Mártir, Cholula, Puebla. 72820 México.

Jorge Fernando Vélez-Ruiz

Departamento de Ingeniería Química, Alimentos y Ambiental

Universidad de las Américas Puebla. Ex-Hda. Sta. Catarina Mártir, Cholula, Puebla. 72820 México.

e-mail: jorgef.velez@udlap.mx

Las opiniones expresadas en este documento no son necesariamente opiniones de la Revista ReCiTeIA, de sus órganos o de sus funcionarios. ReCiTeIA no se hace responsable de

materiales con derecho de autor tomados sin autorización por los propios autores.

Edición:

2011 © ReCiTeIA. ISSN 2027-6850 Cali – Valle – Colombia

e-mail: reciteia@gmail.com, reciteia@live.com url: http://revistareciteia.es.tl/

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Estudio del proceso combinado de Deshidratación Osmótica y Secado con

Aire de Jícama

A. Reyes-Herrera y J.F. Vélez-Ruiz Universidad de las Américas Puebla – México

CONTENIDO Lista de Tablas ... 10 Lista de Figuras ... 10 Lista de Ecuaciones ... 10 Resumen... 11 Abstract ... 11 1 Introducción ... 12 2 Materiales y métodos ... 14

2.1 Materia Prima y Deshidratación Osmótica ... 14

2.2 Salmuera ... 14

2.3 Humedad y Actividad de Agua ... 14

2.4 Concentración de Sal ... 15

2.5 Acidez Titulable ... 15

2.6 Color ... 15

2.7 Prueba de Textura ... 15

2.8 Evaluación del Coeficiente de Transferencia de Masa (ks) ... 16

2.9 Evaluación de Parámetros Cinéticos (k1 y k2) ... 16

2.10 Secado con Aire ... 16

2.11 Modelación del Proceso de Secado ... 16

3 Resultados y Discusión ... 17

3.1 Proceso de Deshidratación Osmótica ... 17

3.1.1 Evolución de la Acidez ... 17

3.1.2 Evolución del Color ... 17

3.1.3 Evolución de la Textura ... 18

3.1.4 Evolución de la Humedad, Contenido de Sólidos, Pérdida de Peso y Actividad de Agua .. 19

3.1.5 Evaluación del Coeficiente Global de Transferencia de Masa ... 21

3.1.6 Ajuste al Modelo de Peleg ... 22

3.2 Secado con Aire de Jícama Deshidratada Osmóticamente ... 24

3.2.1 Parámetros Fisicoquímicos ... 25

3.2.2 Evolución de la Humedad y Contenido de Sal ... 26

3.3 Almacenamiento de la Jícama Deshidratada ... 28

4 Conclusiones ... 28

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Evolución de los parámetros del color durante la DO de jícama*. 18

Tabla 2. Determinación de sólidos durante la DO de jícama (1 corrida). 21

Tabla 3. Coeficientes de transferencia de soluto (ks: s0.5) en la DO obtenidos por medio

de la ecuación de Hawkes y Flink (Ec. 5). 21

Tabla 4. Coeficientes cinéticos obtenidos con el modelo de Peleg para la DO de jícama. 22

Tabla 5. Predicciones de humedad con las ecuaciones del modelo de Peleg, en 100 g de jícama. 23

Tabla 6. Predicciones de sólidos con las ecuaciones del modelo de Peleg, en 100 g de jícama. 23

Tabla 7. Ecuaciones lineales obtenidas del secado con aire de JDO. 27

Tabla 8. Predicciones de humedad (kg de agua/kg de s.s.) con las ecuaciones lineales. 27

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Cambio neto de color obtenido con los diferentes tratamientos. 18 Figura 2. Evolución de la humedad (base seca; g agua/g s.s.) durante la DO. 19 Figura 3. Evolución del contenido de sólidos (base húmeda, g agua/g jícama) con los

diferentes tratamientos de DO. 20

Figura 4. Evolución de la humedad (base seca) de la JDO (5S-2A) con las diferentes

variables de secado con aire. 24

LISTA DE ECUACIONES

Pérdida de peso ... 14

Ganancia de sólidos ... 14

Pérdida de agua ... 14

Diferencia de color ... 15

Modelo de Hawkes y Flink ... 16

(11)

Estudio del proceso combinado de Deshidratación Osmótica y Secado con

Aire de Jícama

RESUMEN

Se realizó un estudio para desarrollar un alimento de humedad intermedia por medio de la combinación de dos procesos, uno de deshidratación osmótica y otro de secado con aire. Primeramente se evaluó el efecto del cloruro de sodio y del ácido cítrico sobre la cinética de deshidratación osmótica de jícama, realizando el ajuste de resultados a dos modelos, la ecuación de Hawkes y Flink para obtener el coeficiente de transferencia de masa para sólidos, y el modelo de Peleg para determinar tres parámetros: humedad, contenido de sólidos y tiempo de proceso. Como parte de la caracterización del proceso osmótico, se determinaron parámetros fisicoquímicos, tales como acidez, color, humedad, pH y textura. Posteriormente se realizó el secado con aire caliente a dos velocidades (0.35 y 0.45 m/s) y dos temperaturas (45 y 50 °C), en el cual la humedad de la jícama se redujo a un 65-75 %, aumentando así la estabilidad del producto. El secado se desarrolló en el periodo constante, por lo que la cinética se ajustó a ecuaciones lineales. La jícama de humedad intermedia se mantuvo estable durante 4 semanas de almacenamiento en refrigeración a 4 °C.

Palabras clave: jícama, deshidratación osmótica, secado con aire

ABSTRACT

A study to develop a novel intermediate moisture food, based in the application of two processes: osmotic dehydration and air drying, was completed. As part of the first process, the effect of salt and citric acid on the kinetics of osmotic concentration of yam bean or jicama was evaluated, fitting the results to two models, the Hawkes-Flink equation to get mass transfer coefficient for solids, and the Peleg model, to predict moisture, solids content and process time. The physicochemical characterization of jicama included acidity, color, moisture, pH and texture. As a second process, hot air drying was applied at two air velocities (0.35 and 0.45 m/s) and two temperatures (45 and 50 °C). Moisture content of the yam bean was reduced to 65-75 %, increasing product stability. The drying process occurred in the constant period, therefore, it was fitted by linear equations. The dehydrated yam, an intermediate moisture product, was stable during 4 weeks of refrigerated storage at 4 °C.

(12)

1 INTRODUCCIÓN

La jícama es una planta leguminosa, tuberosa y alimenticia, proveniente de América Central, fue cultivada por los aztecas, toltecas y mayas, y poco después fue introducida a Filipinas por los españoles y de ahí se extendió hacia el continente Asiático (González, 1996). La jícama es consumida cruda o bien en ensaladas y actualmente es una botana de origen vegetal preferida en varios países asiáticos y latinoamericanos, incluyendo a México, que la consume sazonada con chile y limón. Rubatzky y Yamaguchi (1997) mencionan que no es recomendable consumirla si no está completamente madura. Por su alto contenido de humedad, la jícama es un alimento vegetal sumamente perecedero, por lo que deben buscarse opciones de conservación para este material biológico.

La deshidratación osmótica (DO) es un proceso de separación por medio de membranas, que consiste en la inmersión de un alimento en una solución acuosa hipertónica o de baja actividad de agua con uno o más solutos, creándose así una diferencia de concentraciones o fuerza impulsora entre el alimento y la solución, que favorece la remoción de humedad y la incorporación de sólidos en el alimento (Spicer, 1974; Lerici et al., 1985; Chenlo et al., 2006). La DO suele aplicarse como un pre-tratamiento para otros procesos, tales como el secado y la congelación, debido a que el producto obtenido no es estable y puede descomponerse, perdiendo textura o sufriendo ataque microbiano (Pan et al., 2003; Vélez-Ruiz, 2009). En la DO, el contenido de humedad del alimento es parcialmente eliminado, favoreciendo su conservación y manteniendo por más tiempo las propiedades del alimento en cuestión (Vélez-Ruiz et al., 2000; Chenlo et al., 2008)

De acuerdo a Smith (1997) las ventajas de la DO son dos principalmente: que el proceso puede realizarse a cabo a condiciones de temperatura ambiente y que la pared celular del alimento, que actúa como membrana, no experimenta mayor daño. Además, durante este proceso no se presenta oscurecimiento enzimático, aunque el producto puede requerir protección para evitar un oscurecimiento posterior. La principal desventaja de este proceso es la lentitud con que la eliminación de agua sucede.

Por otro lado, el secado generalmente se lleva a cabo con aire (SA) y puede ser un tratamiento posterior a la DO, esta combinación de procesos se ha aplicado a una diversidad de materiales para la producción de alimentos más estables y con mejores características (Vélez-Ruiz, 2009). Debido a que algunos de los ácidos orgánicos son removidos del alimento durante el tratamiento osmótico, las características organolépticas del producto final pueden ser mejoradas con el secado con aire, además se obtiene un producto mucho más dulce en comparación con aquel secado sin la concentración previa (Suazo-Abarca et al., 2000).

La deshidratación ya sea osmótica, con aire o combinada, puede ser analizada como un fenómeno físico con dos periodos de velocidad de deshidratación o de secado, uno constante y otro decreciente o inestable. En caso de que el proceso se lleve a cabo a velocidad constante, es controlado por la evaporación y la cuantificación de la energía

(13)

necesaria corresponde al cambio de fase del agua eliminada. Mientras que el periodo de velocidad decreciente, se presenta por predominio fenomenológico de la resistencia interna o difusional (Park et al., 2003). Para que un alimento se considere seco, el contenido de humedad debe ser menor al 30% y su actividad de agua (aw) debe ser menor a 0.6; con esta

aw hay muy poca probabilidad de crecimiento de microorganismos, solo podría crecer

alguna levadura osmófila (Badui, 1999).

La velocidad de secado con aire está influenciada fuertemente por los siguientes factores: i) área de transferencia expuesta, con mayor área superficial mayor es la transferencia de calor y masa y consecuentemente, hay una mayor velocidad de secado y por ello, los alimentos se secan en menor tiempo cuando se dividen en piezas pequeñas y/o delgadas; ii) temperatura: cuanto más caliente esté el aire, más rápidamente se elimina el agua del producto que se está secando; iii) velocidad y humedad del aire: con mayor flujo y más seco se encuentre el aire, mayor es la capacidad de secado, entre otros (Okos et al., 1992; Ibarz y Barbosa, 1999; Welti-Chanes et al., 2003; Hui et al., 2008). Sin embargo, la eliminación de humedad excesivamente rápida en las capas externas del material, puede provocar un fenómeno de “encostramiento”, impidiendo que se produzca la deshidratación correcta del producto por la formación de una barrera externa o costra; iv) presión de vacío: este factor favorece la evaporación del agua, ya que el cambio de fase es más fácil a presiones bajas. La influencia de estos factores tiene su explicación en los fundamentos matemáticos del proceso de secado, que es un fenómeno de transporte simultáneo de cantidad de movimiento, calor y masa.

En la combinación de DO y SA, que se ha utilizado repetidamente en la conservación de frutas, hortalizas y algunos otros alimentos de origen animal, por las ventajas que ofrece, se han aplicado diferentes condiciones de operación. Durante la DO se han empleado diversos agentes osmóticos, una amplia gama de concentraciones, y convección natural o forzada (sin y con agitación), entre otras variables. Mientras que en el SA se han utilizado diferentes equipos, diferentes temperaturas y velocidades de aire (Vélez-Ruiz, 2009); coincidiendo en todas las combinaciones reportadas en la obtención de un producto alimenticio de calidad.

Por lo anteriormente mencionado, el objetivo del presente trabajo fue estudiar el efecto de ambos procesos de DO y SA, en la producción de una jícama parcialmente deshidratada, de humedad intermedia, tipo botana con sabor ácido-salado; así como analizar los cambios durante dicho procesamiento.

(14)

2 MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 MATERIA PRIMA Y DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

Se seleccionaron jícamas de un tamaño mediano adquiridas en un mercado local. Se pelaron manualmente y se cortaron en placas de 1cm de ancho, 1 cm de espesor, y 10 cm de largo; las cuales se colocaron en bolsas de polietileno, a las que se agregó la solución o salmuera correspondiente (3 o 5 % de sal, y 1 o 2% de ácido cítrico, en una relación 1:2 (vegetal:salmuera) a temperatura ambiente.

Las determinaciones tanto de cambio de masa (pérdida de peso: PP, ganancia de sólidos: GS y pérdida de agua: PA), expresadas por las ecuaciones 1 a 3 (Lerici et al., 1985), como de los parámetros fisicoquímicos evaluados durante la DO se realizaron cada hora por cuatro horas, durante el que la muestra permaneció en la solución, cuidando de mantener la relación 1:2 de jícama a salmuera cada vez que se utilizaba alguna muestra.

Pérdida de peso   0 t 0 M M PP M Ec (1) Ganancia de sólidos

 

 s t s 0 0 Mx Mx GS M Ec (2) Pérdida de agua   PA PP GS Ec (3)

Donde: M0 es la masa inicial de la muestra (g o kg), Mt es la masa de la muestra a un tiempo

de proceso (g o kg), y xs es la fracción másica de sólidos (p/p),

2.2 SALMUERA

Se prepararon salmueras en concentraciones de 3 y 5 % (p/p), empleando sal yodada (NaCl) y agua purificada, a las que se agregó 1 y 2 % (p/p) de ácido cítrico. Las bajas concentraciones elegidas se debieron al propósito de incorporar sólidos (sal y ácido) en un nivel bajo, para que la jícama cumpliera la condición de ser un alimento sazonado, tipo botana.

2.3 HUMEDAD Y ACTIVIDAD DE AGUA

Los sólidos totales de la jícama se determinaron por medio de aire caliente a 60 °C y durante 24 h (22.013, AOAC, 1995) en una estufa de laboratorio (Mapsa de Casa Rocas, Monterrey, N.L.), registrando la masa inicial y final de la muestra en una balanza analítica (Navigator TM, Ohaus, Co., Suiza).

(15)

La determinación de la actividad de agua se realizó instrumentalmente con un higrómetro Aqua Lab (3TE, Decagon Devices Inc., Pullman WA, EU), calibrado previamente.

2.4 CONCENTRACIÓN DE SAL

Para la determinación de sal (NaCl), se empleó un método oficial (24.010, AOAC, 1995) que se basa en la digestión con ácido nítrico en presencia de nitrato de plata, titulando con tiocianato de amonio.

2.5 ACIDEZ TITULABLE

Se pesaron 5 g de muestra y se colocaron en matraces Erlenmeyer de 250 mL, se agregaron 25 mL de agua destilada, la mezcla se homogeneizó hasta la eliminación de grumos. El porcentaje de acidez se determinó titulando con hidróxido de sodio 0.1 N hasta el viraje de la fenolftaleína, para expresar el resultado como porcentaje de ácido cítrico (Guerrero y Jiménez, 2002).

2.6 COLOR

Para evaluar el cambio de color, se empleó un colorímetro Color Gard System (BYK Gardner, Inc, Maryland, EU.) usando la escala triestímulo de Hunter con parámetros L, a,

b. La calibración previa se realizó con los mosaicos negro y blanco (L = 92.89; a = - 1.05; b

= 0.82), se midió el color de la superficie del alimento en modo de reflectancia. A partir de estos tres parámetros se obtuvo el cambio neto de color (E).

Diferencia de color

 

 

 E Lt Li 2  bt bi 2  at ai 2 Ec (4)

Donde: L es la luminosidad, b es el índice de color amarillo-azul y a es el índice de color rojo-verde, con subíndices al tiempo (t) y al inicio (i) del proceso.

2.7 PRUEBA DE TEXTURA

Se evaluó por medio del texturómetro Texture Analizer (Texture Technologies, Corp. Scardale NY, EU.) y el software Texture Expert (Versión 1.22, 1999), con una velocidad de descenso del cabezal de 1.6 mm/s y una deformación de 50 % o distancia de 0.5 cm para la prueba de penetración, en tanto que una velocidad de 0.8 mm/s y una distancia de 0.25 cm (25 %) fueron empleadas para la prueba de compresión (Machado-Velasco y Vélez-Ruiz, 2008).

(16)

2.8 EVALUACIÓN DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA (KS)

Se aplicó el modelo de Hawkes y Flink (1978) para la cinética de ganancia de sólidos:

Modelo de Hawkes y Flink

  0.5 s

CNS 1 k t Ec (5)

Donde: CNS es el contenido de sólidos normalizado (adimensional), obtenido al dividir los contenidos de sólidos al tiempo (t) entre el de sólidos al inicio, ks es el coeficiente global de

transferencia de masa (s-0.5 o min-0.5), y t es el tiempo de proceso (s o min).

2.9 EVALUACIÓN DE PARÁMETROS CINÉTICOS (K1 Y K2)

Se aplicó la ecuación de Peleg (1988) con dos constantes cinéticas; esta ecuación puede aplicarse tanto para el agua como para los sólidos, con signo menos (o pérdida) para el agua, mientras que con signo positivo (o ganancia) es para los sólidos, cuya expresión general es la siguiente: Ecuación de Peleg    0 1 2 t M(t) M k k t Ec (6)

Donde: M(t) es el contenido de humedad o de sólidos al tiempo t (min), M0 es el contenido

de humedad o de sólidos inicial, k1 (100 g min/gagua) y k2 (100 g/gagua) son los parámetros

cinéticos de la ecuación de Peleg.

2.10 SECADO CON AIRE

Se utilizó un secador de charolas con corriente de aire marca Armfield (Armfield Limited, Hampshire, Inglaterra) sometiendo las muestras al secado por un periodo de 4 horas, con velocidades de aire de 0.35 y 0.45 m/s, así como temperaturas de 45 y 50 °C. La velocidad del aire se midió a la entrada del secador, directamente con un anemómetro (LCA 6000, Airflow Instrumentation, RU), mientras que la temperatura se midió con un termómetro de mercurio (Cole-Parmer), realizando las determinaciones de humedad en intervalos de 10 minutos.

2.11 MODELACIÓN DEL PROCESO DE SECADO

Se analizaron los datos correspondientes al periodo de velocidad de secado, y por medio de una regresión lineal se obtuvo la información correspondiente, que permite la determinación de un coeficiente de transferencia de masa.

(17)

3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1 PROCESO DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

Para conocer el efecto que tiene la DO en la jícama, se realizaron las determinaciones de acidez, color, textura, humedad y contenido de sólidos durante el desarrollo de proceso (cada hora) con los cuatro tratamientos seleccionados. Los resultados obtenidos se presentan a continuación.

3.1.1 Evolución de la Acidez

El porcentaje de acidez de la jícama deshidratada osmóticamente (JDO) aumentó, desde un valor de 0.20 % para el vegetal fresco hasta 0.80 % para la jicama más ácida; el valor más alto (0.8 %) y más bajo de pH (3.0) correspondieron a la jícama deshidratada con 5 % sal y 2 % ácido cítrico, mientras que el menor valor de acidez (0.24 %) y más alto de pH (4.0) se obtuvieron con la solución de baja cantidad de solutos, 3 % sal y 1 % ácido cítrico. Estas diferencias están relacionadas a la ganancia de ácido en la jícama, registrada durante la DO después de 4 h de tratamiento. Su evolución con respecto al tiempo, implica dos fenómenos másicos en contracorriente, el flujo de salida o pérdida de humedad del vegetal hacia la solución y la difusión de ácido de la solución hacia el vegetal. El pH disminuyó de 6.4 a valores comprendidos en el intervalo de 3.0 a 4.0, dependiendo de la combinación de factores aplicados.

Después de aplicar el ANOVA se encontró que si hay una diferencia significativa (p<0.05) en la acidez final de las muestras, aún entre aquellas tratadas con el mismo nivel de ácido (1 o 2%), por lo que se infiere que hay una interacción física importante entre la sal y el ácido que afecta el flujo de ácido hacia la jícama y que determina la diferencia observada en acidez.

3.1.2 Evolución del Color

La magnitud de los parámetros del color medidos durante el proceso de DO se incluyen en la Tabla 1, mientras que la diferencia neta de color (E) resultante de los tratamientos

aplicados a la jícama se muestran en la Figura 1. Para los sistemas 3S-2A y 5S-2A el E

resultó mayor y del orden de 7.2 y 8.5, respectivamente; en comparación a los otros dos sistemas (3S-1A y 5S-1A), que generaron cambios menores.

Esto refleja la influencia del ácido cítrico sobre el color, principalmente en el parámetro b (azul-amarillo) debido a alguna reacción de pardeamiento o de oxidación. Se aprecia claramente en la tabla 1, que los sistemas con mayor concentración de ácido (2A), tuvieron una menor magnitud (0.80-1.97) que aquellos tratamientos con menor contenido de ácido cítrico (2.76-4.61); aunque los cambios de color también pueden estar influenciados por otros factores. Polydera et al. (2000) reportaron valores semejantes en la deshidratación osmótica de manzana con jarabe de sacarosa, lo que indica que son cambios en color que

(18)

pueden considerarse como normales y aceptables en este proceso de deshidratación, ya que son cambios pequeños, consecuencia de unproceso corto de solo cuatro horas.

3.1.3 Evolución de la Textura

La textura fue afectada notablemente por la DO; en los cuatro tratamientos o sistemas, la fuerza de compresión disminuyó desde 225.3 N para la jícama fresca a valores que variaron de 88.2 a 156.8 N al final del proceso, que representa un ablandamiento de 30 a 60 %, y observando una relación directa entre los valores más altos de dureza con las soluciones de mayor cantidad de solutos y viceversa. Una disminución en textura o ablandamiento de un 30 % fue reportada por Monsalve et al. (1993) en la DO de manzana, después de 6 horas de proceso.

Tabla 1. Evolución de los parámetros del color durante la DO de jícama*. Sistema Tiempo 1 h 2 h 3 h 4h L / a / b 3S – 1A 53.1/-2.11/3.80 53.0/-2.21/3.28 52.9/-2.19//3.03 52.4/-2.77/2.99 3S – 2A 51.5/-1.58/1.97 49.4/-0.94/1.77 49.7/-1.54/1.33 49.7/-1.59/1.04 5S – 1A 53.6/-2.14/4.11 51.4/-2.24/4.61 50.3/-1.98/2.76 49.5/-2.77/2.94 5S – 2A 49.8/-1.45/1.08 48.1/-1.22/0.76 48.4/-1.21/1.15 48.7/-1.33/0.80 * Valores para la jícama fresca: L = 53.8, a = -1.84, b = 6.99

Figura 1. Cambio neto de color obtenido con los diferentes tratamientos.

0 2 4 6 8 10 E 3% sal- 1% ácido 3% sal- 2% ácido 5% sal- 1% ácido 5% sal- 2% ácido

(19)

Se obtuvo una diferencia significativa (p < 0.05) en la fuerza de compresión entre tratamientos, magnitud que fue influenciada por la sal; mientras que el ácido y la interacción entre ellos, no implicaron un efecto significativo.

La misma tendencia se cuantificó con la prueba de penetración en la jícama, aunque el decremento fue más marcado; se registró una fuerza inicial de 109.7 N y una final que varió de 6.9 a 8.3 N, atribuido a los cambios estructurales del tejido vegetal.

Ciertamente las pruebas físicas son diferentes, mientras que la compresión (0.25 cm) que se hace con un plato, es una medida global de la superficie alimenticia, la penetración (0.5 cm) que se hace con un émbolo o cilindro, es una prueba local o puntual, en la que se atraviesa parte del tejido. El efecto en una zona (penetración) fue mayor, con un decremento del orden de 90 % y por otro lado, en la resistencia global (compresión) resultó de menor magnitud (30-60 %), lo que expresa cierta integridad de la superficie vegetal.

3.1.4 Evolución de la Humedad, Contenido de Sólidos, Pérdida de Peso y Actividad de Agua

Como se esperaba el contenido de humedad de la jícama disminuyó (Figura 2), la humedad inicial de 96.4 % (26.7g H2O/g s.s.) decreció a lo largo del tratamiento, se perdieron entre 3

y 7 g de agua; el contenido más bajo de humedad se obtuvo con la solución con 5 % sal y 2 % ácido cítrico, lo que implicó una mayor transferencia de masa, como se esperaba.

Figura 2. Evolución de la humedad (base seca; g agua/g s.s.) durante la DO.

En lo que respecta al cambio en el contenido de sólidos (Figura 3), que obviamente está relacionada con el contenido de humedad, éstos aumentaron desde 3.6 % a valores finales comprendidos entre 7.9 (3S-1A) y 9.5 % (5S-2A), siendo mayor para aquella solución con

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 0 1 2 3 4 Hum edad (b.s.) Tiempo (h) 3%sal-1%ac 3%sal-2%ac 5%sal-1%ac 5%sal-2%ac

(20)

porcentaje de sólidos más alto; sin embargo el valor final en los cuatro tratamientos es parecido.

Los dos parámetros anteriores, humedad y sólidos, se combinan para determinar el porcentaje de pérdida de peso, que resultó entre 11 y 21 %, para los tratamientos de DO con 3S-1A y 5S-2A, respectivamente. Una mayor diferencia en concentraciones determinó la mayor pérdida de peso debido a que existe un mayor gradiente, que favorece la transferencia de sólidos (sal y ácido) hacia las placas de jícama y del agua del vegetal hacia la solución.

Figura 3. Evolución del contenido de sólidos (base húmeda, g agua/g jícama) con los diferentes tratamientos de DO.

Después de la aplicación del ANOVA a estos tres parámetros másicos en función de los dos factores estudiados, se encontró que no existe diferencia significativa (p > 0.05) para la humedad, pero si para el contenido de sólidos en función de la sal y si hubo diferencia significativa para la pérdida de peso como función de ambos factores; es decir, la cantidad de sal y de ácido.

La actividad de agua se redujo desde 0.970 hasta 0.940-0.945, en que el nivel más alto correspondió a los sistemas con menor cantidad de sólidos. El decremento alcanzado en actividad de agua no es suficiente para lograr la estabilidad del alimento, en estas condiciones el alimento es susceptible al daño por microorganismos y a otros cambios bioquímicos. Sin embargo, sí se logra cierta estabilidad por la disminución de la humedad y el aumento de sólidos en la JDO, y sobre todo se logran incorporar dos solutos, la sal y el ácido cítrico, que modifican favorablemente el sabor y la consistencia de la misma. Estos cambios son convenientes para desarrollar un alimento tipo botana con cierta estabilidad.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 Con tenido de só lido s (% b .h. ) Tiempo (h) 3%sal-1%ac 3%sal-2%ac 5%sal-1%ac 5%sal-2%ac

(21)

Aunque no se hizo una evaluación sensorial formal de la JDO, las personas que la degustaron expresaron comentarios favorables.

3.1.5 Evaluación del Coeficiente Global de Transferencia de Masa

Para la ganancia de sólidos durante la DO, se realizaron tres corridas experimentales para cada tratamiento, de ellas solo se incluye una de las experiencias (Exp) como representativa en la Tabla 2.

Tabla 2. Determinación de sólidos durante la DO de jícama (1 corrida).

Tiempo Sistema: 3S-1A 3S-2A 5S-1A 5S-2A

Exp. Pred. Exp. Pred. Exp. Pred. Exp. Pred.

0 Sólidos (% p/p) 3.600 3.600 3.600 3.600 CNS (adimens.) 1.000 1.000 1.000 1.000 1 h Sólidos (% p/p) 3.844 5.672 6.586 6.058 CNS (adimens.) 1.068 2.086 1.576 1.744 1.829 1.714 1.683 1.916 2 h Sólidos (% p/p) 5.603 6.976 7.478 8.421 CNS (adimens.) 1.556 2.535 1.938 2.052 2.077 2.010 2.339 2.295 3 h Sólidos (% p/p) 6.137 7.959 7.860 8.692 CNS (adimens.) 1.705 2.881 2.211 2.288 2.183 2.234 2.414 2.586 4 h Sólidos (% p/p) 7.953 8.206 9.326 9.520 CNS (adimens.) 2.209 3.172 2.279 2.487 2.591 2.428 2.644 2.831

Posteriormente se realizó el ajuste a la ecuación de Hawkes y Flink (Ec. 5), y se obtuvo el coeficiente global de transferencia de masa de solutos, ks. Los valores obtenidos para cada

uno de los sistemas estudiados se presentan en la Tabla 3.

Aunque se realizó el ajuste a los resultados de todos los tratamientos, se observa que el modelo no resultó apropiado para el primer tratamiento (3S-1A), lo que se atribuye a que los aumentos en sólidos con respecto al tiempo, fueron menos uniformes en este tratamiento (los resultados de ganancia de sólidos fueron altos en la primera hora) y la pendiente de la relación de los sólidos normalizados a la raíz cuadrada del tiempo se ve más afectada, lo que se refleja en valores predichos menos aproximados (Tabla 2), mismos que se ejemplifican para la misma corrida. El resto de los ajustes fue mejor.

Tabla 3. Coeficientes de transferencia de soluto (ks: s0.5) en la DO obtenidos por medio de la ecuación de Hawkes y Flink (Ec. 5).

Corrida Sistema

3S-1A 3S-2A 5S-1A 5S-2A

1 0.0184 0.0135 0.0119 0.0149 2 0.0180 0.0117 0.0122 0.0167 3 0.0178 0.0120 0.0116 0.0152 Promedio 0.0181 0.0124 0.0119 0.0153 D. estándar (+ 0.001) (+ 0.001) (+ 0.001) (+ 0.001) R2 > 0.975 > 0.989 > 0.960 > 0.950

Eliminando la modelación obtenida para el primer sistema o tratamiento, el valor de ks

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acuerdo a los resultados de ganancia de masa comentados previamente. Los otros dos coeficientes de transferencia de soluto, que no siguen una tendencia esperada (3S-2A y 5S-1A), mostraron una pequeña diferencia en dicho coeficiente y ambos mostraron un aumento más regular en los sólidos ganados. El análisis de varianza indica que hubo diferencia significativa (p < 0.05) entre coeficientes de transferencia de masa como consecuencia de los tratamientos de DO.

Se han reportado valores de ks, empleando la misma ecuación, y estos oscilan desde

valores bajos (0.00272 s-0.5) para plátano, hasta muy altos (0.0203 s-0.5) para papaya (Palou

et al., 1994). Chenlo et al. (2008) reportan valores muy bajos (< 0.00128 s-0.5) para la DO de castaña en soluciones salinas y dulces a 17 o más horas de proceso. La diferencia en dichos coeficientes, para esta comparación y para otros valores reportados de ks, se debe

básicamente a las condiciones de operación de cada proceso de DO; en que prevalece una menor o mayor fuerza impulsora, además de diferente agente depresor, con concentración variable de éste, en una relación alimento/solución diferente y con la presencia de agitación en algunos sistemas, y sobre todo, para periodos más largos de DO.

3.1.6 Ajuste al Modelo de Peleg

De manera semejante al ajuste anterior, se realizó la modelación de los resultados del cambio de humedad y de sólidos durante la DO, aplicando la ecuación de Peleg, sin olvidar que para la humedad es una disminución o pérdida y para los sólidos es una ganancia. En la Tabla 4 se presentan los ajustes lineales para ambos parámetros cinéticos, es decir agua y sólidos.

Se debe mencionar que en procesos intensos de DO, donde normalmente interesa eliminar el mayor contenido de agua y obtener la mayor ganancia de sólidos a través de periodos largos de proceso, se tienen coeficientes bajos en humedad, para que la humedad sea menor en el alimento; y similarmente, bajos valores de k en sólidos para alcanzar un alto contenido en el producto. En nuestro estudio; no fue así, ya que la DO fue interrumpida a las 4 horas de tratamiento, además de que la concentración de sólidos en la solución osmótica utilizada fue notablemente baja, en comparación con otros trabajos.

Tabla 4. Coeficientes cinéticos obtenidos con el modelo de Peleg para la DO de jícama.

Tratamiento Componente k1 * k2* R2 3%S - 1%A Humedad* 771.69 – 15.75 0.95 Sólidos** 248.76 + 0.938 0.79 3%S - 2%A Humedad* 1035.4 – 16.58 0.96 Sólidos** 20.675 + 0.127 0.99 5%S - 1%A Humedad* 66.291 -4.974 0.99 Sólidos** 14.606 + 0.126 0.95 5%S - 2%A Humedad* 194.76 -5.538 0.99 Sólidos** 16.585 + 0.098 0.95

* Para contenido de humedad: k1 (min*100g/gagua), k2 (100g/gagua)

(23)

En general se aprecia un buen ajuste a la ecuación de Peleg, con valores de correlación superiores a 0.95, excepto la de sólidos en el sistema 3S-1A; sin embargo, se observa que en general el ajuste es bueno para los cuatro tratamientos. Hay un mejor ajuste para la pérdida de humedad (R2: 0.95-0.99 y errores menores a 2 %) que para el contenido de sólidos (R2: 0.79-0.99 y errores menores a 7 %, con excepción de dos valores); tanto los valores experimentales y predichos para ambos componentes, se incluyen en las tablas 5 y 6.

Tabla 5. Predicciones de humedad con las ecuaciones del modelo de Peleg, en 100 g de jícama.

Ecuación Tiempo Valor Predicho (%) Valor experimental (%) Error (%)

8 60 min 96.04 96.25 0.2 120 96.15 96.13 0.1 180 96.04 96.01 0.1 240 95.93 95.94 0.1 10 60 min 97.86 96.02 1.9 120 95.89 95.89 0.1 180 95.79 95.76 0.1 240 95.68 95.69 0.1 12 60 min 96.13 96.07 0.1 120 95.84 95.87 0.1 180 95.65 95.65 0.1 240 95.44 95.43 0.1 14 60 min 95.95 95.97 0.1 120 95.71 95.70 0.1 180 95.48 95.47 0.1 240 95.28 95.27 0.1

Tabla 6. Predicciones de sólidos con las ecuaciones del modelo de Peleg, en 100 g de jícama.

Ecuación Tiempo Valor Predicho (g) Valor experimental (g) Error (%)

9 60 min 3.912 3.844 1.8 120 4.481 5.603 20 180 5.851 6.137 4.6 240 13.72 7.953 72 11 60 min 5.721 5.672 0.9 120 6.942 6.976 0.5 180 7.736 7.860 1.6 240 8.293 8.206 1.1 13 60 min 6.304 6.586 4.2 120 7.631 7.478 2.0 180 8.419 7.959 5.8 240 8.941 9.326 4.1 15 60 min 6.270 6.058 3.5 120 7.832 8.421 7.0 180 8.857 8.692 1.9 240 9.581 9.520 0.6

No se detecta una tendencia específica de los coeficientes k1 y k2 en función de la

composición del medio osmótico, como ha sido reportado en otros estudios. El parámetro

k2 se relaciona con la humedad o con el contenido de sólidos en equilibrio, por lo que se

(24)

tiempo de proceso, pero no resultó así, esencialmente porque la DO fue corta. Tanto para humedad como para sólidos, k2 no mostró una tendencia con respecto a los 4 tratamientos

de DO.

Palou et al. (1994) emplearon la ecuación de Peleg para modelar la DO de papaya durante 50 horas con diferentes concentraciones de soluto, y reportaron valores en un intervalo de 13.2 a 19.8 para k1, y de 0.015 a 0.027 para k2, para ambos componentes, es decir, tanto

para la humedad como para los sólidos solubles. Más recientemente, Kowalska et al. (2008) reportaron algunos valores para las constantes de Peleg en la DO de calabazas sujetas a diferentes tratamientos; para humedad k1 varió desde 95 hasta 867, y k2 estuvo en un rango

de 0.015 a 0.027, mientras que para los sólidos k1 varió desde 4.17 hasta 58.6, y k2 estuvo

en un intervalo de 0.003 a 0.029, todos ellos en función del soluto y el tratamiento aplicado. En dicho estudio la DO de calabaza se llevó a cabo en 3 h con concentraciones de 50 a 68 % y utilizando tres diferentes solutos.

3.2 SECADO CON AIRE DE JÍCAMA DESHIDRATADA OSMÓTICAMENTE

La JDO se sometió posteriormente a un proceso de secado con aire durante 360 minutos, empleando dos temperaturas y dos velocidades de aire; aunque originalmente se habían planeado cuatro combinaciones, hubo problemas técnicos para la cuarta condición de deshidratación (50 °C y 0.45 m/s). En general, para las tres condiciones de proceso evaluadas, la tendencia en el cambio de humedad con respecto al tiempo es semejante como lo muestra la Figura 4; que específicamente corresponde a JDO con 5% de sal y 2% de ácido, mostrando la tendencia de la cinética de secado correspondiente a cada condición de operación.

Figura 4. Evolución de la humedad (base seca) de la JDO (5S-2A) con las diferentes variables de secado con aire.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Hum edad (kg a gu a/ kg s.s.) Tiempo (min) 50, 0.35 45, 0.35 45, 0.45 ec 45.45 ec 45-35 ec 50-35

(25)

Como se aprecia en dicha gráfica, solo aparecen los resultados correspondientes a tres condiciones de secado con aire 45 y 50 °C a 0.35 m/s, 45 °C a 0.45 m/s, en lugar de las cuatro planteadas originalmente, por lo que se discutirán las tres realizadas.

3.2.1 Parámetros Fisicoquímicos

De la misma manera que con la operación anterior (DO), para conocer el efecto que tiene el proceso de secado con aire (SA) en la jícama, se realizaron las determinaciones de color, textura, sal y humedad durante el desarrollo de proceso con los tratamientos seleccionados. Los resultados obtenidos se presentan enseguida, sin embargo, solo son presentados de manera general y la discusión se centra en la pérdida de humedad.

3.2.1.1 Color

El color, expresado como luminosidad (L) varió en el intervalo de 31.2 a 47.7 dependiendo del tratamiento y no se encontró influencia significativa ni de la velocidad, ni de la temperatura, por lo que se puede considerar que la luminosidad fue la misma en todas las jícamas independientemente de las condiciones de secado. Lo mismo sucedió con el parámetro a, que no fue afectado por la velocidad y temperatura del aire, este parámetro del color correspondió a un intervalo de – 2.85 a 0.95 dependiendo del SA utilizado. En contraste, el parámetro b si fue afectado significativamente (p < 0.05) por la temperatura, pero no por la velocidad, y estuvo en el intervalo de 5.20 a 10.45. En general, las jícamas secas resultaron menos luminosas y más amarillas cuando se compararon con la jícama fresca.

El cambio neto de color como parámetro global y con respecto a la jícama fresca, mostró cambios comparables a la DO, con un intervalo de 5.20 a 11.1 medido al final del secado, asociándose los cambios menores con la temperatura de 45, mientras que mayores cambios en color fueron relacionados con 50 °C. Y solo una condición (3S-1A, 45 °C y 0.35 m/s), se salió de este rango de E, con una magnitud de 22.8 que resulta difícil interpretar.

Obviamente los cambios en color se deben a las reacciones de oxidación y oscurecimiento, tanto por la presencia de oxígeno como por la elevación de temperatura.

3.2.1.2 Textura

Se aplicaron las mismas pruebas de compresión y penetración en la jícama después del proceso de secado con aire, la fuerza de compresión mostró un rango de 20.2 a 111 N, que son valores por abajo de los obtenidos en la prueba de compresión de JDO. Mientras que la fuerza de penetración vario de 8.70 a 77.2 N, mostrando un incremento notable para esta prueba. Ambos parámetros reflejan los cambios o ajustes estructurales por la pérdida de humedad e interacción de sólidos.

Al analizar los datos correspondiente a las diferentes condiciones de operación se encontró que los valores de la fuerza de compresión fueron 20.2-130.5 N para 45 °C y 0.35 m/s, 40.3-109.5 N para 45 °C y 0.45 m/s, y 14.1-111 N para 50°C y 0.35 m/s. Por otro lado, para

(26)

la fuerza de penetración, las magnitudes correspondieron a 12.2-77.2, 8.70-69.4, y 11.4-31.6 N, respectivamente para las 3 condiciones de SA, en donde se pudo apreciar una relación no generalizada entre mayores fuerzas y mayor concentración de solutos.

De estos resultados se observa que en general hubo un decremento en la fuerza global o de compresión que expresa la pérdida de agua de la matriz o red vegetal, debilitando la estructura, y un aumento en la fuerza local o de penetración, que refleja la mayor fuerza de los puntos de enlace o interacción por la eliminación del agua y la presencia de sales. Ambos fenómenos son resultado de la aplicación del proceso combinado de DO y SA.

3.2.2 Evolución de la Humedad y Contenido de Sal

Como lo muestra la Figura 4, así se desarrollaron las cinéticas de pérdida de humedad para la JDO, el fenómeno de deshidratación con aire mostró una tendencia que se consideró lineal. Como se puede concluir y así lo corroboran Krokida et al. (2003), esta cinética de pérdida de humedad refleja un fenómeno de secado estable y por tanto una velocidad de evaporación constante. Analizando el fenómeno de transporte de masa, esto significa que el control del secado se debe a la evaporación superficial del agua de las placas de jícama, como consecuencia de que la humedad eliminada durante la DO se llevó a cabo a un nivel bajo; quedando suficiente agua en el material alimenticio para que la evaporación se desarrolle plenamente durante el SA.

Se generaron las ecuaciones lineales que relacionan a la humedad residual con el tiempo de proceso, mismas que se incluyen en la tabla 7. Para las muestras secadas a 45 °C y 0.35 m/s, la pendiente de la línea recta resultó en valores comprendidos entre 0.0130 y 0.0194 (media de 0.016); mientras que para los productos secados a 45 °C y a 0.45 m/s los valores estuvieron entre 0.0131 a 0.0222 kg de agua/kg s.s..min (media de 0.018); y para los productos secados a 50 °C y a 0.35 m/s la razón varió entre 0.0127 a 0.0189 kg de agua/kg s.s..min (media de 0.016). Estas pendientes o razones de evaporación, no expresan diferencias importantes entre condiciones de secado, ya que corresponden a tendencias semejantes (“curvas paralelas”). De cualquier modo y basados tanto en la humedad final alcanzada (Fig. 4), como en las velocidades de evaporación (pendientes de las ecuaciones lineales), se podría concluir que el secado de JDO fue más efectivo con aire a 45 °C y a una velocidad de 0.45 m/s.

Todos estos valores permitieron un buen ajuste (R2: 0.96 - 0.99, con una excepción: 0.89 para el secado 45 °C-0.45 m/s de JDO con 5S-2A), por lo que la predicción de la humedad en este proceso de deshidratación, correspondió prácticamente a la determinada experimentalmente con errores menores al 10 % (solo 14 de 311 valores predichos tuvieron un error mayor; mismos que coinciden con las zonas no lineales de la curva de secado), y corroboró que el secado se desarrolló en una etapa estable de eliminación de agua; la misma Figura 4 muestra el comportamiento predicho de la JDO durante el secado (líneas continuas). Por lo anterior, no fue necesario aplicar ninguna otra ecuación, ni considerar un periodo de secado decreciente. Algunos valores experimentales y predichos para las

(27)

diferentes corridas experimentales, a tiempos variables y tomados al azar, se incluyen en la Tabla 8.

Tabla 7. Ecuaciones lineales obtenidas del secado con aire de JDO.

Tratamiento DO Secado con Aire Ecuación obtenida Ecuación R2

T (°C) v (m/s) 3S-1A 45 0.35 M = 9.4538 - 0.0172 tsa 7 0.987 3S-1A 45 0.45 M = 8.6840 - 0.0153 tsa 8 0.976 3S-1A 50 0.35 M = 9.1884 - 0.0153 tsa 9 0.984 3S-2A 45 0.35 M = 9.4140 - 0.0194 tsa 10 0.996 3S-2A 45 0.45 M = 9.4607 - 0.0222 tsa 11 0.994 3S-2A 50 0.35 M = 8.8213 - 0.0189 tsa 12 0.960 5S-1A 45 0.35 M = 7.7614 - 0.0130 tsa 13 0.983 5S-1A 45 0.45 M = 8.3427 - 0.0131 tsa 14 0.969 5S-1A 50 0.35 M = 8.4003 - 0.0127 tsa 15 0.993 5S-2A 45 0.35 M = 8.0987 - 0.0172 tsa 16 0.991 5S-2A 45 0.45 M = 6.7802 - 0.0166 tsa 17 0.886 5S-2A 50 0.35 M = 7.4783 - 0.0157 tsa 18 0.957

M: humedad base seca, tsa: tiempo de secado con aire (min)

Tabla 8. Predicciones de humedad (kg de agua/kg de s.s.) con las ecuaciones lineales.

Ecuación Tiempo Valor Predicho Valor experimental (%) Error (%)

16 60 min 8.422 8.410 0.1 120 7.390 7.422 0.4 17 180 5.930 5.608 5.7 240 5.012 4.919 1.9 18 30 min 8.729 8.404 3.9 90 7.811 8.027 2.7 19 270 4.176 4.231 1.3 330 3.012 2.918 3.2 20 60 min 8.129 8.080 0.6 120 6.797 7.097 4.2 21 180 5.419 5.106 6.1 340 2.395 2.917 18 22 30 min 7.370 7.480 1.4 120 6.200 6.060 2.3 23 100 7.030 7.090 0.8 330 4.020 3.620 11 26 0 8.099 7.803 3.8 360 1.907 2.095 9.0 27 100 5.908 6.175 4.3 200 4.338 3.940 10

Después de este tratamiento de SA, la jícama disminuyó su humedad desde 87- 90 % obtenido después de la DO, hasta un 60-70 % de humedad dependiendo tanto del tratamiento de DO aplicado, como de las condiciones de operación en el SA; es decir, se logró eliminar alrededor de un 20-30% del agua existente en la JDO en 6 horas de secado; o bien, si se considera la humedad en base seca, la disminución fue desde 7-8 hasta 2-3 kg agua/kg s.s, lo que permite considerar al producto obtenido, como una jícama de humedad intermedia (aw < 0.9, valor obtenido por medio de un modelo de predicción de actividad de

(28)

agua). El análisis estadístico aplicado, indicó que no hubo diferencia significativa en la humedad final en función de la temperatura y velocidad del aire. Aunque las condiciones de operación, el alimento y el agente depresor difieren, existen semejanzas con algunos de los datos reportados por Park et al. (2003).

El contenido de sal fue determinado después del SA, el intervalo de variación medido fue de 4 a 10 % en función de la combinación específica de procesos de DO y SA; como se esperaba, los valores bajos de NaCl estuvieron asociados con las bajas concentraciones de sólidos en la solución osmótica. Y el aumento en la concentración de sal obviamente es resultado de la concentración por la elimnación de agua durante el SA.

3.3 ALMACENAMIENTO DE LA JÍCAMA DESHIDRATADA

La jícama deshidratada con la combinación de DO y SA a las diferentes condiciones de operación estudiadas, fue almacenada a temperatura de refrigeración (4 + 1 °C) durante 4 semanas, en donde se realizaron algunas observaciones.

Hubo pérdida de luminosidad, ligero aumento en el parámetro rojo y decremento en el amarillo, cuyas magnitudes variaron en función del tratamiento combinado. Al final del periodo de almacenamiento, los cambios netos de color estuvieron entre 5 y 15, de magnitud semejante a los registrados durante el secado; se encontró un efecto significativo del tiempo tanto en L como en b y sin efecto sobre el parámetro a.

Se registraron pequeños decrementos tanto en la fuerza de compresión como en la de penetración de muestras seleccionadas al azar, no se midió la fuerza en todas las jícamas secas; disminuciones en textura que básicamente expresan la pérdida de consistencia de las muestras, por efectos del almacenamiento o “envejecimiento”.

Finalmente y aunque tampoco se efectuaron pruebas sensoriales formales, la jícama obtenida mostró buenas características sensoriales de color, sabor y textura. Y mantuvo estos atributos aceptables durante las 4 semanas que permaneció refrigerada. Además del efecto conservador por la incorporación de sólidos en la jícama, la presencia de ácido contribuyó a darle un sabor atractivo.

4 CONCLUSIONES

Se deshidrató la jícama osmóticamente, con sal y ácido cítrico, resultando en cambios fisicoquímicos notables. Se aplicaron satisfactoriamente dos modelos cinéticos, el de Hawkes y Flink para obtener el coeficiente global de transferencia de sólidos, y el modelo de Peleg, tanto para la ganancia de sólidos como para la pérdida de humedad; ambos modelos describen de manera adecuada el proceso de DO para la jícama, con bajos errores de predicción, en tres de los cuatro tratamientos. Los cambios másicos (ganancia de sólidos, pérdida de humedad y de peso) y fisicoquímicos (acidez, color, y textura) registrados durante este proceso fueron ligeros, debido a la baja concentración de sólidos utilizada en la solución osmótica (< 7 %) y al corto periodo de tratamiento (4 h). Para el proceso de

(29)

secado con aire, se observó que las condiciones de temperatura y velocidad de aire utilizadas en este experimento, generaron un cambio de humedad con respecto al tiempo que correspondió al periodo de velocidad constante, y que fue ajustado a una línea recta. La humedad de la jícama se redujo en función de los flujos con aire hasta niveles de 2-3 kg agua/kg de s.s., aumentando la estabilidad del producto, que se mantuvo estable durante 4 semanas de almacenamiento refrigerado. Por los resultados obtenidos de la combinación de deshidratación osmótica y secado con aire, se puede considerar que el producto obtenido es de humedad intermedia (< 0.90), además de que se establecen las bases para el desarrollo de una jícama estable y sensorialmente aceptable. Sin embargo, se requieren de trabajos adicionales que completen el presente estudio si se desea elaborar una jícama para una mayor vida de anaquel, centrando la combinación de ambos procesos en las mejores condiciones de operación observadas en este estudio, e incluyendo pruebas sensoriales formales que permitan la obtención de una jícama estable y sensorialmente atractiva.

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GOTA PARA LA MEDICIÓN DE LA TENSIÓN

INTERFACIAL DE GRASAS EN EL PROCESO DE

EMULSIFICACIÓN EN MATLAB®, UTILIZANDO

UN NUEVO SISTEMA DE COORDENADAS DE

REFERENCIA

Autores:

A

LBERTO

A

LBIS

,

D

ARMYS

F

ERNÁNDEZ

,

A

NDRÉS

N

ÚÑEZ

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO BARRANQUILLA – COLOMBIA

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Información de los autores:

Ing. Alberto Albis Dr. Sc

Semillero de Bioprocesos y Termodinámica, Universidad del Atlántico e-mail: albertoalbis@gmail.com

Darmys Fernández

Semillero de Bioprocesos y Termodinámica, Universidad del Atlántico e-mail: dcfernandeza@gmail.com

Andrés Núñez

Semillero de Bioprocesos y Termodinámica, Universidad del Atlántico e-mail: a.camilo.29.07@gmail.com

Las opiniones expresadas en este documento no son necesariamente opiniones de la Revista ReCiTeIA, de sus órganos o de sus funcionarios. ReCiTeIA no se hace responsable de

materiales con derecho de autor tomados sin autorización por los propios autores.

Edición:

2011 © ReCiTeIA. ISSN 2027-6850 Cali – Valle – Colombia

e-mail: reciteia@gmail.com, reciteia@live.com url: http://revistareciteia.es.tl/

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Implementación del método de perfil de gota para la medición de la

tensión interfacial de grasas en el proceso de emulsificación en

MATLAB®, utilizando un nuevo sistema de coordenadas de referencia

Alberto Albis, Darmys Fernández, Andrés Núñez Universidad del Atlántico – Colombia

CONTENIDO Lista de Figuras ... 33 Resumen... 34 1 Introducción ... 34 2 Metodología ... 39 3 Resultados ... 39 4 Discusión ... 42 5 Referencias Bibliográficas ... 42 LISTA DE FIGURAS

Figura 1. a) Sistema de coordenadas propuesto por Zholob et al. b) Coordenadas de

referencia utilizadas en este trabajo. 37

Figura 2. a) Detección del borde de la gota mediante el método de Canny. b) Selección

del área de trabajo. c) Ejemplo de Perfil experimental 41

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Implementación del método de perfil de gota para la medición de la

tensión interfacial de grasas en el proceso de emulsificación en

MATLAB®, utilizando un nuevo sistema de coordenadas de referencia

RESUMEN

La espumación y la emulsificación son procesos físicos que tienen como objetivos fusionar dos fases distintas ya sean liquido-liquido o liquido-gas para crear mezclas casi homogéneas. Para el caso de la espumación es necesario hacer pasar el gas atraves de la fase liquida provocando un burbujeo constante y uniforme, mientras que para el segundo es necesario mezclar las dos fases liquidas inmiscible y agregar una energía externa para lograr un mezclado casi uniforme de las sustancias en la contacto. Para estos procesos es fundamental el cálculo de la tensión interfacial a causa de que esta propiedad proporciona una idea del el grado de espumación o emulsificación posible en un sistema, por lo cual también es preciso disponer de un método rápido y exacto para medirla. Existen muchos métodos para medir la tensión superficial, entre ellos, el método de perfil de gota muestra algunas ventajas, tales como: alta precisión, tamaño pequeño de muestra, es aplicable a interfaces líquido-vapor y líquido-líquido y a condiciones extremas de presión y temperatura. Este método ya ha sido utilizado para determinar la adsorción de sistemas de proteína en distintas interfaces. El método del perfil de gota se basa en el desarrollo de la ecuación de Young-Laplace para la capilaridad: esta ecuación diferencial se soluciona para un conjunto de parámetros, entre los cuales se incluye la tensión interfacial y se compara con el perfil experimental adquirido a través de una fotografía. El procedimiento se repite con distintos valores para el conjunto de parámetros hasta que coinciden el perfil experimental y el calculado.

Palabras clave / Keywords: Emulsificación, Espumación, Perfil de gota, ecuación de

Young-Laplace, Tensión interfacial

1 INTRODUCCIÓN

La emulsificación y la espumación son procesos muy importantes en la producción de la industria de alimentos, por ser focos de alta sensibilidad en la calidad de muchos de sus productos como lo son aditivos, cremas, salsas, mantequillas, sopas, helados, etc. Estos procesos tienes como fin básicamente intentar homogenizar una mezcla en su mayoría de agua y sustancias oleaginosas para la emulsificación y grasas o sustancias de este carácter con gases (aire comúnmente). Para poder llevar a cabo estas operaciones es necesario conocer ciertas propiedades intrínsecas de los componentes de la mezcla a tratar, una de ellas es la tensión interfacial de las sustancias puras, esto a causa de que esta propiedad es responsable de que dos sustancias sean inmiscibles entre si ya que además de estar sometidas a la fuerza de la gravedad y a una inercia estática que las separa, están sometidas a una energía de superficie que deben vencer para poder mezclarse. Para realizar

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emulsiones es necesario obtener una mezcla lo más homogénea posible sin llegar a mezclar totalmente los compuestos, esto se logra agregando energía al sistema para poder vencer la fuerza interfacial que separa las dos sustancias y aumentar así el área de contacto de las dos fases ó agregando una sustancia adicional (tensoactivos) a la mezcla que reduzca la tensión superficial de uno de los componentes para obtener una emulsión más estable.

De lo anterior se logra observar la importancia de esta propiedad en la industria de los alimentos, por esto es necesario mantener un control adecuado sobre su variabilidad durante el proceso. Esto se debe realizar de forma continua, rápida y precisa. Por lo cual se debe constar de un método práctico pero a la vez eficaz para su medición en los procesos. Con el advenimiento de una mayor capacidad de cálculo en los ordenadores, aumentó considerablemente la literatura concerniente a la medición de la tensión superficial utilizando técnicas de procesamiento de imágenes [1].

Son varios los métodos que actualmente se utilizan de forma exitosa para la medición de la tensión superficial. Entre éstos, el método de perfil de gota muestra algunas ventajas, tales como: alta precisión, tamaño pequeño de muestra, es aplicable a interfaces líquido-vapor y líquido-líquido y a condiciones extremas de presión y temperatura [2]. Este método ya ha sido utilizado para determinar la adsorción de sistemas de proteína en distintas interfaces [3], [4], [5].

El método del perfil de gota se basa en el desarrollo de la ecuación de Young-Laplace para la capilaridad [6]. Esta ecuación proviene del balance de fuerzas de gravedad y presión hidrostática considerando el efecto de la tensión en la superficie:

         2 1 1 1 R R P  Ec (1) Donde γ, es la tensión superficial, R1 y R2 son los radios de curvatura en un punto de la

superficie de la gota en la que se presenta una diferencia de presión ΔP, la cual a su vez puede expresarse en términos de la altura z a la cual está ubicado el punto en la superficie de la gota, la diferencia de densidades entre los medios, Δρ, la gravedad, g, y un parámetro adimensional llamado número de Bond, β, a través de:

    1 1 2 2 1           gz R R Ec (2)

Por consideraciones de simetría, esta ecuación puede escribirse como:

2 sin 1 1    b z b x b R   Ec (3)

Referencias

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