i
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
TESIS
PRESENTADA POR:
Bach. Marco Antonio Torres Lara
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL
TARMA – PERÚ
2012
TEMPERATURA Y LA DIFUSIVIDAD MÁSICA DEL SECADO DE PLATANO VERDE (Musa paradisiaca) DE
LA VARIEDAD INGIRI
ii
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
TESIS
Presentada por:
Marco Antonio Torres Lara
SUSTENTADA ANTE EL SIGUIENTE JURADO:
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Presidente del Jurado
--- ---
Jurado Jurado
--- ---
Jurado Asesor
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ASESOR:
Mg. BECQUER FRAUBER CAMAYO LAPA
iv Dedicatoria:
A mis Padres que siempre me animan a luchar por mis sueños por todo los quiero.
v Agradecimiento
Al Mg. Bécquer Camayo Lapa por sus sabios consejos, apoyo moral e incondicional en mi formación personal y profesional.
Al MSc. Miguel Ángel Quispe Solano, Mg. Sc. Shalin Carhuallanqui Ávila e Ing. Nancy Parraga Melgarejo por la revisión y sugerencias en el apoyo de la presente Investigación.
Mi más sinceros agradecimiento a todas aquellas personas que colaboraron de una u otra manera al desarrollo y término de esta tesis.
A mi alma mater la Universidad Nacional del Centro del Perú, Facultad de Ciencias Aplicadas.
vi Reconocimiento
A la Facultad de Ciencias Aplicadas Escuela Académico Profesional de Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Nacional del Centro del Perú por darme la oportunidad de seguir logrando mis objetivos académicos.
vii
RESUMEN
La presente investigación tuvo como objetivo es evaluar el efecto de la temperatura de secado en la difusividad efectiva en rodajas de plátano verde, para lo cual se utilizó un secador de bandejas convectivo. El estudio de la cinética de secado del Plátano verde se realizó a tres temperaturas (40, 50 y 60º C) con una velocidad de aire de 1,2 ± 0.1 m/s. Se utilizó rodajas de plátano verde de 5mm de espesor, se obtuvieron las curvas de secado y la difusividad efectiva (Def) en las curvas de secado se analizaron los periodos de velocidad constante y decreciente, se determinó la influencia de la temperatura en la humedad crítica y la humedad de equilibrio, la curvas de secado se vieron afectadas al aumentar la temperatura del aire de 40°C a 60° C disminuyendo el tiempo de secado de las muestras, llegando a humedades de equilibrio entre 0,05; 0,06 y 0,07 g agua/g ss y humedades criticas de 0,56; 0,48 y 0,44 g agua/g ss. Durante el experimento se utilizó la ecuación de la segunda Ley de Fick para el cálculo de la difusividad efectiva de agua que se encuentran en el rango de 2,6667x10-10 – 3,314 x10-10 m2/s para las temperaturas de secado de la investigación. Tanto la difusividad como los parámetros cinéticos de secado: humedad crítica y humedad de equilibrio presentan dependencia con la temperatura y al evaluar la difusividad con la ecuación de Arrhenius se obtiene una energía de activación de 9,491 kJ/mol.
Palabra Clave: secado, difusividad, humedad, secado de plátanos.
viii
ABSTRACT
The present study aimed to evaluate the effect of drying temperature on the effective diffusivity sliced green banana, for which we used a convective tray dryer. The study of the kinetics of drying the green banana was conducted at three temperatures (40, 50 and 60 °C) with an air velocity of 1.2 ± 0.1 m/s. We used green banana slices of thickness 5mm, the curves were obtained by drying and effective diffusivity (Def) in the drying curves were analyzed constant periods and decreasing speed, we determined the influence of the temperature in the critical humidity and the equilibrium moisture content, the drying curves were affected by increasing the air temperature of 40°C to 60°C decreasing drying time of the samples reaching equilibrium moistures of 0.05, 0.06 and 0.07 g water/g ss and critical humidities of 0.56, 0.48 and 0.44 g water/g ss. During the experiment used the equation of Fick's second law for the calculation of the effective diffusivity of water found in the range of 2.6667 x10-10 to 3.314 x10-10 m2/s for drying temperatures Research Both diffusivity and drying kinetic parameters: critical humidity and equilibrium moisture present temperature dependence and to evaluate the diffusivity with the Arrhenius equation is obtained an activation energy of 9.491 kJ/mol.
Keyword: drying, diffusivity, moisture, drying of bananas.
ix ÍNDICE
Pág.
DEDICATORIA Iv
AGRADECIMIENTO V
RECONOCIMIENTO Vi
RESUMEN vii
ABSTRACT viii
INDICE Ix
INDICE DE TABLAS X
INDICE DE FIGURAS Xiii
INTRODUCCION Xiv
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Determinación del problema
1.2 Formulación del problema.
1.3 Objetivos de la investigación.
1.4 Justificación e importancia.
1.5 Delimitaciones de la investigación.
17 18 18 18 19 CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de la investigación.
2.2 Teorías Básicas.
2.2.1 Plátano 2.2.2 Secado
2.3 Desarrollo de variables 2.4 Hipótesis de Investigación 2.5 Variables
20 25 25 27 35 37 37
x CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN 3.1 Tipo de Investigación.
3.2 Nivel de Investigación.
3.3 Métodos de Investigación.
3.4 Diseño de Investigación.
3.5 Población y muestra
3.6 Técnicas, instrumentos y procedimientos de recolección de información o datos
3.7 Técnicas de procesamiento de información o datos
39 39 39 40 41 41
43 CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1 Presentación, análisis e interpretación de información o datos
4.1.1 Referidos a la caracterización de la materia prima y producto 4.1.2 Secado de plátano verde
4.1.3 Difusividad efectiva (Def) del vapor de agua durante el secado 4.1.4 Efecto de la temperatura sobre la difusividad efectiva del vapor de
agua en el secado de plátano verde
4.1.5 Contenido de humedad del plátano verde secado a las temperaturas de 40, 50 y 60°C.
4.2 Discusión de resultados
47 47 48 60 65 67
68
CONCLUSIONES 75
SUGERENCIAS 76
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 77
ANEXO 80
xi INDICE DE TABLAS
Tabla N° Pág.
1 Análisis fisicoquímico del plátano verde (inguiri) 25 2 Operacionalizacion de hipótesis, variables y indicadores 37 3 Esquematización del diseño experimental a desarrollar en la
investigación
39
4 Representación del diseño estadístico DCA aplicado a la investigación.
45
5 Composición químico proximal del plátano verde variedad inguiri 46 6 Análisis fisicoquímico de las rodajas de plátano verde variedad
inguiri
46
7 Pérdida de peso (g) durante el secado de plátano verde a las temperaturas de 40, 50 y 60ºC
47
8 Humedad en base seca (W) vs tiempo en el secado de plátano verde a las temperaturas de secado 40, 50 y 60°C
49
9 Velocidades de secado (R) obtenidos durante el secado de plátano verde a las temperaturas de 40, 50 y 60ºC
51
10 Velocidad de secado y humedad libre del plátano verde secado a las temperaturas de 40, 50 y 60°C
53
11 Resultados de la humedad critica y la humedad de equilibrio del secado de plátano verde a las temperaturas de 40, 50 y 60°C
57
12 Prueba de medias (ANOVA). Humedad critica a las diferentes temperaturas de secado
57
13 Prueba de medias (ANOVA). Humedad de equilibrio a las diferentes temperaturas de secado
58
14 Datos para calcular la difusividad efectiva del vapor de agua en el secado de plátano verde a 40°C
59
xii 15 Datos para calcular la difusividad efectiva del vapor de agua en el
secado de plátano verde a 50°C
60
16 Datos para calcular la difusividad efectiva del vapor de agua en el secado de plátano verde a 60°C
61
17 Difusividad efectiva del vapor de agua en el secado de plátano verde a 40, 50 y 60°C
62
18 Prueba de medias (ANOVA). Difusidad a las diferentes temperaturas de secado
63
19 Datos de la Difusividad efectiva vs la inversa de la temperatura absoluta del secado de plátano verde
64 20 Contenido de humedad final del plátano verde seco 65
xiii INDICE DE FIGURAS
Figura N° Pág.
1 Plátano Varierdad Inguiri 25
2 Curvas de velocidad de secado 31
3 Diagrama de flujo propuesto para la obtención de rodajas de plátanos verdes deshidratados
42 4 Perdida de peso durante el secado de plátano verde a 40°C,
50°C y 60°C
48 5 Humedad en base seca vs el tiempo durante el secado de
plátano verde
50 6 Velocidad de secado (R) vs tiempo (h) en el secado de plátano
verde a 40, 50 y 60°C
52 7 Humedad crítica y de equilibrio en el secado de plátano a 40°C 54 8 Humedad crítica y de equilibrio en el secado de plátano a 50°C 55 9 Humedad crítica y de equilibrio en el secado de plátano a 60°C 55 10 Representación de las medias de las puntuaciones de Humedad
critica a las diferentes temperaturas de secado
57
11 Representación de las medias de las puntuaciones de Humedad de equilibrio a las diferentes temperaturas de secado
58
12 Difusividad Efectiva (m2/h) en el secado de plátano verde 62 13 Representación de las medias de las puntuaciones de difusividad
a las diferentes temperaturas de secado
63
14 Efecto de la temperatura sobre la (Def) del vapor de agua en el secado de plátano verde
65
xiv
INTRODUCCIÓN
Señores miembros del jurado pongo a consideración el trabajo de investigación
“Temperatura y la Difusividad Másica del Secado de Plátano Verde (Musa Paradisiaca) de la Variedad Ingiri”.
El plátano es el frutal de importancia económica en la Selva Central de nuestro país.
No obstante, las pérdidas por mal manejo postcosecha perjudican al agricultor y se justifica buscar métodos para conservar y/o aumentar su valor agregado. Se ha demostrado recientemente la conveniencia de procesar el plátano en su estado inmaduro (plátano verde), por sus valiosas características como alimento funcional de gran importancia para la salud, (da Mota y col. 2000).
El plátano verde deshidratado se puede convertir en harina con aplicaciones múltiples en la industria de los alimentos; como es el caso también de la banana madura deshidratada. Estas aplicaciones son una opción para productores de plátano que ven mermadas sus ganancias por mal manejo postcosecha, cambios climáticos y precios bajos por sobreoferta del producto fresco. Sin embargo, poca información se encuentra disponible sobre parámetros y variables de secado de plátano verde para la elaboración de harinas.
El secado es definido como un proceso de retiro de humedad, debido a simultáneas transferencias de masa y calor. Es un método clásico de preservación de alimentos,
xv el cual proporciona la extensión de la vida útil; además disminuye su peso y volumen, para su transporte y almacenaje respectivamente. Los productos deshidratados no necesitan temperaturas de refrigeración para su mantenimiento en el tiempo, debido a que este proceso disminuye el valor de actividad de agua (aw), siendo estos tan bajos que resulta muy difícil el desarrollo de microorganismos (patógenos o alteradores), exceptuando algunos tipos de mohos y hongos.
El deshidratado de frutas y hortalizas es uno de los métodos más antiguos y empleados para su conservación. El deshidratado consiste en la extracción del agua contenida en los alimentos por medios físicos hasta que el nivel de agua sea adecuada para su conservación por largos periodos, el nivel de agua se reduce por debajo del 10%. Con el deshidratado se aumenta la vida de anaquel de los alimentos mediante la reducción de la actividad de agua, lo que inhibe el crecimiento microbiano y la actividad de las enzimas. La reducción del peso y volumen en el secado también reduce los costos de transporte y almacenamiento (Sharma, 2003).
El contenido del informe está estructurado en cinco capítulos, de la siguiente manera:
CAPÍTULO I, contiene la determinación del problema de investigación, formulación, objetivos de la investigación, justificación y delimitaciones de la investigación.
CAPÍTULO II, se hace referencia los antecedentes de la investigación, bases teóricas de la investigación, desarrollo de las variables, hipótesis de la investigación así como la operacionalizacion de las variables de la investigación.
CAPÍTULO III, se describe el tipo y nivel de investigación, la metodología de la investigación abarcando el método y diseño de la investigación; población y muestra
xvi de la investigación; técnicas e instrumentos y fuentes de recolección de datos; y técnicas de procesamiento de la información.
CAPÍTULO IV, en este capítulo se realiza la presentación, análisis e interpretación de los datos. Así mismo la discusión de los resultados de las variables en estudio.
Finalmente se ha establecido las correspondientes conclusiones, sugerencias y aportes.
El autor
17 CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1. Determinación del problema
El secado ha sido desde los tiempos más remotos, un medio de conservación de los alimentos. Su aplicación en la forma más sencilla se aprovechó sin duda mediante la observación de la naturaleza. En el campo se secan los granos y los tallos por medio de exposición al sol. A menudo se logra así un grado suficiente de seguridad en la conservación de los alimentos. Sin embargo, en la región de selva central existen pocas investigaciones sobre la cinética de secado de especies vegetales ricas en carbohidratos, como por ejemplo el plátano y la yuca, que están al alcance del poblador local a un bajo costo.
En el secado de un material se remueve humedad libre de la superficie y también agua retenida en el interior. Si se determina el cambio en el contenido de humedad del material con respecto al tiempo, se obtiene una curva de la cual se puede conocer la velocidad de secado a cualquier contenido de humedad. La forma de la curva varía con la estructura y tipo de material (Brennan, Butters, Cowrell & Lilly, 1980). Para el caso de la deshidratación del plátano y su respectiva transformación en harina se recomienda que esta contenga de 2 a 5 % de humedad en base húmeda.
En la búsqueda bibliográfica realizada no se ha encontrado trabajos para determinar la cinética de secado de Plátano, ni información sobre las técnicas de secado de esta fruta. Solo existen referencias que se comercializa plátano verde como fruta fresca y como harina, con gran potencial para exportación.
18 1.2. Formulación del problema
1.2.1 Problema principal:
¿Cuál es el efecto de la temperatura en la cinética de secado y difusividad efectiva en el plátano verde?
1.2.2 Problemas específicos
¿Cuál es el comportamiento de la humedad de equilibrio y la humedad critica a las temperaturas de secado?
¿Cuáles serán los valores del coeficiente de difusividad efectiva en el secado de plátano a las diferentes temperaturas de secado?
¿Cómo influyen las difusividades y las temperaturas de secado en la Energía de activación?
1.3. Objetivos de investigación 1.3.1 Objetivo general:
Evaluar el efecto de la temperatura de secado en la difusividad efectiva en rodajas de plátano verde.
1.3.2 Objetivos específicos:
a) Determinar la humedad crítica y la humedad de equilibrio en el secado de plátanos a diferentes temperaturas
b) Determinar la difusividad efectiva en el secado de plátanos a diferentes temperaturas
c) Calcular la energía de activación durante el secado de plátanos a diferentes temperaturas
1.4. Justificación e importancia
El secado por aire caliente permite obtener alimentos estables, desde el punto de vista microbiológico, y en el caso de las frutas, con una concentración muy interesante de componentes, como son los hidratos de carbono y fibra, además de vitaminas y sales minerales. Este proceso apenas genera problemas
19 medioambientales y presenta otra ventaja, como es la reducción de los costes de almacenamiento y transporte, ampliando la gama de productos de frutas en el punto de venta. No obstante, la aplicación del secado por aire caliente puede conllevar pérdidas de calidad del producto que hacen necesario recurrir al empleo de productos químicos o de métodos alternativos, como los métodos combinados, que preserven la calidad del mismo.
La modelización de la cinética de secado de productos alimenticios en general tiene gran interés para estudios de optimización del diseño y operación de los equipos utilizados en la realización de esta operación de deshidratación.
Mediante la utilización de estos modelos matemáticos en adecuados sistemas informáticos es posible realizar estudios de simulación de esta operación de secado por ordenador, que siempre resulta más rápidos y más baratos que la experimentación en planta piloto o a nivel industrial.
1.5. Delimitaciones de la investigación a) Delimitación espacial
El trabajo de investigación se realizó con muestras procedentes de la provincia de Satipo – Región Junín.
b) Delimitación temporal
El trabajo de investigación se realizó desde el mes de Mayo del 2011 y se culminó el mes de Marzo del 2012.
c) Delimitación cuantitativa
Se trabajó con 50 Kg. de plátano verde variedad inguiri los que fueron acondicionados para su deshidratación.
20 CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de la investigación
En el trabajo de Investigación “Modelización de la cinética de secado de patata cortada en láminas” realizado por López, Virseda & Abril (1995) Se ha modelizado matemáticamente la cinética de secado con aire caliente de papa cortada en rodajas, a diferentes temperaturas y velocidades de aire, en la cual se han apreciado dos periodos de secado: uno a velocidad constante y otro a velocidad de secado decreciente. Se ha obtenido una relación entre caudal másico de aire de secado y el coeficiente de transferencia de calor para el primer periodo y para el segundo periodo se ha utilizado la ley de Fick para obtener valores de difusividad efectiva y se resolvió su dependencia con la temperatura mediante la Ecuación de Arrhenius.
Carranza y Sánchez (2002) en el trabajo de investigación “Cinética de secado de Musa paradisiaca L. (Plátano) y Manihot esculenta Grantz (Yuca)”
señala que se utilizaron plátano de la variedad “dominico” y yuca de la variedad
“señorita” hicieron varias pruebas de secado, con temperaturas de 40°C, 50°C, 60°C, conjugando cada temperatura con diferentes velocidades de aire: 5.08 m/s, 7.62 m/s, 9.65 m/s y variando el espesor del producto a secar: 0.2 cm de espesor con 2.0 cm de ancho y 3.0 cm de largo, 0.4 cm de espesor con 2.0 cm de ancho y 3.0 cm de largo. El plátano y la yuca con temperatura de 50°C y velocidad de aire de 7.62 m/s y materia prima de 0.2 cm de espesor, 2.0 cm de ancho y 3.0 cm de largo, presentaron las siguientes características: secado a
21 velocidad constante con un tiempo corto de duración de 0.325 h para el plátano y 0.330 h para la yuca; secado a velocidad decreciente, por un tiempo de 2.67 h para el plátano y la yuca. Ambos productos fueron molidos y transformados en harinas y almacenados a temperatura ambiente durante cuatro meses, tras el cual se les realizó un análisis físico-químico, que permitió observar las óptimas condiciones de conservación.
Barrena, Maicelo, Gamarra y Cardenas (2004) en el trabajo de investigación
“Cinética de Secado de Lúcuma (Pouteria lucuma L.)” determino los parámetros que permitirán diseñar un secador de bandejas con flujo de aire caliente, la pulpa fue cortada en rodajas de 0,3 cm de espesor y colocadas en un secador de bandejas con aire caliente de laboratorio. Se ensayaron tres temperaturas para el aire de secado (40, 50 y 60 ºC) y tres velocidades del aire:
2,5; 3,0 y 3,5 m/s. El tiempo mínimo de secado fue de 120 minutos. Los resultados experimentales indican que la mayor similitud de color de la pulpa seca con la pulpa fresca de lúcuma y por ende de la harina de lúcuma obtenida, se consigue trabajando con aire de secado a una temperatura de 50 ºC y velocidad de 3,5 m/s; con estas condiciones del aire el tiempo crítico de secado fue de 40 minutos, la humedad crítica de 0,48 g agua/g lúcuma seca, la humedad de equilibrio de 0,04 g agua/g lúcuma seca y la velocidad de secado fue de 0,020 g agua/g lúcuma seca.
Vega y Lemus (2006) en el trabajo de investigación intitulado “Modelado de la Cinética de Secado de la Papaya Chilena (Vasconcellea pubescens)” ha estudiado y modelado el secado por aire caliente de papaya chilena (Vasconcellea pubescens) a diferentes temperaturas (40, 50, 60, 70 y 80º C) con velocidad de aire de 2.0 ± 0.2 m·s-1. Durante las experiencias se observaron los periodos de inducción, velocidad constante y decreciente. Los modelos matemáticos aplicados fueron el modelo de Newton, Henderson-Pabis
22 y Page. Además se evaluó la calidad de ajuste de estos modelos por medio del coeficiente de regresión lineal, suma de errores cuadrados, raíz media de los errores cuadrados y X2. Los parámetros cinéticos de cada modelo presentaron la dependencia usual con la temperatura, y fueron evaluadas con la ecuación de Arrhenius. Al comparar los valores experimentales con los calculados, se demostró que el modelo de Page obtuvo la mejor calidad de ajuste en cada curva de secado, representando una excelente herramienta para estimar el tiempo de secado de este producto.
En el trabajo de investigación “Modelo cinético del secado de la pulpa de mango” desarrollado por Aquiles (2006) encontró un modelo que permitiera predecir el tiempo de secado de la pulpa de mango (Mangifera indica) con diferentes condiciones de temperatura. Se construyó un secador de laboratorio en el que se llevaron a cabo pruebas de secado a temperaturas de 55 oC, 60 oC y 65 oC, con una velocidad de aire constante de 2,0 m/s y una humedad relativa controlada de 50%. Se presenta un procedimiento sencillo que convierte el modelo de GAB en una ecuación polinomial de segundo orden. Igualmente, se muestra una manera simple aplicable a procesos similares de secado para establecer su cinética a partir de modelos simplificados de la ecuación clásica de Fick.
En la investigación realizada por Montes, Torres, Andrade, Pérez, Marimon y Meza (2008) sobre “Modelado de la cinética de secado de Ñame (Dioscorea Rotundata) en capa delgada” señala que seco ñame en capa delgada, de las variedades 9811-089 y 9811-091, fue evaluado en un secador de laboratorio tipo bandeja a temperaturas de 45, 55 y 70 °C y velocidad de aire promedio de 1 m/s, las muestras fueron adecuadas en geometría de rodajas de radio 3,19 cm y espesor de 0,5 cm y láminas de 0,5x3x5 cm. Se evaluó el efecto de la temperatura, variedad y geometría en el tiempo de secado, empleando un
23 diseño completamente al azar en arreglo factorial con tres factores: temperatura (45, 55 y 70 °C), geometría (rodajas y láminas) y variedad (9811-089 y 9811- 091), realizando tres repeticiones por tratamiento, dando como resultado una disminución en el tiempo de secado del 28,15% para la temperatura de 70 °C.
Con los resultados obtenidos fueron construidas las curvas de secado, en las cuales se observó que este proceso tuvo lugar en el periodo decreciente, lo que evidencia que la difusión es el mecanismo que gobierna el secado de Dioscorea rotundata para las variedades estudiadas. Las curvas de secado fueron ajustadas a los modelos matemáticos de Page, difusión, Thompsom, Newton, Page modificado, Henderson y Pabis y el modelo logarítmico, determinando mediante el coeficiente de determinación (R2), error medio estimado (SE) y desvío medio relativo (%P), que el modelo logarítmico es el que mejor describe el proceso de secado (R2 ≥ 99.17 y SE ≤ 0.0299).
Balbín y lavado (2011) realizaron la investigación “Modelado y simulación de la operación de secado de papa precocida (Solanum Tuberosum Lin) en capa fina, variedades perricholi y yungay en el entorno Labview (Laboratory virtual engineering workbench)” se centra en la creación de un programa computacional o VI (Instrumento Virtual) en el entorno LabVIEW, para evaluar, analizar y optimizar la operación de secado de papa precocida o productos similares en función de las condiciones de operación. Las construcciones matemáticas abstractas modeladas que comprenden sistemas de ecuaciones y funciones lógico matemáticas y que alimentan el algoritmo del simulador son descriptores puntuales de las diferentes leyes y teorías de la operación de secado, estas describen las teorías de los periodos de secado y del método difusivo de la segunda ley de Fick para tiempos largos y geometría plana en una sola dimensión y su correlación con la ley de arrhenius. Además de los modelos teóricos con sentido físico se utilizaron diez modelos empíricos de cinética de secado (Newton, Page, Page Modificado,Henderson y Pabis, Henderson y Pabis Modificado, Logarítmico, Dos Términos, Exponencial Dos Términos, Aproximación de Difusión y Midilli). Estos se ajustaron mediante el
24 simulador a los datos experimentales, permitiéndonos aprovechar la simplicidad y su facilidad de uso para competir con los modelos teóricos y lograr la descripción optimizada de la operación. Los datos experimentales evaluados por el simulador de secado de la papa precocida, variedades Perricholi y Yungay se obtuvieron en un secador de laboratorio tipo bandeja a temperaturas de 45; 55 y 70°C y velocidad de aire promedio de 2,75m/s a una HR promedio del medio ambiente del 48 %, las muestras fueron adecuadas en geometrías de láminas de 0,3X5X2,5 cm y rodajas de 5,5 cm de diámetro por 0,3 cm de espesor. Con estos datos experimentales el simulador construyó las curvas de secado, observándose que el periodo preponderante es el de velocidad decreciente y que el fenómeno de difusión es el que gobierna el secado de papa precocida para sus dos variedades. También se observa en las difusividades (DL) halladas que estas aumentan conforme aumenta la temperatura de secado y que la geometría rodajas para ambas variedades de papa precocida necesita una mayor energía de activación (Ea) para iniciar su respectiva difusión de humedad en el periodo de secado de velocidad decreciente. En el simulador también se evaluó los efectos de la temperatura, variedad y geometría de corte sobre el tiempo de secado y el coeficiente de difusión, empleando un diseño completamente al azar con arreglo factorial, con tres factores: Temperatura (45; 55; 70 °C), geometría (rodajas y láminas) y variedad (Perricholi y Yungay). Evidenciando una influencia altamente significativa de la variedad, temperatura y geometría de corte sobre el tiempo de secado y una alta influencia significativa de la temperatura y geometría de corte sobre el coeficiente difusivo de humedad. Por último se determinó en el simulador mediante el coeficiente de determinación (R2), error cuadrático medio(Se) y desvio medio relativo(%P), el mejor modelo de ajuste; logrando los modelos Aproximación de Difusión(R2 ≥0,9987 y Se≤0,0123), Page(R2 ≥0,9976 y Se≤0,0176) y midilli (R2 ≥0,9959 y Se≤0,0219) obtener los mejores valores de ajuste y con ello lograr la descripción optima del proceso de secado de papa precocida de acuerdo a la variedad temperatura y geometría de corte.
25 2.2 Teorías básicas
2.2.1 Plátano:
Generalidades:
El plátano y banano (Musa sp.) en el Perú, son cultivos que se caracterizan por ser una valiosa fuente alimenticia para el consumidor y un importante factor de seguridad alimentaria para el productor y su familia, especialmente en la selva, además, genera ingresos permanentes para los agricultores. Se estima en 147,987 el número de familias que dependen directamente e indirectamente de este cultivo a través a la cadena productiva.
El tipo plátano es consumido mayormente cocido o en frituras, en verde o maduro; entre las principales variedades comerciales esta el “Bellaco”,
“Bellaco Plátano” y “Inguiri”. El tipo banano es consumido como fruta de mesa, destacando las variedades comerciales “Seda” (Cavendish, Gros Michell), “Isla”, “Moquicho o Biscochito” y “Capirona”. Aproximadamente el 90% de la producción nacional se destina al autoconsumo y la diferencia es para la comercialización regional, nacional y para exportación. El principal mercado de consumo es el departamento de Lima, que absorbe el 8% de la producción total de la selva y costa norte (Herrera & Colonia, 2011).
Clasificación botánica
En el 2006, Herrera y Colonia (2011) presenta la siguiente clasificación botánica para el plátano:
Reino: Plantae
División: Magnoliophyta Clase: Liliopsida
Orden: Zingiberales Familia: Musaceae
26 Género: Musa
Especie: M. paradisiaca
Plátano verde inguiri: Recientemente, se han demostrado la conveniencia de procesar el plátano en su estado inmaduro (plátano verde), por sus valiosas características como alimento funcional de gran importancia para la salud.
Tabla 1.
Análisis fisicoquímico del plátano verde (inguiri)
Componentes % (1) g (2)
Agua 58,0 57,0
Proteínas 1,0 1,0
Grasa 0,2 0,2
Cenizas 0,9 0,9
Fibra 0,8
Carbohidratos 40,1 40,9
Calorías 166,2 152,0
Nota: (1) Tomado de Carranza, J. & Sánchez M. (2002), (2) Citado por Collazos et al. (1996)
Figura 1. Plátano verde de la Variedad Inguiri (Fuente: tomado en tarma 2012).
27 Usos del plátano verde
El plátano verde deshidratado se puede convertir en harina con aplicaciones múltiples en la industria de los alimentos (Pacheco y Testa, 2005). Estas aplicaciones son una opción para productores de plátano que ven mermadas sus ganancias por mal manejo postcosecha, cambios climáticos y precios bajos por sobreoferta del producto fresco.
En nuestro país, últimamente, se ha incrementado el consumo del plátano verde procesado en diferentes presentaciones principalmente frito (chips de plátano), harina de plátano. Para atender a esta demanda, se están generando agroindustrias de plátano, las cuales demandan el producto con cierta calidad externa (desde calidad segunda hasta calidad extra) y donde la calidad interna del producto y el estado de madurez son factores muy importantes. Muchas de ellas procesan el plátano de manera artesanal con poca tecnología (ITDG, 2009).
Los usos del plátano son múltiples y se pueden transformar en plátanos secos y plátanos pasas al secar la fruta madura por lo general entera;
cremas, pastas, pulpas, puré, compotas, mermeladas y conservas;
harina, fruta confitada, néctar y jugo de plátano, chifles, bebidas alcohólicas y vinagre por fermentación de la pulpa, alimento para animales a partir de la fruta entera verde o madura y del falso tallo, almidón obtenido de la pulpa y del falso tallo, etc. (Anchiraico y Galarza, 1992).
Importancia nutricional del plátano
El plátano y banano es una fruta que se caracteriza por ser una valiosa fuente alimenticia para el consumidor de esta fruta, se caracteriza por contener grandes cantidades de energía (90 calorías por 100 g) sin colesterol, al consumir una fruta, ésta proporciona más potasio que los requerimientos diarios de un adulto (380 mg), también contienen altos
28 niveles de fósforo y calcio. Así mismo es la mejor fuente fresca de piridoxina (vitamina B6), un nutrimento que interviene en la transformación del triptofano en serotonina (una sustancia relajante que reduce la ansiedad). También proporciona un buen suministro de vitamina C, ácido fólico, magnesio y fibra dietética, que levantan el ánimo y las defensas, alicaídos con el estrés. Los expertos aconsejan comer de medio a dos plátanos diarios según el grado de tensión nerviosa. Todas estas características nutricionales lo califican como una fruta de importancia dentro de la dieta humana (Herrera M. y Colonia L., 2011).
El plátano y la banana verde contienen una elevada cantidad de almidón resistente, las investigaciones reportan que es muy beneficioso por sus efectos fisiológicos en el organismo como disminución del tiempo de tránsito intestinal, reducción de glucosa en sangre y consecuentemente, la cantidad del nivel de colesterol. El almidón resistente en el proceso de digestibilidad en un individuo sano no se absorbe en el intestino y sirve de alimento para las bacterias duodenales beneficiosas, esta digestión es muy similar a la proporción soluble de la fibra dietética. El almidón resistente puede ser considerado como un ingrediente funcional que aumenta la calidad de los alimentos. Se lo llama así porque resiste a la digestión por parte de las enzimas amilolíticas y llega integro al intestino donde es fermentado por las bacterias duodenales, esta resistencia a la hidrólisis puede ser explicada por varios factores como grado y tipo de cristalinidad del grano de almidón, contenido de amilosa, morfología del gránulo, la presencia de complejos almidón-lipídico y almidón-proteína.
Debido a los beneficios que trae el conocimiento sobre este almidón resistente (Soto, 2010).
2.2.2 Secado:
29 La operación de secado es un proceso que implica transferencia de masa entre un gas y un sólido, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa (Treybal, 1998).
En el secado de un material se remueve humedad libre de la superficie y también agua retenida en el interior. Si se determina el cambio en el contenido de humedad del material con respecto al tiempo, se obtiene una curva de la cual se puede conocer la velocidad de secado a cualquier contenido de humedad. La forma de la curva varía con la estructura y tipo de material (Brennan, Butters, Cowrell & Lilly, 1980).
Factores que intervienen en el proceso de secado:
Cuando un sólido es sometido a un proceso de secado utilizando aire se presentan dos subprocesos:
1) Transferencia de materia: El movimiento de la humedad dentro del solido es una función de la naturaleza física del sólido, su temperatura y su contenido de humedad.
2) Transferencia de energía: Este segundo subproceso depende de las condiciones externas de temperatura, humedad y flujo del aire, área de exposición y el tipo de secador empleado.
a) Temperatura del aire. La temperatura desempeña un papel importante en los procesos de secado. Conforme se incrementa su valor se acelera la eliminación de humedad dentro de los límites posibles. La elección de la temperatura se lleva a cabo tomando en consideración la especie que se vaya a someter al proceso (Sharma, Malvaney & Rivzi, 2003) afirman además que las temperaturas de secado de vegetales oscila entre 40 a 70°C.
b) Humedad relativa del aire. La humedad relativa del aire se define como la razón de la presión de vapor de agua presente en ese momento, con respecto a la presión de saturación de vapor de agua a la misma temperatura. Generalmente, este valor se
30 expresa como porcentaje (%). A medida que aumenta la temperatura del aire, también aumenta su capacidad de absorción de humedad; cuando la temperatura disminuye sucede lo contrario. La temperatura de secado está estrechamente relacionada con la humedad relativa del aire, ya que influye en la calidad organoléptica del producto final. Cuando la temperatura del aire de secado es alta y su humedad relativa es baja, existe el riesgo de que la humedad de la superficie del alimento se elimine mas rápido de lo que el agua puede difundirse del interior húmedo a la superficie del alimento. Al evitar esto, se inhibe la formación de costras (Barbosa y Canovas, 2003). Por ello es importante, tener muy en cuenta las velocidades de flujo de aire. A nivel industrial se emplean humedades relativas del 20 al 40%.
c) Velocidad del aire. La velocidad del aire dentro del secador tiene como funciones principales, en primer lugar, transmitir la energía requerida para calentar el agua contenida en el alimento facilitando su evaporación. En segundo lugar, ayuda a transportar la humedad saliente del material. La velocidad de secado aumenta a medida que incrementa la velocidad de aire que fluye sobre el alimento. A mayor velocidad, mayor será la tasa de evaporación y menor el tiempo de secado. La capa limite que existe entre el material a secar y el aire juega un papel importante en el secado.
Cuanto menor sea el espesor de la capa limite, más rápida será la remoción de humedad. Por otra parte, el flujo de aire es importante, uno turbulento es mucho más eficaz que uno laminar.
El deshidratado a nivel industrial se lleva a cabo empleando velocidades de aire entre 1.5 y 2.5 m/s.
d) El agua en los alimentos. La cantidad de agua en un alimento define sus propiedades reológicos, sensoriales y susceptibilidad a las alteraciones por reacciones. El contenido de humedad en un alimento se refiere a toda el agua que este tiene. Un alimento
31 puede expresarse en base húmeda o base seca. La humedad de un alimento es retenida en dos formas, como agua libre o agua
“ligada”. El agua ligada ejerce una presión de vapor de equilibrio menor que la del agua libre a la misma temperatura. La humedad en forma de agua libre podría ser retenida por los capilares finos, o adsorbida dentro de una célula o paredes fibrosas o por combinación física/química con el sólido. El agua libre ejerce una presión de vapor de equilibrio igual a la del agua pura a la misma temperatura. La humedad en forma de agua libre esta retenida en los espacios vacíos de los alimentos sólidos (Sharma et al., 2003).
Humedad
Un alimento está constituido por muchos componentes. Para propósitos de secado se considera que está formado solamente por agua y sólidos secos. Los sólidos secos incluyen todos los componentes sólidos que componen el alimento (sólidos totales).
Entonces
ento a
de masa
agua de Humedad masa
lim
Formas de expresar la humedad La humedad puede expresarse en base seca y base húmeda.
Humedad base seca (hbs)
)
¨( 2
ss O H
bs masa
h masa
mH2O = masa de agua mss = masa de sólido seco Humedad base húmeda, hbh
)
¨(
2 2
O H ss
O H
bs masa masa
h masa
32 Curvas de secado:
La velocidad de secado de un material depende de sus propiedades y densidad global; así como de su contenido de humedad inicial y en equilibrio. La velocidad de secado no es la misma durante todo el proceso. La representación grafica de la velocidad de secado frente a la humedad del producto o frente al tiempo se denomina “curva de secado”, y será diferente según sea el tipo de producto a deshidratar.
Generalmente la forma de las curvas de secado es complicada y deben obtenerse experimentalmente (Alvarado, 2000)
Figura 2. Curvas de velocidad de secado (Fuente: Alvarado 2000)
En la Figura 2. se representa una curva de secado. El producto se encuentra inicialmente en el punto A. En la etapa inicial del secado (AB) el agua se calienta lentamente. En el punto B, la temperatura de la superficie alcanza su valor de equilibrio. Cuando el sólido esta a una temperatura por arriba de la temperatura de operación, la velocidad de secado empieza en el punto A. Posteriormente, inicia una pérdida de agua a velocidad constante (BC). El periodo de velocidad de secado
33 constante se caracteriza por la evaporación de la humedad a partir de una superficie saturada. El secado de velocidad constante equivale fundamentalmente a evaporación a partir de un cuerpo de agua grande y es independiente del tipo de solido (Sharma et al., 2003). Esta etapa finaliza cuando se alcanza la llamada humedad crítica Xc, fácilmente identificable en las curvas de secado por el cambio brusco de velocidad.
En esta etapa no hay suficiente agua en la superficie para mantener una película continua. La velocidad empieza a decrecer (CD), pudiendo existir uno o varios periodos de velocidad decreciente. El periodo de velocidad decreciente es por lo general el periodo más largo de una operación de secado y depende de la temperatura del aire, velocidad del aire y del espesor del alimento. Es posible que la cantidad de humedad que se elimina durante el periodo de velocidad decreciente sea pequeña; sin embargo los tiempos de secado pueden ser prolongados.
Secado de alimentos:
Es el método más antiguo de conservación de los productos perecederos actualmente se utiliza para el secado de muchos productos, como higos (secos), uvas (pasas), ciruelas (pasas) y otras frutas.
Un producto deshidratado es el que no contiene más de 2,5% de agua (base seca), mientras que el alimento seco es todo producto alimenticio que ha sido expuesto a un proceso de eliminación del agua y que contiene más de 2,5% de agua (base seca). Algunos atributos de los alimentos, como la textura de las frutas, legumbres y otros, dependen en gran parte de la turgencia de las células y de la asociación especifica y compleja entre el agua y otros constituyentes, aunque estos caracteres son responsables de su deterioro y por ende, indicativos de la vida útil del alimento (Brown y Col, 2003) citado por (Gómez, 2009)
34 La alteración de los alimentos por los microorganismos puede producirse con gran rapidez, mientras que las reacciones químicas y enzimáticas siguen un curso más lento, pero en ambos casos el principal factor que determina el grado de alteración, es el contenido de agua disponible y está expresado por el concepto de actividad del agua (Aw), el cual puede definirse como la proporción entre la presión de vapor del agua del sistema alimenticio (PV) y la presión de vapor del agua pura a la misma presión y temperatura (PVw); es decir, Aw = PV/PVw.
Los métodos de secado se han desarrollado alrededor de los requerimientos específicos de cada producto. Por esta razón el proceso tiene lugar de muchas formas y se utilizan diferentes clases de equipos.
En general, la deshidratación se conduce según dos métodos básicos:
proceso adiabático y no adiabático.
En todos los métodos de deshidratación, el alimento a secar se debe poner en contacto con un medio, que con frecuencia es el aire, para eliminar la humedad del producto y sus alrededores (Cañizares, Bonafine y Laverde, 2007) citado por (Gómez, 2009).
Modelos matemáticos aplicados al secado:
La disminución del contenido de humedad en el proceso de secado de un alimento, es controlado casi exclusivamente por los mecanismos de difusión de líquidos descritos en la segunda ley de Fick. La ecuación propuesta por Lewis empleada para describir el comportamiento del secado es análoga a la ley del enfriamiento de Newton, Ecuación 1. Esta ecuación se utiliza de manera rutinaria para representar el deshidratado, cuando se relaciona directamente el contenido de agua con el tomate seco (kg de agua/kg de solido seco). Existen otros modelos que permiten asociar la actividad acuosa con el tiempo, entre ellos están el modelo de
35 Oswin, de Guggenhelm Anderson de Boer (GAB) y el de BET, (Aranbi et al, 2006) citado por (Gómez, 2009)
) (M Me dt k
dM
Asumiendo que la cantidad de masa (M) depende del tiempo de secado (t), la integración de la ecuación (1) genera una mejor solución,
e kt
Me Mo
Me MR Mt
MR= Razón de humedad
M = contenido de humedad al tiempo t (kg de agua)
Me= contenido de humedad en equilibrio (kg de agua/kg de materia seca)
Mo = Contenido de humedad inicial (kg de agua/kg de materia seca) El modelo descrito sirve solo para predecir comportamientos simples, por lo que se han desarrollado nuevos modelos para obtener datos más precisos de tiempos de secado.
2.3 Desarrollo de las variables
Temperatura: La temperatura desempeña un papel importante en los procesos de secado. Conforme se incrementa su valor se acelera la eliminación de humedad dentro de los límites posibles. La elección de la temperatura se lleva a cabo tomando en consideración la especie que se vaya a someter al proceso.
En general el incremento de la temperatura de proceso provoca un aumento de la velocidad de transferencia de materia, tanto en lo que refiere a la salida de agua durante el secado (Barbosa y Canovas, 2003).
36 La ecuación de Arrhenius relaciona la temperatura y la difusividad eficaz de agua (De).
) exp(
* RT
Do Ea
D
Donde D es la difusividad (m2/s), Do es el factor preexponencial, Ea es la energía de activación (kJ/mol), , R es la constante de las gases (kJ/molK) y T es la temperatura (K).
Difusividad: Teniendo en cuenta que el alimento sometido a deshidratación es en general un sistema trifásico (matriz sólida, fracción líquida y fracción gaseosa o porosa) pueden distinguirse varios mecanismos de transporte de materia según la fase a través de la cual se produce el transporte y según se trate de agua líquida, agua líquida más solutos o vapor de agua. Por otro lado, en el seno del aire de secado también tiene lugar transporte de agua en forma de vapor por mecanismo turbulento.
El movimiento de agua en el sólido puede explicarse por distintos mecanismos, como son: difusión del líquido debido a gradientes de concentración, difusión del vapor debido a la presión parcial de vapor, movimiento del líquido por fuerza capilares, flujo de Knudsen, movimiento del líquido por fuerza de gravedad, y difusión superficial. El movimiento del agua a través del alimento depende tanto de su estructura porosa como de las interacciones del agua con la matriz alimentaria. Por lo general, el mecanismo de difusión de agua tiene mayor importancia en sólidos de una fase con estructura coloidal o geliforme, y el mecanismo de capilaridad en el caso de productos granulares groseros. En muchos casos, ambos mecanismos ocurren en una sola operación de desecación. En el secado por aire caliente, el movimiento de humedad por capilaridad ocurre en las primeras fases de desecación y el mecanismo difusional cuando el contenido de humedad es bajo (Brennan et al., 1980).
37 Varios autores han propuesto que el principal mecanismo en el secado de sólidos es la difusión del agua. La difusión se da en sólidos de estructura fina y en los capilares, poros y pequeños huecos llenos con vapor.
Para régimen transitorio, la ecuación de la difusión de un componente es la siguiente:
)
( 2
2 2 2 2 2
z C y
C x
D C t C
Donde se muestra la variación de la concentración (C) en el transcurso del tiempo y D, que tiene las mismas dimensiones que Kw, es la difusividad del agua a través del sólido (Fito, Andrés, Albors & Barat, 1998).
2.4 Hipótesis de investigación 2.4.1 Hipótesis general:
La temperatura de secado influye en la cinética de secado y la difusividad efectiva de rodajas de plátano verde.
2.4.2 Hipótesis de trabajo:
- A menor temperatura de secado se obtiene menor humedad de equilibrio y humedad critica en las rodajas de plátano verde.
- A mayor temperatura de secado la difusividad efectiva del agua es mayor en las rodajas de plátano verde.
- La energía de activación se encuentra influenciada por las difusividades y temperaturas de secado
2.5 Variables (operacionalización)
38 Se ha establecido la operacionalizacion de las hipótesis y variables como se detalla en la Tabla 2.
Tabla 2.
Operacionalizacion de hipótesis, variables e indicadores
Hipótesis Variable Indicador
Hipótesis General
Variable Independiente:
Temperatura de secado
40, 50 y 60°C Variable dependiente:
Difusividad
m2/s
Hipótesis derivadas
Primera Hipótesis
Variable Independiente:
Temperatura de secado
40, 50 y 60°C Variable dependiente:
Humedad de equilibrio y humedad critica
g de H2O/g de sólido seco
Segunda Hipótesis
Variable Independiente:
Tiempo de secado
horas
Variable dependiente:
Ln E= E= (Xt-Xe)/(Xo-Xe)
Humedades en base seca g de agua/g ss
Tercera Hipótesis
Variable Independiente:
La inversa de temperaturas absoluta
1/313°K, 1/323°K y 1/333°K Variable dependiente:
Difusividad
m2/s
39 CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN 3.1. Tipo de investigación
La investigación se desarrolló bajo un enfoque aplicado - cuantitativo; por la cual se determinó la difusividad másica por efecto de la temperatura de secado 3.2. Nivel de investigación:
El nivel de investigación es tecnológico aplicado ya que se evaluara las la difusividad másica por efecto de la temperatura (Yárleque, 2010).
3.3. Métodos de investigación:
El método general utilizado en la investigación fue el método científico. Como método específico, se aplicó el método descriptivo correlacional, porque se investiga las variables en estudio:
3.3.1 Lugar de Ejecución: El presente trabajo de investigación se desarrollo en los laboratorios de la EAP de Ingeniería Agroindustrial de la FACAP y el laboratorio de Ingeniería de Alimentos de la FAIIA – UNCP.
3.3.2 Análisis Químico-Proximal de la materia prima
a) Determinación de humedad y materia seca: método recomendado por la AOAC (1990).
b) Determinación de grasa: método recomendado por la AOAC (1990).
c) Determinación de fibra: método recomendado por la AOAC (1990).
d) Determinación de ceniza: método recomendado por la AOAC (1990).
e) Determinación carbohidratos: Por diferencia, esto es 100% menos el resultado de análisis de los anteriores recomendado por la AOAC (1990).
3.3.3 Análisis Fisicoquímico de la materia prima
40 a) Determinación de Acidez recomendado por la AOAC (1990).
b) Determinación de pH recomendado por la AOAC (1990).
3.3.4 Análisis químico proximal del producto deshidratado
a) Determinación de humedad y materia seca: método recomendado por la AOAC (1990).
3.4. Diseño de investigación
3.4.1 Evaluación de la Influencia de temperatura de secado de rodajas de plátano verde en la difusividad efectiva:
A las muestras de plátanos en rodaja secadas a diferentes temperaturas (40°C, 50°C y 60°C) se evaluó la difusividad efectiva, Para el presente estudio se aplicó el diseño estadístico de DCA con 3 repeticiones a fin de controlar adecuadamente las variables cuyo esquema se detalla Tabla 3.
Tabla 3.
Esquematización del diseño experimental a desarrollar en la investigación
Leyenda:
T1, T2 y T3= Temperatura de secado.
a1R1= Difusividad R1, R2 y R3= Repetición.
T° de Secado T1 T2 T3
R1 a1R1 a2R1 a3R1
R2 a1R2 A2R2 a3R2
R3 a1R3 A2R1 a3R1
41 3.5. Población y muestra
a) Población
El universo estuvo formado por las plantas comestibles del plátano verde (Inguiri), procedente de la provincia de Satipo, Región Junín.
b) Muestra
La muestra estuvo conformada por la parte comestible del plátano verde cortada en rodajas esta se trabajó de acuerdo a la capacidad de las bandejas entre 300 a 350 g. por bach.
3.6. Técnicas, instrumentos y procedimientos de recolección de información o datos
Se realizó a través de los resultados obtenidos en los análisis, los mismos que fueron tomados en base referencias metodológicas propuestas en trabajos de investigación, normas técnicas y protocolos validados, en función al diseño experimental propuesto.
Procedimiento de recolección de datos:
Se realizó la recolección de datos de acuerdo a las variables de estudio del trabajo de investigación. Los datos (indicadores) para la caracterización del plátano verde hasta obtener el producto deshidratado se obtendrán del siguiente Flujo de operaciones que se presenta en la Figura N° 2, que se describe a continuación:
Materia prima: En la presente investigación se utilizó plantas comestibles del plátano variedad Inguiri, procedente de la provincia de Satipo, Región Junín en el estadio verde.
Acondicionamiento: Una vez cosechados los plátanos se encuentran adheridos al tallo estas fueron separados para su posterior uso, se debe tener en cuenta la coloración de la cascara, considerando para esta investigación el color verde más intenso.
42 Selección y Clasificación: En esta operación se separo todo el producto que presente grados de maduración diferentes al establecido, así como los que presentaron defectos que impidieron su procesamiento tales como roturas o daños por bacterias, hongos, etc.
Lavado y desinfección: Se realizo con el fin de eliminar todo tipo de material extraño o contaminante. Se llevo a inmersión en agua clorada (hipoclorito de sodio al 0.5% P/V)
Pelado: Tuvo como objetivo eliminar la cáscara esto se realizo de forma manual utilizando cuchillos: cortando primero los extremos y luego efectuando un corte poco profundo a lo largo, procurando no cortar la pulpa o mesocarpio.
Finalmente, con la ayuda de un cuchillo sin filo se levantó la cáscara.
Blanqueado: Una vez pelados los plátanos se sumergieron en solución de ácido cítrico al 0.3% (p/v) a fin de evitar la oxidación del plátano y los posteriores cambios de color no deseados.
Cubileteado: Los plátanos ya pelados se cortaron con cuchillo la forma fue en rodajas de aproximadamente 5 mm de grosor y sumergidos en la misma solución utilizada en el blanqueado por un tiempo de 2 minutos; el exceso de agua se removió por escurrimiento.
Deshidratado: Las rodajas de plátanos se colocaron en las bandejas del secador el cual previamente habia sido calentado hasta alcanzar la temperatura de operación (40, 50 y 60°C). Este tratamiento se hace con el fin de extraer humedad.
Envasado y almacenamiento: Una vez deshidratado el producto se empaco en bolsas de polipropileno, se sellaron debidamente para evitar que entre humedad del medio al producto.
43 Figura 3. Diagrama de flujo propuesto para la obtención de rodajas de plátanos verdes deshidratados
3.7. Técnicas de procesamiento de información o datos
Durante el secado se tomaron los tiempos de secado en minutos, perdida de peso, peso de agua perdida, peso de agua/peso de materia seca en base seca luego se determino:
ENVASADO Y ALMACENAJE CUBILETEADO
PELADO Caracterización de fruto:
Análisis químico proximal
Plátano verde
LAVADO Y DESINFECCION SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN
ACONDICIONAMIENTO Separación de frutos de los tallos
Agua
Agua + Impurezas Eliminación de cascara
DESHIDRATADO BLANQUEADO
Temperaturas de operación: 40, 50 y 60°C
Espesor de Rodajas:
5 mm Solución de Hipoclorito de
sodio al 0.5% P/V
Solución de Ácido Cítrico al 0.3% P/V
44 a) Curvas de secado
Con los datos registrados en el secado para los tres tratamientos se construyeron las siguientes curvas de secado: Hbs vs tiempo; Pérdida de peso (g) vs tiempo, Velocidad de secado vs Hbs; Velocidad de secado vs tiempo, ello se realizó con la finalidad de identificar la humedad critica, humedad de equilibrio, periodo de secado a velocidad constante y periodo de secado a velocidad decreciente.
b) Calculo de la difusividad efectiva (Def)
Para el cálculo de la difusividad efectiva se utilizó el modelo de Fick para una placa plana infinita. La difusividad efectiva es constante, y no considera el encogimiento de la muestra y ausencia de cualquier resistencia al transporte de masa (Crank, 1975) mencionado por diversos investigadores.
Se registraron los pesos y humedades expresadas en base seca kg agua/kg de solido seco cada minuto hasta el término del proceso.
Se aplicara el modelo difusional para placas:
Dónde:
Xt = Contenido de humedad medido el tiempo t (kg de agua/kg de sólido seco, base seca);
Xe = Contenido de humedad de equilibrio (kg de agua/kg de sólido seco, base seca);
Xo = Contenido de humedad inicial (kg de agua/kg de sólido seco, base seca)
Def = Difusividad efectiva (m2/s) t= Tiempo (s)
L = es la mitad del espesor de la placa (m) Se aplica logaritmo natural
( [ ])
e
Lt D
e o
e
t ef
X X
X
X 2
2
4
* 2
8
45
( ) c) Determinar la Energía de activación:
Se determino la energía de activación utilizando la siguiente ecuación:
) exp( RT D Ea
Def o
Dónde:
D0: es un factor pre-exponencial, Ea: es la energía de activación (kJ/mol)
R: la constante de los gases (8,314 J/ (g-molK))
Obtenida la información se procederá al procesamiento de los datos con apoyo del software SPSS para Windows. Se empleó estadísticos descriptivos, correlación e inferencial para dar respuesta a los objetivos trazados.
a) Para la evaluación de la influencia de la temperatura de secado de rodajas de plátano verde en la difusividad efectiva.
Para determinar el tratamiento (Temperatura de secado a 40, 50 y 60°C) que permita evaluar la difusividad efectiva se utilizo el DCA luego se calculo el ANVA para determinar la variabilidad de los tratamientos a un nivel de significación del 5% de error y una prueba de comparación de medias de Tukey con el siguiente modelo aditivo lineal:
i=1,2,3 j=1,2,3 Dónde:
Y
ij=Valor observado en la j-ésima repetición (difusividad efectiva para el i-ésima temperatura de secadoij i ij
Y e
46
Efecto de la media general.
i
Efecto del i-esima temperatura de secado eij Efecto aleatorio del error experimental t=Numero de tratamientosr
i
Numero de repeticiones del i-esimó tratamiento Tabla 4.Representación del diseño estadístico DCA aplicado a la investigación.
Temperatura de Secado (°C) Análisis
40 °C Difusividad efectiva
50 °C Difusividad efectiva
60 °C Difusividad efectiva
Para la prueba de la hipótesis estadística se plantea:
Ho: µ1 = µ2 = µ3
Ha: µ1 ≠ µ2 ≠ µ3 Si p < 0.05 se rechaza Ho
47 CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1. Presentación, análisis e interpretación de información o datos 4.1.1 Referido a la caracterización de la materia prima y producto 4.1.1.1 Análisis químico proximal de la materia prima
En la tabla 5, se muestra los resultados del análisis químico proximal del plátano verde.
Tabla 5.
Composición químico proximal del plátano verde variedad (inguiri) Componentes % base húmeda % de base seca
Humedad 56,77 -
Proteínas 0,94 2,2
Grasa 0,20 0,5
Ceniza 0,75 1,7
Fibra 0,60 1,4
Carbohidratos 40,74 94,3
4.1.1.2 Análisis fisicoquímico de las rodajas de plátano verde
En la tabla 6, se muestra los resultados del fisicoquímico de las rodajas del plátano verde.
