DETERMINACIN DE LA TEMPERATURA Y LA VELOCIDAD DEL AIRE DE SECADO PARA LA DESHIDRATACIN DE PULPAS DE BANANO Y MARACUY EN LMINA

NSTOR ENRIQUE CERQUERA PEA

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERA PROGRAMA DE INGENIERA AGRCOLA NEIVA, 2006. 1

DETERMINACIN DE LA TEMPERATURA Y LA VELOCIDAD DEL AIRE DE SECADO PARA LA DESHIDRATACIN DE PULPAS DE BANANO Y MARACUY EN LMINA

NSTOR ENRIQUE CERQUERA PEA

Trabajo de investigacin presentado como requisito para ascenso en el escalafn docente

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERA PROGRAMA DE INGENIERA AGRCOLA NEIVA, 2006. 2

CONTENIDO pg. INTRODUCCION 1. OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL 1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS 2. MARCO TERICO 2.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE DESHIDRATACIN 2.2 MECANISMOS Y CINTICA DE SECADO. 2.3 MOVIMIENTO DE LA HUMEDAD DENTRO DEL MATERIAL. 2.4 CURVAS DE SECADO. 2.4.1 Curvas de rgimen de secado 2.4.2 Equilibrio durante el secado. 2.5 OPERACIN DE SECADO. 2.5.1 Tipos de secadores 2.5.1.1 Secadores de calentamiento directo 2.5.1.2 Secadores de calentamiento indirecto. 2.6 EL AGUA EN LOS ALIMENTOS 2.7 VARIABLES DE COMPOSICIN DE LAS PULPAS DE FRUTAS QUE INCIDEN EN LA DESHIDRATACIN 2.8 REACCIONES BIOQUMICAS QUE SE PRESENTAN EN LA DESHIDRATACIN DE LOS ALIMENTOS 15 16 16 16 17 17 18 19 20 21 23 25 26 26 26 27 28 29

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2.9 PRINCIPALES FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DETERIORO DE LAS PULPAS DE FRUTAS 2.10 ESTADISTICA NO PARAMTRICA APLICADA AL ANLISIS SENSORIAL DE ALIMENTOS 2.11 EVALUACIN SENSORIAL 3. MATERIALES Y METODOLOGA 3.1 MATERIA PRIMA 3.2 ETAPAS DEL PROYECTO 3.2.1 Dimensionamiento y construccin del equipo de secado esttico para las pruebas de laboratorio 3.2.2 Obtencin y caracterizacin de las pulpas 3.2.3 Curvas de secado y tiempos de secado 3.2.4 Anlisis Sensorial 3.2.5 Anlisis proximal y microbiolgico 4. RESULTADOS Y ANLISIS 4.1 DIMENSIONAMIENTO Y CONSTRUCCIN DEL EQUIPO DE PRUEBAS DE SECADO ESTTICO 4.1.1 Aforos del ventilador centrfugo. 4.1.2 Clculos y construccin del equipo de secado 4.1.3 Clculo de la resistencia elctrica. 4.2 CARACTERSTICAS FSICO - QUMICAS DE LAS PULPAS 4.3 CURVAS DE SECADO 4.3.1 Curvas de rgimen de secado 4.3.2 Tiempos de secado 4.4 COMPORTAMIENTO DE LOS PARMETROS FISICOQUMICOS 4

30 33 35 36 36 36 36 39 41 44 44 45 45 45 48 50 50 50 63 68 72

4.5 ANLISIS SENSORIAL DE LAS PULPAS DESHIDRATADAS 4.6 ANLISIS PROXIMAL Y MICROBIOLGICO 4.7 VARIABLES DE SCADO 5. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS

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LISTA DE TABLAS pg. Tabla 1. Tipos de secado de los alimentos Tabla 2. Aforo del ventilador centrfugo Tabla 3. Aforo del equipo de secado sin el intercambiador de resistencias elctricas Tabla 4. Aforo del equipo de secado provisto del intercambiador de calor Tabla 5. Caractersticas fisicoqumicas de las pulpas utilizadas Tabla 6. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 178.3 m/min. Tabla 7. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 178.3 m/min. Tabla 8. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 60C y una velocidad de 178.3 m/min. Tabla 9. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 178.3 m/min. Tabla 10. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 206.1 m/min. Tabla 11. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 206.1 m/min.. Tabla 12. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 206.1 m/min. 6 27 45 46 47 50 51

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Tabla 13. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 234.1 m/min. Tabla 14. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 234.1 m/min. Tabla 15. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 60C y una velocidad de 234.1 m/min. Tabla 16. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 234.1 m/min. Tabla 17. Valores de rgimen de secado N para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 234.1 m/min. Tabla 18. Valores de rgimen de secado N para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 234.1 m/min Tabla 19. Tiempos de secado para llevar la pulpa de banano a una humedad final del 12.4% (Base seca) Tabla 20. Tiempos de secado para llevar la pulpa de maracuy a una humedad final del 12.4% (Base seca) Tabla 21. Resultados del anlisis de varianza para la pulpa de banano Tabla 22. Resultados del anlisis de varianza para la pulpa de maracuy Tabla 23. Espesor final (mm.) de las pulpas deshidratadas de banano y maracuy Tabla 24. Anlisis proximal de las pulpas frescas de banano y maracuy Tabla 25. Anlisis proximal de las pulpas de banano en lmina deshidratadas en el equipo esttico. Tabla 26. Anlisis proximal de las pulpas de maracuy en lmina deshidratadas en el equipo esttico.

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Tabla 27. Resumen de calificaciones de los panelistas Tabla 28. Rangos de las calificaciones de los jueces Tabla 29. Asignacin de rangos Tabla 30. Valores de Vi para la pulpa de banano deshidratada Tabla 31 Resultados microbiolgicos de las pulpas frescas de banano y maracuy sin pasterizar Tabla 32. Resultados microbiolgicos de las pulpas deshidratadas de banano Tabla 33. Resultados microbiolgicos de las pulpas deshidratadas de maracuy

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LISTA DE FIGURAS pg. Figura 1. Curva de variacin de humedad en el tiempo Figura 2. Curva de rgimen de secado en funcin de la humedad Figura 3. Dependencia entre la humedad de equilibrio del material y la humedad relativa del aire Figura 4. Succin del ventilador Figura 5. Ducto de aforo del ventilador Figura 6. Aforo del ventilador con el equipo de deshidratacin Figura 7. Montaje tubo pitot para el aforo Figura 8. Banano Figura 9. Maracuy Figura 10. Diagrama de procedimientos para la obtencin de la pulpa de banano Figura 11. Diagrama de procedimientos para la obtencin de la pulpa de maracuy Figura 12. Distribucin de las bandejas con las pulpas en el equipo de deshidratacin Figura 13. Curva de aforo del equipo de secado sin intercambiador de calor Figura 14. Grfica de la curva de aforo del equipo de secado con intercambiador de calor de resistencias elctricas. Figura 15. Aforo del ventilador con el equipo de deshidratacin Figura 16. Montaje tubo pitot para el aforo del equipo de secado Figura 17. Equipo de pruebas de secado. 9 21 22 24 37 37 39 39 39 39 40 41 43 46 47 48 48 49

Figura 18. Equipo de secado esttico Figura 19. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 178.3 m/min. Figura 20. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 178.3 m/min. Figura 21. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 60C y una velocidad de 178.3 m/min. Figura 22. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 178.3 m/min Figura 23. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 206.1 m/min. Figura 24. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 206.1 m/min. Figura 25. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 206.1 m/min. Figura 26. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 234.1 m/min. Figura 27. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 234.1 m/min. Figura 28. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 60C y una velocidad de 234.1 m/min. Figura 29. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 234.1 m/min.. Figura 30. Curva de rgimen de secado para pulpa de banano con aire calentado a 50C y una velocidad de 234.1 m/min. Figura 31. Curva de rgimen de secado para pulpa de maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 234.1 m/min. Figura 32. Curva de rgimen de secado para pulpa de banano con aire calentado a 65C y una velocidad de 234.1 m/min.

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Figura 33. Curva de rgimen de secado para pulpa de maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 234.1 m/min. Figura 34. Curva de rgimen de secado para pulpa de banano y de maracuy con aire calentado a 50C, 55C, 60C y 65C y velocidad del aire de 234.1 m/min. Figura 35. Curva de rgimen de secado para pulpa de banano con aire calentado a 50C, 55C, 60C y 65C y velocidades del aire de 234.1 m/min y 206.1 m/min. Figura 36. Efecto de la temperatura respecto al tiempo de secado banano Figura 37. Efecto de la temperatura y el flujo de aire en el tiempo de secado banano. Figura 38. Efecto de la temperatura respecto del tiempo de secado maracuy Figura 39. Efecto de la temperatura y el flujo de aire en el tiempo de secado Maracuy Figura 40. Cubculo de panel sensorial Figura 41. Pulpas de maracuy (Izq.) y banano (Der.) deshidratadas

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LISTA DE ANEXOS pg. ANEXO A. Equipos y materiales ANEXO B. Tablas de color ANEXO C Mtodos de determinacin de pH y actividad de agua ANEXO D. Anlisis sensorial ANEXO E. Tablas de datos experimentales de secado 86 89 91 93 99

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RESUMEN Las pulpas de frutas y sus productos derivados se han convertido en un rengln dinmico de la agroindustria colombiana y con el desarrollo de nuevos productos como las pulpas de frutas deshidratadas se est generando la necesidad de desarrollar equipos que solucionen los requerimientos que se presentan en esta rea del procesamiento. En el presente trabajo se caracterizaron las pulpas de banano y maracuy, se obtuvieron las curvas de secado con aire forzado para diferentes condiciones de temperatura y velocidad del aire y se determinaron las variables de secado: temperatura y velocidad del aire para la deshidratacin de pulpa de fruta en lmina. Se encontr que 65C de temperatura del aire de secado y una velocidad del aire de 231.4 m/min son las condiciones ms adecuadas para la deshidratacin de las pulpas de banano y maracuy utilizadas en la fase experimental. Los productos finales fueron evaluados sensorialmente por el panel de jueces, obteniendo buena aceptacin por parte de los panelistas. El comportamiento de los productos obtenidos con relacin a sus parmetros de conservacin fue satisfactorio, los recuentos microbiolgicos estuvieron dentro de los rangos aceptables para productos deshidratados lo que fue favorecido por la reducida actividad de agua alcanzada en el producto deshidratado. Palabras clave: Curvas de secado, tiempos de secado, pulpas.

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ABSTRACT Fruit pulps and their derived products have become a dynamic line of Colombian agro-industry, and with the development of new products as it is the case of dehydrated fruit pulps has been generated the necessity to develop equipment that solves the requirements that appear in the area of fruit processing. In the present work, fruit pulps of banana and passion fruit were characterized, and the drying curves for forced air drying for different conditions of temperature and speed of the air were obtained; additionally, the drying variables: temperature and speed of the air more suitable for fruit pulp laminate dehydration were determined. A 65C temperature of the drying air and 231.4 m/min of air speed were found to be the more suitable for the dehydration of the pulps of passion fruit and banana in the experimental phase. The final products were sensorially evaluated by a panel of judges, obtaining a good acceptance on the part of the panelists. The behaviour of the final products, in relation to its parameters of conservation, was satisfactory; the microbiological counts were within the acceptable ranks for dehydrated products, which was favored by the low water activity in the dehydrated product. Key words: Curves of drying, drying time, fruit pulps.

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INTRODUCCIN El sector fruticultor colombiano ha tenido en los ltimos aos un crecimiento inusual, debido principalmente a la industrializacin de los procesados de frutas y a la creciente demanda de productos de origen natural por los consumidores finales como: pulpas de frutas, preparados de pulpas y principalmente como nctares, los cuales han tenido una tendencia al crecimiento en el mercado interno y externo. En el caso de las pulpas de frutas, estas se comercializan en estado fresco bajo refrigeracin y/o congelacin, concentradas o deshidratadas. Las tcnicas de deshidratacin que utilizan bajas temperaturas son de tipo esttico y emplean aire forzado o estufas a vaco por contacto directo; tambin se emplean los equipos de rodillos que utilizan altas temperaturas y funcionan de manera continua, sin embargo, este procedimiento afecta en gran medida el contenido nutricional y las caractersticas organolpticas y funcionales de la pulpa. Colombia tiene un gran potencial exportador por su produccin de frutas tropicales, las cuales son apetecidas en el exterior, y en particular, el mercado de las pulpas deshidratadas laminadas es un nicho que an no est siendo cubierto por otros pases debido a que es un producto de desarrollo relativamente reciente. Los procedimientos empleados para la elaboracin de estos productos han sido desarrollados con equipos estticos, por lo cual se tuvo como objetivo en el presente trabajo encontrar las variables de secado que permitan hacer la transferencia de esta tecnologa a un equipo que opere en forma continua, retirando la humedad de las pulpas con ayuda de un flujo forzado de aire caliente, sin afectar en gran medida la calidad de las mismas.

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1. OBJETIVOS Los objetivos planteados para el desarrollo del presente proyecto fueron los siguientes. 1.1 OBJETIVO GENERAL Determinar las variables de secado: temperatura del aire y velocidad del aire para la deshidratacin de pulpa de fruta en lmina. 1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS 1.2.1 Caracterizacin de las pulpas de banano y maracuy utilizadas como materia prima en la fase experimental. 1.2.2 Obtencin de las curvas de secado con aire forzado para las pulpas de banano y maracuy. 1.2.3 Determinacin de las variables de secado: temperatura y velocidad del aire de secado.

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2. MARCO TERICO 2.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE DESHIDRATACIN El exceso de humedad contenida en los productos puede eliminarse por mtodos mecnicos (sedimentacin, filtracin, centrifugacin). Sin embargo, la eliminacin ms completa de la humedad se obtiene por evaporacin y eliminacin de los vapores formados, es decir, mediante el secado trmico, ya sea empleando una corriente de aire o sin la ayuda de este para extraer el vapor de agua 1 La eliminacin de agua y en general de lquidos existentes en los slidos es ms econmica por la accin mecnica que por la accin trmica. La dificultad de los medios mecnicos surge cuando los productos finales y gran nmero de productos intermedios deben cumplir especificaciones rigurosas en cuanto a la humedad final. Una centrfuga trabajando con grandes cargas de slido hmedo dejar humedades en torno al 10 y 20 %, aunque en casos como la sal comn o cloruro sdico se puede alcanzar hasta el 1 %. El secado es una operacin de transferencia de masa de contacto gas-slido, donde la humedad contenida en el material se transfiere por evaporacin hacia la fase gaseosa, con base en la diferencia entre la presin de vapor ejercida por el material hmedo y la presin parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el material y el gas estn en equilibrio y el proceso de secado cesa. El mecanismo del proceso de secado depende considerablemente de la forma de enlace de la humedad con el material: cuanto ms fuerte es dicho enlace, tanto ms difcil transcurre el proceso de secado. Durante el secado el enlace de la humedad con el material se altera. Las formas de enlace de la humedad con el material se clasifican en: qumico, fsico-qumico y fsico- mecnico2. La humedad ligada qumicamente es la que se une con mayor solidez al material en determinadas proporciones y slo puede eliminarse calentando el material hasta altas temperaturas o como resultado de una reaccin qumica. Esta humedad no puede ser eliminada del material por secado. Durante el proceso de secado se elimina la humedad enlazada con el material en forma fsico-qumica y mecnica. La ms fcil de eliminar es la enlazada1 2

KNOULE F. El secado. Bilbao. Ediciones Urno. 1968 KASATKIN A. Operaciones bsicas y aparatos en la tecnologa qumica. 1985.

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mecnicamente que a su vez se subdivide en: humedad de los macrocapilares y microcapilares (capilares con el radio medio mayor y menor de 10-5 cm respectivamente). Los macrocapilares se llenan de humedad durante el contacto directo de sta con el material, mientras que en los microcapilares la humedad penetra tanto por contacto directo como mediante la adsorcin de la misma del medio ambiente. La humedad de los macrocapilares se elimina con facilidad no slo por secado sino tambin empleando mtodos mecnicos. El enlace fsico-qumico une dos tipos de humedad que difieren por la solidez del enlace con el material: la humedad ligada osmticamente y la humedad ligada por adsorcin. La primera llamada tambin humedad de hinchamiento se encuentra dentro de las clulas del material y se retiene por las fuerzas osmticas. La segunda se retiene slidamente sobre la superficie y en los poros del material. La humedad de adsorcin requiere para su eliminacin un gas con una energa considerablemente mayor que la utilizada para eliminar la humedad de hinchamiento. La existencia de estos tipos de humedad se manifiesta especialmente en materiales coloidales y polimricos3. 2.2. MECANISMOS Y CINTICA DE SECADO. Un elemento fundamental en el proceso de secado es el estudio de la intensidad de la transferencia de masa. Para esto es necesario conocer los elementos ms tiles de la transferencia de calor y masa que actan en los secadores. Segn Madariaga (1995)4, estas dependen de una serie de factores que van desde condiciones internas a externas. Las condiciones externas estn definidas por la resistencia a la transferencia de calor y de masa de la capa lmite del aire, y en el caso que predominen, el secado no depender de las caractersticas del slido sino de las condiciones del aire y estar controlado por la transferencia de masa y calor entre el aire y la superficie del material, emplendose en la evaporacin todo el calor que se recibe del aire, comportndose como una superficie de agua libre. Las condiciones internas estn definidas por la transferencia de calor y de masa a travs del slido. En el caso que predominen, es decir, que la resistencia a la transferencia de masa a travs del material sea muy superior a la de la capa lmite del aire, la difusin interna controlar el proceso y lo ms importante ser las propiedades del material. Cuando se seca un material se producen dos procesos fundamentales y simultneos:34

KASATKIN A. Operaciones bsicas y aparatos en la tecnologa qumica. 1985

Citado por Contreras V, Luz Mara en: Aspectos tericos de la operacin de secado y su aplicacin en productos slidos.

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Transmisin del calor para evaporar el lquido. Transferencia de masa como movimiento de la humedad interna y lquido evaporado.

Independientemente del mecanismo de transmisin de calor el cual puede ser por conduccin, conveccin, radiacin o una combinacin de estos, el calor tiene que pasar primero a la superficie exterior y desde sta al interior del slido. Excepto en el caso del secado por electricidad de alta frecuencia, que genera el calor intercambiante, esto conduce a la circulacin de calor desde el interior hasta la superficie exterior5. Tambin se utiliza otro tipo de secado llamado secado por sublimacin o liofilizacin. En el secado por conveccin el calor necesario para la evaporacin del lquido se transmite por un agente gaseoso o un vapor que pasa por encima del slido o lo atraviesa. En el secado por conduccin el producto que debe secarse se encuentra en recipientes calentados o se desplaza por encima de estos. El calor tambin se difunde en el slido a travs de la conductividad del propio slido. 6 En el secado por radiacin el calor se transmite por las superficies radiantes prximas. En el secado dielctrico la energa es generada en el interior del propio material mediante un campo electromagntico de alta frecuencia en la zona de microondas7. El secado por sublimacin o liofilizacin es el que se realiza en estado de congelacin y en condiciones de vaco. Segn el mtodo de transmisin del calor este procedimiento es anlogo al secado por conduccin pero debido a sus peculiaridades el secado por sublimacin se destaca como un grupo especial.8 2.3 MOVIMIENTO DE LA HUMEDAD DENTRO DEL MATERIAL. Cuando se produce la evaporacin superficial debe haber un movimiento de humedad desde las profundidades del material hacia la superficie. La naturaleza de este movimiento influye en el secado en los perodos de cada del rgimen (disminucin de la tasa de secado).

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MENON AND MUJUNDAR, Drying of solids. Montreal, Canad. Mc Graw Hill. 1982. PERRY J. H. Chemical Engineering Handbook. New York: 6ta Edicin. Mc Graw Hill. 1986. 7 DE LA PEA, V. Secado directo e indirecto. Barcelona: Riera Nadeu. SA, 1994. 8 KASATKIN A. Operaciones bsicas y aparatos en la tecnologa qumica. 1985.6

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A continuacin se presentan algunas teoras que intentan explicar el movimiento de la humedad y la relacin de sta con las curvas de rgimen. Difusin lquida: se puede producir la difusin de la humedad lquida debido a los gradientes de concentracin entre las profundidades del material, donde la concentracin es alta y la superficie donde sta es baja. Movimiento capilar: la humedad no-lmite en slidos granulares y porosos tales como arcillas, pigmentos de pinturas y otros semejantes, se traslada a travs de capilares e intersticios de los slidos mediante un mecanismo que implica tensin superficial. Los capilares se extienden desde pequeos receptculos de humedad dentro del slido hasta la superficie de secado a medida que se lleva a cabo el secado; al principio la humedad se traslada por capilaridad hacia la superficie con suficiente rapidez, siendo constante el rgimen de secado. Difusin de vapor: especialmente si se suministra calor a una superficie de un material mientras en otra el secado contina, se puede lograr la evaporacin de la humedad debajo de la superficie difundindola hacia afuera como vapor. Presin: durante el secado, debido al cambio en la concentracin de la humedad en las capas externas del material, se puede compeler la humedad hacia la superficie. Usualmente solo se puede conjeturar sobre cual de los mecanismos de transferencia de masa es el apropiado para cada material en particular, requirindose del apoyo del trabajo ms o menos emprico de los regmenes experimentales de secado. 2.4 CURVAS DE SECADO. La cintica de secado de un material se refiere a la dependencia de la humedad (x) del material y de la intensidad de su evaporacin con respecto al tiempo, o variables relacionadas con sta, como la propia humedad o las condiciones de operacin del equipo (flujo de aire, temperatura del aire de secado). La intensidad de evaporacin se determina a travs de la velocidad de secado, que es el cambio de la humedad, en base seca, en el tiempo. A partir de las curvas de cintica de secado (x vs t, dx/dt vs x), que deben ser obtenidas a nivel de laboratorio, puede tenerse una idea del tiempo de secado, del consumo de energa, del mecanismo de migracin de humedad, de las condiciones predominantes en la transferencia de calor y masa y de la influencia que tienen en la velocidad de secado las variables del proceso tales como:

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temperatura (del aire de secado y del producto), humedad de entrada (del aire de secado y del producto), velocidad del aire y otras. Con los datos obtenidos durante la prueba de secado o sea de la variacin de la humedad del producto con el tiempo, puede hacerse un grfico de contenido de humedad en funcin del tiempo9 (Figura 1). Este ser til para la determinacin directa del tiempo necesario en el secado discontinuo de grandes partidas bajo las mismas condiciones de secado10. Figura 1. Curva de variacin de humedad en el tiempo.4,5 4,0

X Humedad base seca

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 2 4 6 8 10 Banano bandeja 2 Banano bandeja 4

Tiempo (horas)

2.4.1 Curvas de rgimen de secado (Madariaga, 1995)11. Se puede obtener informacin adicional si se convierten los datos a regmenes de secado, expresados como N (g de humedad evaporada/m2 min.), y se lleva a un grfico en funcin del contenido de humedad. Se puede hacer esto midiendo las pendientes a las tangentes trazadas a la curva de humedad contra tiempo, o por medio de la determinacin, sobre la base de la curva, de pequeos cambios x en el contenido de humedad para los correspondientes cambios en el tiempo t y calculando el rgimen de secado como: N= -Ls x/ At. Donde Ls es el peso del9

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TREYBAL R. C. Operaciones con transferencia de masa. Cap. XII,1965 MENON AND MUJUNDAR, Drying of solids. Montreal, Canad. Mc Graw Hill. 1982.

Citado por Contreras V, Luz Mara en Aspectos tericos de la operacin de secado y su aplicacin en productos slidos

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slido seco y A es la superficie hmeda sobre la que sopla el aire caliente y a travs de la cual se lleva a cabo la evaporacin. Generalmente se pueden apreciar dos partes de la curva de rgimen de secado: un perodo de rgimen constante y uno de cada de rgimen, aunque tericamente existen o se pueden apreciar tres etapas del proceso o perodos de secado a saber (Ver Figura 2): Etapa A-B: es una etapa de calentamiento (o enfriamiento) inicial del material a secar, normalmente de poca duracin, en la que la evaporacin no es significativa por su intensidad ni por su cantidad. En esta etapa el material se calienta desde la temperatura ambiente hasta que se alcanza el equilibrio entre el enfriamiento por evaporacin y la absorcin de calor del aire. Este equilibrio se obtiene a la temperatura de bulbo hmedo del aire. Figura 2. Curva de rgimen de secado en funcin de la humedad.

N=rgimen de secado, (g agua/m - min)

B

2

D

EX g agua/g slido seco

Etapa B-C: es el llamado primer perodo de secado o perodo de velocidad de secado constante, donde se evapora la humedad libre o no-ligada del material y predominan las condiciones externas. En este perodo el material tiene un 22

comportamiento no higroscpico; la velocidad de secado se mantiene constante si el aire tiene un estado estacionario y en general depende solo de las propiedades y velocidad del mismo. Si durante el proceso, el aire se enfra, la velocidad de secado decrece pero sigue en esta zona dependiendo de factores externos al material. Durante este perodo la temperatura del material se mantiene igual a la de bulbo hmedo del aire ya que se mantiene el equilibrio alcanzado al final de la etapa de calentamiento. Etapa C-E: Es el segundo perodo de secado o perodo de velocidad de secado decreciente, donde se evapora la humedad ligada del material y predominan las condiciones internas o las caractersticas internas y externas simultneamente. En estas condiciones el material tiene un comportamiento higroscpico. Durante este perodo la temperatura del material sobrepasa la de bulbo hmedo debido a que el descenso de la velocidad de secado rompe el equilibrio trmico que mantiene estable la temperatura y una parte considerable del calor se emplea en el calentamiento del material. Ahora la humedad deber ser extrada del interior del material con el consiguiente incremento de la resistencia a la evaporacin. Este perodo de velocidad decreciente puede dividirse en dos partes, con diferentes comportamientos de la velocidad de secado, la cual decrece cada vez ms al disminuir la humedad del material. Esto implica dos modelos de secado diferentes en dicha zona. Un parmetro muy importante a determinar en los materiales a secar es la humedad a la cual se cambia del primero al segundo perodo, llamada humedad crtica. Esta depende del tipo del material y de la relacin de secado en el primer perodo. La forma de la curva de secado en el segundo perodo vara en dependencia de las caractersticas del material a secar. Existen curvas tpicas de cuerpos capilarporosos con grandes superficies especficas y de pequeas superficies especficas as como de cuerpos coloidales. 2.4.2 Equilibrio durante el secado. Si el material a secar se pone en contacto con el aire hmedo entonces, en principio, son posibles dos situaciones: o Secado (desorcin de la humedad del material) siendo la presin parcial del vapor (Pm) sobre la superficie del material superior a su presin parcial en el aire o el gas (Pv), es decir Pm > Pv o Humectacin (sorcin de la humedad del material) para Pm < Pv. En el proceso de secado la magnitud Pm disminuye y se aproxima a su lmite Pm = Pv. En este caso comienza el estado de equilibrio dinmico, al que corresponde la humedad lmite del material, llamada humedad de equilibrio (Xqe).

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La humedad de equilibrio depende de la presin parcial del vapor sobre el material (Pv) o de la magnitud de la humedad relativa del aire () que es proporcional a dicha presin y se determina por va experimental.12 Para este fin se colocan muestras del material a secar en ambientes con distintas humedades relativas (), siendo la temperatura constante y se pesan peridicamente. Cuando se obtiene peso constante a travs del tiempo, la muestra ha alcanzado el equilibrio a esas condiciones y su contenido de humedad corresponde a la humedad de equilibrio. Figura 3. Dependencia entre la humedad de equilibrio del material y la humedad relativa del aire13.

100

0

X eq

En el mtodo esttico para la determinacin de la humedad de equilibrio, el peso constante para las muestras se logra en una desecadora, empleando soluciones de cido sulfrico o de sales de diferentes concentraciones y as se obtiene la dependencia entre la humedad de equilibrio del material y la humedad relativa del aire. Este mtodo tiene el inconveniente del prolongado tiempo de exposicin del material al medio ambiente, y para altas humedades relativas el material queda expuesto al ataque de microorganismos con el consiguiente consumo de masa, obtenindose resultados poco confiables a altas humedades relativas. Tambin existen equipos que permiten aplicar un mtodo dinmico para la determinacin del contenido de humedad en equilibrio, el cual es ms confiable y demora menos tiempo que el mtodo esttico. Este mtodo consiste en mover el12 13

MENON AND MUJUNDAR, Drying of solids. Montreal, Canad. Mc Graw Hill. 1982. Ibid

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aire con condiciones de humedad y temperatura controladas a travs del producto, hasta que se obtenga el equilibrio. Las condiciones controladas de humedad relativa y temperatura son obtenidas por medio de pulverizacin de agua, vaporizacin de agua por medio de resistencias elctricas o inyeccin directa de vapor14. La dependencia de la humedad de equilibrio del material en funcin de la humedad relativa del aire se determina siendo constante la temperatura, y por tanto, es una isoterma. La curva 1 de la figura 3 fue obtenida al evaporar (desorber) la humedad del material, o sea, al secarlo y se denomina isoterma de desorcin. La curva 2 dispuesta por encima, obtenida para el proceso inverso, es decir, humectacin del material ya secado, se llama isoterma de sorcin. La divergencia de las curvas 1 y 2 (histresis) indica que para lograr una misma humedad de equilibrio del aire, la magnitud () durante la humectacin del material debe ser mayor que durante el secado mismo. La causa de la histresis probablemente se deba a la entrada del aire en los capilares del material secado y su sorcin por las paredes de los capilares15. 2.5 OPERACIN DE SECADO. Las operaciones de secado se pueden clasificar en continuas y discontinuas. En las operaciones continuas existe movimiento a travs del equipo tanto del material a secar como del aire desecante. La operacin discontinua en la prctica se refiere generalmente a un proceso semicontinuo, en el que se expone una cierta cantidad de material a secar a una corriente de aire que fluye continuamente a travs del equipo.16 Los equipos utilizados para secar se pueden clasificar tambin de acuerdo a las siguientes categoras: Mtodos de operacin: continuos o discontinuos. Mtodos de propiciar el calor necesario para la evaporacin de la humedad: secadores directos e indirectos Naturaleza del material a secar: el material puede ser un slido rgido como la madera, flexible como el papel o la tela, slido granular como la masa de cristales o cereales, una pasta espesa o delgada como las pulpas de fruta o una solucin. La forma fsica del material y los distintos mtodos de manipulacin empleados, ejercen la mayor influencia en el tipo de secador a utilizar.14

ROSSI, SILVIO J, ROA GONZALO, Secagem e armazenamento de productos agropecurios com uso de energia solar e ar natural, Academia de Ciencias do Estado de Sao Paulo, Brasil, 1980 15 MENON AND MUJUNDAR, Drying of solids. Montreal, Canad. Mc Graw Hill. 1982. 16 TREYBAL R. C. Operaciones con transferencia de masa. 1965.

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2.5.1 Tipos de secadores. De acuerdo a la clasificacin de la operacin de secado se encuentran los siguientes tipos de equipos.17 2.5.1.1 Secadores de calentamiento directo: se caracterizan por utilizar gases calientes que entran en contacto directo con el slido hmedo al que transmiten calor, fundamentalmente por conveccin, y que arrastran fuera del secador los vapores producidos. Los gases calientes pueden ser: aire calentado por vapor de agua, productos de la combustin, gases inertes, vapor recalentado, aire calentado por radiacin solar. o Equipos discontinuos Secador de bandejas con corriente de aire. Secador de lecho fluidizado. Secador con circulacin a travs de la cama fija. o Equipos continuos Secador de tnel. Secador neumtico. Secador ciclnico. Secador de cama chorreada. Secador de cama vibratoria. Secador de cama fluidizada. Secador de spray. Secador tipo turbina. Secador rotatorio. 2.5.1.2 Secadores de calentamiento indirecto: Se caracterizan porque en ellos la transmisin de calor hasta el material hmedo tiene lugar por conduccin a travs de una pared, generalmente metlica. Secador de bandejas a vaco. Secador de bandejas a presin atmosfrica. Secador por sublimacin Secador de tornillo sinfn Secador de rodillo

En los diferentes mtodos de secado se pueden utilizar varios dispositivos para el secado e inclusive pueden emplearse combinaciones de los mtodos disponibles. En la tabla 1 se presentan algunos tipos de secado y su aplicacin en alimentos.17

TREYBAL R. C. Operaciones con transferencia de masa. 1965.

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Tabla 1: Tipos de secado de los alimentos 18 TIPO DE SECADOR Natural (solar) Tolva (silo) Horno cilndrico Armario o compartimiento Bandeja o sartn Tnel Cinta sinfn (atmosfrica o vaco) Lecho fluidizado Cilindro o tambor (atmosfrico o vaco) Pulverizacin Tapiz de espuma Congelacin al vaco Microondas ALIMENTO QUE SE PUEDE SECAR Uvas (pasas), carnes, pescados, granos Cereales, cacahuetes Manzanas y algunas hortalizas Frutas y hortalizas Clara de huevo Frutas y hortalizas Hortalizas Grnulos y pequeos elementos Leche, frutas y hortalizas en pur Leche, huevos y alimentos en pur Zumos de fruta y de hortalizas Pollo, langostinos, carne, caf Pastas alimenticias, secado final de los alimentos

2.6 EL AGUA EN LOS ALIMENTOS El contenido de agua en cada alimento est determinado por propiedades estructurales y organolpticas, teniendo en cuenta que productos con el mismo contenido de agua pueden presentar caractersticas muy diversas. El agua puede encontrarse en los alimentos de varias formas19: El agua ligada qumicamente como agua de constitucin Agua adsorbida sobre los sitios hidrfilos por medio de puentes de hidrgeno Agua estructurada en soluciones, como geles o en suspensiones, mantenidas por fuerzas fsicas dbiles, cercanas a las superficies macromoleculares. Agua en solucin poseedora de pequeas molculas de soluto como azcar o sales.

Estas interacciones pueden presentarse en grado diverso dependiendo del producto. En el interior de un mismo sistema es posible identificar dos fracciones principales de agua: una definida libre aunque tambin puede estar ms o menos retenida por la estructura que la engloba (gel, tejido celular, etc.) y una segunda definida ligada porque es fijada por los componentes slidos del sistema mediante uniones verdaderas, la cual no est disponible para las reacciones degradativas.18 19

CRUESS, W V. Industrializacin de frutas tropicales y hortalizas. Editorial suelo argentino, 1998. MENON AND MUJUNDAR, Drying of solids. Montreal, Canad. Mc Graw Hill. 1982.

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El mtodo ms fcil para tener una medida de la mayor o menor disponibilidad del agua en los alimentos es la actividad de agua (aw), definida por el descenso de la presin parcial del vapor de agua. La unidad de medida es de cero (0) a uno (1), donde uno (1) expresa el 100% de disponibilidad o agua pura y, cero la ausencia total de agua disponible. Con valores de aw menores de 0.6 no hay crecimiento de la mayora de los microorganismos que causan deterioro a los alimentos20. 2.7 VARIABLES DE COMPOSICIN DE LAS PULPAS DE FRUTAS QUE INCIDEN EN LA DESHIDRATACIN Los constituyentes de las frutas que inciden directamente sobre la velocidad de secado y el producto final son21: Pectina. El contenido de pectina presente en la pulpa influye notablemente en el proceso, pues al encontrarse en presencia de cierta cantidad de azcar y acidez libre alcanza un grado determinado de gelificacin el cual se manifiesta con la formacin de una pelcula en la superficie de la pulpa. Cuando hay un alto contenido de pectina la formacin de esta pelcula es bastante rpida, lo cual impide la salida de la humedad alargando considerablemente los tiempos de secado, mientras que en las capas internas se conserva un alto contenido de humedad. Slidos insolubles. Los slidos insolubles aportan consistencia a la pulpa disminuyendo por consiguiente la relacin peso de agua a peso de slido seco, lo cual favorece la deshidratacin ya que facilita la remocin de la humedad. Adems disminuye las deformaciones que se pueden presentar durante el proceso de secado. Sin embargo un alto contenido de slidos insolubles puede afectar la textura del producto final volvindola spera y desagradable. Relacin azcar / cido. La relacin entre los slidos solubles y la acidez total es llamada generalmente azcar / cido. Si sta es alta puede presentarse durante el proceso caramelizacin, cristalizacin y el fenmeno de la exudacin (sinresis). Tambin, cuando se tiene un contenido de pectina alto en la composicin de la pulpa, junto con la presencia de una determinada relacin azcar / cido, se propicia la gelificacin. Al darse algunos de estos fenmenos se dificulta el proceso de remocin de humedad y en consecuencia se alargan los tiempos de secado.

INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGA DE ALIMENTOS ICTA, Memorias del curso de deshidratacin de frutas y hortalizas, Universidad Nacional de Colombia, 1987. 21 NEIRA C, Martha L, Aspectos en el diseo de unidades para la deshidratacin de hierbas aromticas, Bogot: Facultad de ingeniera, Universidad Nacional de Colombia, 1987

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Adems, esta relacin es determinante en las caractersticas organolpticas del producto, pues una relacin alta es propia de sabores extremamente dulces y una baja de sabores cidos. 2.8 REACCIONES BIOQUMICAS QUE DESHIDRATACIN DE LOS ALIMENTOS22 SE PRESENTAN EN LA

Oscurecimiento enzimtico. Se debe a la accin de la polifenoloxidasa, catecolasa o fenolasa sobre los compuestos fenlicos de los productos vegetales, oxidndolos a ortoquinonas, que a su vez se polimerizan rpidamente para formar pigmentos pardos. Se observa oscurecimiento enzimtico en las superficies cortadas de frutas y hortalizas poco coloreadas. Se han desarrollado diferentes mtodos para detener el oscurecimiento enzimtico: El tratamiento por calor (escaldado), y el uso de dixido de azufre o de sulfitos para inactivar la fenolasa. Tambin se inhibe con la adicin de cantidades suficientes de cido ctrico, cido fosfrico o cido mlico para producir un pH de 3.0 o inferior, pues la enzima queda inactivada de forma irreversible a valores de pH inferiores a 3.0. Tambin mediante la inmersin del vegetal en salmuera o en almbar se impide el contacto del oxigeno del aire con el producto retardando el pardeamiento. Oscurecimiento no enzimtico. Las siguientes son las reacciones que pueden generar pardeamiento de las pulpas de frutas por la va no enzimtica Reaccin de Maillard. Es la reaccin de los grupos aldehdo y amino de los azcares y las protenas facilitada por el calor. Al sulfitar el alimento previo a la deshidratacin se disminuye la velocidad de la reaccin y por lo tanto se reduce el oscurecimiento. Reaccin de caramelizacin. Ocasionada a compuestos carbonlicos y carboxihidroxilados por calentamiento en medio cido. Oxidacin de cido ascrbico. A veces la oxidacin del cido ascrbico la catalizan las enzimas. El cido ascrbico es uno de los ms importantes azcares cidos; se considera como producto de la oxidacin de la hexosa L-gulosa, que tiene una estructura dienol en los carbonos 2 y 3. El cido ascrbico es muy inestable y fcilmente sufre oxidacin a cido dehidroascrbico, este ltimo sufre hidrlisis del anillo lactnico con formacin deico diceto L gulnico, en presencia de lcalis.NEIRA C, Martha L, Aspectos en el diseo de unidades para la deshidratacin de hierbas aromticas, Bogot: Facultad de ingeniera, Universidad Nacional de Colombia, 1987.22

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Durante la deshidratacin se produce una moderada prdida de cido ascrbico y su degradacin disminuye conforme decrece la actividad de agua en el producto y en general, puede decirse que tambin conforme la temperatura de deshidratacin disminuye. Por otra parte, la sulfitacin tambin protege el cido ascrbico. Remocin de sustancias voltiles. Dependiendo de las condiciones de la deshidratacin y de las caractersticas del producto, una mayor o menor cantidad de componentes voltiles, cuya mezcla constituyen una fraccin mayoritaria del sabor, es removida con el agua del producto que se est deshidratando. Las operaciones a bajas temperaturas y altas concentraciones de slidos ayudan a retener mayor cantidad de compuestos voltiles. Destruccin de vitaminas. La riboflavina es ligeramente sensible al proceso de deshidratacin y la tiamina es sensible al calor y destruida por la sulfitacin, su reduccin puede ser del orden del 15% en vegetales escaldados. En general las vitaminas son muy termosensibles y se pierden sustancialmente en los procesos trmicos. Oxidacin de lpidos. Origina la produccin de sabores y aromas desagradables y la produccin de compuestos que reaccionan con las protenas produciendo oscurecimientos. 2.9 PRINCIPALES FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DETERIORO DE LAS PULPAS DE FRUTAS23 Las frutas, cuando estn en el rbol, son materiales vivos, cuyas paredes celulares estn en equilibrio dinmico con el citoplasma. En este estado se suceden cambios controlados, pudindose decir que la fruta en el rbol es un sistema bioqumico. Para efectos del procesamiento interesan todos los cambios y alteraciones que pueden ocurrir despus de haber retirado el fruto del rbol. A continuacin se relacionan los principales factores que inciden en la conservacin de la calidad del producto durante el procesamiento y almacenamiento posterior del mismo. Temperatura: Existe una relacin directa entre la velocidad de las reacciones bioqumicas y la temperatura. Las enzimas tienen temperaturas mximas y mnimas de actividad, los microorganismos tienen temperaturas ptimas para su

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CERQUERA P, Nstor E, Obtencin de pulpa estabilizada y de una conserva a partir de mangos de las variedades Tommy atkins y Mariquiteo. Bogot: Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia, 1988.

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crecimiento al igual que una temperatura que les es letal. Por ello el control de la temperatura del alimento es importante para su conservacin. 24 Actividad enzimtica: se sabe que las enzimas son catalizadores biolgicos que promueven una amplia gama de reacciones qumicas y bioqumicas en los productos vegetales. Ellas controlan cambios relacionados con la maduracin en el rbol y an despus de haberse separado de l, y tambin los cambios positivos y/o negativos en el color (pardeamiento, principalmente), aroma, sabor, textura y propiedades nutricionales de los alimentos, llegando incluso a la descomposicin total del producto, si no se le controla. La actividad enzimtica se puede controlar mediante la adicin de sustancias qumicas y la aplicacin de calor, el cual las inactiva por desnaturalizacin. Accin de los microorganismos: debido a que la mayora de las frutas son productos categorizados como cidos (pH < 4.5) y gran parte de su materia orgnica, aproximadamente 90%, son carbohidratos, las hacen muy propensas al ataque de hongos y levaduras, principalmente. El ataque microbiano est influenciado por condiciones de tipo interno y externo a la fruta. En algunas frutas se pueden presentar proliferaciones de hongos al ser almacenadas a temperatura ambiente, e inclusive al haberlas almacenado en refrigeracin. Si la fruta ha sido golpeada y maltratada el ataque es mucho mayor y ms rpido. Cuando la fruta es transformada en pulpa, se obtiene un sustrato mucho ms propenso al ataque microbiano, en donde no slo crecen los hongos, sino que se desarrollan gases y sabores alcohlicos desagradables, como resultado de la actividad de las levaduras. En las frutas las bacterias no constituyen un verdadero problema, pues la mayora de ellas quedan inhibidas por la acidez propia y por la presencia de algunas sustancias bactericidas. Es de gran importancia tener en cuenta otros factores que influyen en la conservacin de las pulpas de frutas, como son el manejo de la materia prima, control de las condiciones de procesamiento y almacenamiento que, adems de influir sobre la contaminacin y desarrollo de los microorganismos, tambin influyen sobre las caractersticas organolpticas y el valor nutritivo de los productos.

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CERQUERA R, Maria E, Evaluacin de la calidad, rendimiento y almacenamiento de las pulpas de mora de castilla (Rubus glaucus benth) y tomate de rbol (Cypomandra betacea send) producidas en el Huila con fines agroindustriales, Neiva. Facultad de ingeniera, Universidad Surcolombiana, 1996.

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El principal mtodo de conservacin que se usa para asegurar la destruccin de los microorganismos es el tratamiento trmico, adems de la reduccin de la actividad de agua, por deshidratacin o concentracin, hasta un nivel tal que impida la proliferacin microbiana. Los microorganismos importantes desde el punto de vista de la alteracin de las pulpas se dividen en25: o Bacterias. Son microorganismos unicelulares microscpicos, que se desarrollan en pH mayores a 4.5, por lo que no es muy comn encontrarlas en las pulpas de frutas. La mayora de las bacterias crecen mejor a temperaturas comprendidas entre los 21C y los 39C, pero se destruyen a temperaturas prximas a la temperatura de ebullicin. En medio cido, la mayora de las bacterias, incluyendo organismos formadores de esporas, son incapaces de crecer y multiplicarse. o Levaduras. Son tambin organismos unicelulares microscpicos, capaces de crecer en medios cidos, debido a su alta tolerancia a ste y a su capacidad para crecer anaerbicamente; son particularmente activos en azcares fermentados. La mayora de las levaduras no son patgenas y pueden ser destruidas por el calor a 60C durante unos minutos. Las levaduras que forman ascosporas son ms resistentes al calor y pueden crecer bajo una actividad de agua de 0.85. Los requerimientos nutricionales de las levaduras son mnimos; casi todas pueden sintetizar una amplia variedad de sustancias esenciales para el crecimiento, incluyendo aminocidos, carbohidratos y vitaminas debido a su capacidad de expansin para usar fuentes simples de nitrgeno con niveles muy bajos, 0.2 a 0.5 mg/lt, requeridos para su desarrollo. o Hongos. Son mayores y ms complejos en su estructura que las bacterias y las levaduras, pero en sus primeras fases de desarrollo son difciles de detectar. Comienzan a crecer como un hilo, conocido con el nombre de hifa, las cuales se entrelazan formando micelios, con apariencia de algodn-lana por ltimo desarrollan esporas que pueden ser pigmentadas y proporcionan a los hongos su aspecto y color caracterstico. Los hongos generalmente tienen una alta tolerancia al cido y son capaces de crecer a una baja actividad de agua, pero estas capacidades varan ampliamente entre los tipos y an entre las especies de un mismo gnero. Algunos hongos son

VALENZUELA, Emilia M, Manual de microbiologa general, citado por BARRERA A, Marcia y PEREZ P, Humberto, en Evaluacin de la calidad, rendimiento y almacenamiento de las pulpas de curba (Pasiflora mollisima (HBK) bailey) y lulo (Solanum quitoense lam) producidos en el Huila con fines agroindustriales. Neiva. Facultad de ingeniera, Universidad Surcolombiana, 1996.

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ms resistentes al calor que las levaduras y por tanto pueden predominar en productos pasterizados. o Mesfilos. Son microorganismos que crecen a temperaturas entre veinticinco a treinta y siete grados Celsius. Pueden ser anaerbicos, aerbicos y esporulados y comprenden la mayora de microorganismos patgenos asociados a los alimentos. o Coliformes. Incluye todas las bacterias de forma bacilar, facultativas, aerobias y anaerobias, gram (-) y no formadoras de esporas que fermentan la lactosa con formacin de gas en 48 horas a 35C. Asociados generalmente a la flora intestinal, se dividen en totales y fecales, estos ltimos son los ms importantes en el estudio microbiolgico. Los coliformes necesitan un pH neutro para crecer, por lo que no es muy frecuente encontrarlos en frutos cidos; el ms comn es Escherichia coli. 2.10 ESTADISTICA NO PARAMTRICA SENSORIAL DE ALIMENTOS26 APLICADA AL ANLISIS

Para el anlisis de la informacin obtenida de pruebas sensoriales se utiliza el test estadstico T, que hace parte de la estadstica no paramtrica, la cual es usualmente empleada en estos casos en que la cantidad de los datos obtenidos es limitada debido a la utilizacin de grupos de jueces entrenados de entre 6 y 15 integrantes. Por esta razn la estadstica no paramtrica se ha convertido en una herramienta muy utilizada en el anlisis de este tipo de informacin. Los modelos estadsticos paramtricos implican distribuciones continuas con ciertos supuestos bsicos para la aplicacin de estas tcnicas. El principal uso de esos modelos es la estimacin de parmetros desconocidos de la poblacin en estudio, para poder hacer pruebas de validacin o ensayos de significacin y evaluar as las hiptesis planteadas. Estos supuestos se plantean fundamentalmente sobre el valor que toman los parmetros poblacionales o sobre comparaciones de dos de ellos. En ellos se trabaja con magnitudes biolgicas de los tipos cuantitativas y continuas. A las magnitudes discretas se las trata como proporciones para poder usar algunos modelos, y cuando se usa el modelo de Gauss se tiene que hacer una correccin por continuidad. A esta metodologa de trabajo se la denomina Estadstica Paramtrica, por contraposicin a otra donde lo que interesa es comparar distribuciones en lugar de parmetros. Mientras los supuestos usados en la paramtrica especifican la distribucin original (generalmente la gaussiana), hay otros casos en la prctica donde no se puede hacer esto, es decir especificar la forma de distribucin original. Se requiere entonces otra metodologa de trabajo, una estadstica de distribuciones libres, donde no se necesitan hacer supuestos26

J.C. Azzimonti R, Bioestadstica aplicada a Bioqumica y Farmacia, en www.matematicas.net.

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acerca de la distribucin poblacional, donde se puede comparar distribuciones entre s o verificar supuestos acerca de la forma de la poblacin. Por ejemplo, verificar el supuesto de normalidad necesario para usar el modelo Student. La solucin para estos casos es el empleo de la estadstica no paramtrica. Hay ciertas ventajas en su uso, tales como: Trabajar con magnitudes cualitativas, adems de las cuantitativas; Estudiar casos donde no es posible precisar la naturaleza de la distribucin; Estudiar los casos donde los supuestos de la forma poblacional son dbiles; Aplicar el mismo modelo a casi todas las distribuciones en lugar de a una sola; Es ms fcil de entender para quienes no poseen base matemtica adecuada.

La estadstica no paramtrica tambin tiene algunas desventajas como: No extraen tanta informacin como la estadstica paramtrica si se aplican al mismo caso. Son menos eficientes si las muestras son grandes.

Los modelos paramtricos tienen mayor capacidad para detectar diferencias muestrales que los no paramtricos. Es decir, son capaces de ver una diferencia significativa en casos donde los otros no pueden. Como su poder discriminador es mejor, siempre que se pueda, conviene usar modelos paramtricos antes que los no paramtricos, por su mayor sensibilidad para detectar diferencias significativas, a menos que las diferencias sean tan grandes que con cualquier modelo puedan detectarse. Pero como los no paramtricos se aplican en casi todos los casos, son ms fciles de entender y no tienen tanta complicacin matemtica; se estn poniendo de moda en Bioqumica y Farmacia cada vez ms. El independizarse de la forma de la poblacin llev a estos modelos a otras aplicaciones no clsicas, como en las ciencias de la conducta, marketing, ciencias sociales, etc. En algunas tcnicas, como las pruebas de rango o de orden, se trabaja con puntajes, que no son verdaderamente numricos, lo cual ocasiona deformaciones en los datos si se empleasen tcnicas paramtricas y el valor de las conclusiones de la validacin estadstica quedara menoscabado. Por ejemplo, se pueden asignar rangos por textura, coloracin, sabor, olor (magnitudes organolpticas), clasificar por infeccin con cierto tipo de virus, y otros casos donde no se cumpla el supuesto de homogeneidad de varianzas; ac el modelo de rangos puede ser la salida. Cuando se comparan dos muestras, los modelos paramtricos hacen hincapi en la comparacin de las medias, mientras que los no paramtricos fijan su atencin en comparar medianas

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2.11

EVALUACIN SENSORIAL27

La evaluacin sensorial es el anlisis de alimentos u otros materiales por medio de los sentidos. La palabra sensorial se deriva del latn sensus, que quiere decir sentido. La evaluacin sensorial es una tcnica de medicin y anlisis tan importante como los mtodos qumicos, fsicos y microbiolgicos. Este tipo de anlisis tiene la ventaja de que la persona que efecta las mediciones lleva consigo sus propios instrumentos de anlisis, o sea: sus cinco sentidos. Las pruebas sensoriales son utilizadas en diversos tipos de industrias, tales como la alimentaria, la perfumera, la farmacutica, la de pinturas y tintes y otras. Las tcnicas de evaluacin sensorial son tan cientficas como las de otros tipos de anlisis, y estn fundamentadas en la estadstica, la fisiologa, la psicologa y otras ramas de la ciencia. La experiencia es muy importante en el caso de las personas que llevan a cabo este tipo de anlisis usando sus sentidos. Existen, adems de los catadores expertos, las personas que trabajan en la industria de alimentos denominados maestros, tales como los maestros cerveceros, maestros dulceros, etc. Estas personas, generalmente operarios de fbrica, llegan a adquirir tanta destreza y experiencia en la observacin de las mezclas o los materiales que se procesan que son ellos quienes deciden cuando se ha llegado al punto final de un proceso. Esto es muy difcil de determinar por medios fsicos o instrumentales, y la evaluacin sensorial sigue siendo el ms fiable de los mtodos. Si no se realiza un anlisis sensorial de los alimentos y se confa nicamente en otro tipo de parmetros o medidas, puede incurrirse en errores graves.

ANZALDUA M, Antonio, La evaluacin sensorial de los alimentos en la teora y la prctica. Espaa: Acribia, 1994

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3. MATERIALES Y METODOLOGA Los equipos y los materiales empleados en el presente trabajo de investigacin se relacionan en el anexo A. 3.1 MATERIA PRIMA Para la obtencin de pulpa deshidratada en lmina se utilizan preferiblemente frutas carnosas y mezclas de pulpas de frutas. Inicialmente se han considerado frutas como el banano, el mango, la guayaba, la papaya, la guanbana, la mora, y el maracuy. Se escogieron para trabajar en la fase experimental las pulpas de banano (mezclado con naranja para reducir el efecto del pardeamiento oxidativo) y maracuy. Se seleccionaron estas dos pulpas por presentar caractersticas extremas de contenido de humedad y de slidos. El maracuy es bajo en slidos y tiene un alto contenido de humedad mientras que el banano tiene un alto contenido de slidos y su humedad es menor. 3.2 ETAPAS DEL PROYECTO Para el desarrollo de la fase experimental se llevaron a cabo las siguientes etapas: 3.2.1 Dimensionamiento y construccin del equipo de secado esttico para las pruebas de laboratorio. Para la realizacin de la fase experimental de secado esttico en bandejas se construy un equipo de deshidratacin teniendo en cuenta para su dimensionamiento las siguientes consideraciones28: Velocidad del aire de secado de 120 a 300 m/min., para mejorar el coeficiente de transferencia de calor y eliminar bolsas de aire estancado. Espacio libre no inferior a 38 mm entre el material de una bandeja y el fondo de la que est inmediatamente encima. Bandejas metlicas para mejorar la transmisin de calor y soportar la manipulacin

De acuerdo a esto, inicialmente se procedi a construir el ventilador centrfugo (se muestra el ventilador en la figura 4), con alabes inclinados adelante, dimetro de admisin de 0.20 m. y rea de descarga rectangular de 0.20 m x 0.16 m. al que se le acondicion un motor Emerson de 0.75 HP, 1750 RPM a 220 V/60 Hz, este ventilador fue aforado con ayuda del tubo de pitot y un ducto rectangular (Figura 5) el cual fue construido siguiendo las especificaciones de las normas ASHRAE 51-75 y AMCA 270-74.28

PERRY J. H. Chemical Engineering Handbook. New York: 6ta Edicin. Mc Graw Hill. 1986

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Figura 4. Succin del ventilador

Figura 5. Ducto de aforo del ventilador

Las condiciones de medicin fueron: Temperatura del aire ambiente 19 C Presin baromtrica: 560 mm Hg = 22,0472 pulgadas de mercurio

Para cada condicin se tomaron seis (6) lecturas correspondientes a puntos repartidos en una malla en forma equidistante dentro del rea transversal del ducto y se utilizaron las siguientes ecuaciones suministradas por el fabricante del equipo para calcular la velocidad corregida del aire: P (inHg ) Da = 1.325 B T (R ) Donde: Da: Densidad del aire (lb/ft3) PB: Presin baromtrica del lugar de medicin T: Temperatura en grados RVc = 1096.2 Pv Da

Donde: Vc: Velocidad corregida del aire en ft/min Pv: Promedio de las lecturas de presin de velocidad en pulgadas de agua Para el clculo de la seccin transversal del equipo de secado, se tuvo en cuenta el distanciamiento entre bandejas y el rea transversal al flujo entre bandejas para garantizar que la velocidad del aire de secado se encontrar en el rango propuesto por Perry29, y se utiliz la ecuacin de continuidad para hallar las dimensiones ancho y altura de la cabina de secado:29

PERRY J. H. Chemical Engineering Handbook. New York: 6ta Edicin. Mc Graw Hill. 1986.

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Q=VA Donde: Q = Caudal de aire, m3/s V = velocidad del aire, m/s A = rea transversal al flujo m2 A=ah Donde: a = profundidad del equipo h = altura del equipo Si a = L y h = 2L, entonces

A = 2L2 De la ecuacin de continuidad se tiene:L= Q 2V

Con la informacin del aforo del ventilador y teniendo en cuenta que la velocidad del aire de secado en bandejas debe estar en el intervalo de 2 a 5 m/s,30 se realiz el clculo de la resistencia elctrica del intercambiador de calor para suministrar la energa requerida en el sistema, aplicando las condiciones sicromtricas del aire. Para estos clculos se aplicaron las siguientes ecuaciones: m = (Q/Ve) Donde: m = Flujo msico, Kg. as * min-1 Q = Caudal de aire de secado, m3/min Ve = Volumen especfico del aire de secado, m3.Kg-1 as Donde: E = Energa requerida para el calentamiento del aire de secado, KJ/s, KW Cp = Calor especfico del aire, KJ.Kg-1 C-1 T1 = Temperatura del aire ambiente, C T2 = Temperatura de secado,C Una vez construida la cabina de secado se procedi a aforar nuevamente el ventilador con la cabina de secado instalada y sin el intercambiador y posteriormente se realiz el aforo del equipo con el intercambiador de resistencias elctricas instalado y se obtuvo la curva de caudales para las condiciones de trabajo del equipo de deshidratacin (Figuras 6 y 7)30

E = m Cp (T2-T1)

Ibid.

38

Figura 6. Aforo del ventilador con el Figura 7. Montaje tubo pitot para el equipo de deshidratacin aforo

3.2.2 Obtencin y caracterizacin de las pulpas. Para los diferentes ensayos se utiliz banano, mezclado con pulpa de naranja en proporcin: tres partes de pulpa de banano por una parte de pulpa (jugo) de naranja valencia; y maracuy, maduros y en buen estado de calidad, con el fin de obtener el mayor rendimiento en pulpa y que sus caractersticas fisicoqumicas y organolpticas presentaran su mejor expresin (Figuras 8 y 9). Figura 8. Banano Figura 9. Maracuy

Esta seleccin, de alguna manera subjetiva, se llev a cabo con ayuda de las tablas de color de los estados de madurez para banano y maracuy. Para el caso del banano, se seleccion la fruta en los estados 4 y 5, y para el maracuy en los estados 2 y 3, ver anexo B.

39

La adicin de pulpa de naranja a la pulpa de banano tuvo como objetivo reducir el pardeamiento, al aumentar la cantidad de cido ctrico presente y la consecuente reduccin del pH. Adems, el cido ascrbico presente en el jugo de naranja interviene en la reaccin oxidativa pasando a cido dehidroascrbico contribuyendo de esta forma a la reduccin del pardeamiento. La obtencin y conservacin de la pulpa de las frutas seleccionadas se realiz siguiendo los procedimientos que se presentan en las figuras 10 y 11; los equipos empleados en las diferentes etapas y sus especificaciones se encuentran en el anexo A.

Figura 10. Diagrama de procedimientos para la obtencin de la pulpa de banano

Recepcin y pesaje del banano y la naranja

Seleccin del banano

Lavado de las naranjas

Corte y exprimido de las naranjas Pelado y troceado del banano e inmersin en el jugo de naranja

Refrigeracin del jugo (pulpa)

Despulpado mecnico

Pesaje de la pulpa y dosificacin en bolsas plsticas

Determinaciones fisicoqumicas

Almacenamiento bajo congelacin

40

Figura 11. Diagrama de procedimientos para la obtencin de la pulpa de maracuyRecepcin y pesaje del Maracuy

Lavado

Seleccin del maracuy

Corte del fruto y extraccin de la pulpa y semilla

Despulpado mecnico

Pesaje de la pulpa y dosificacin en bolsas plsticas

Determinaciones fisicoqumicas

Almacenamiento en congelacin

Caracterizacin fisicoqumica de las pulpas. La caracterizacin de las pulpas de banano y maracuy se hizo previa a los ensayos de secado y se llev un registro de estos. Se realizaron lecturas de contenido de humedad, slidos solubles, pH y porcentaje de acidez. 3.2.3 Curvas de secado y tiempos de secado. Se realiz un primer ensayo de secado a una temperatura de 45C y velocidad del aire de 234.1 m/min (Flujo de aire de 0.198 m3/s 420 cfm) obtenindose tiempos de secado superiores a las 24 horas. Como se requieren tiempos de secado preferiblemente por debajo de las 12 horas se descart hacer pruebas con temperaturas inferiores a los 50C. Debido al nmero de ensayos de secado determinados en el diseo experimental factorial (28 ensayos x 2 frutas = 56 ensayos), se evalu la posibilidad de utilizar el equipo construido para las pruebas experimentales de secado con las dos frutas en forma simultnea. Esto se consider viable por cuanto el aire de secado pasa en forma paralela a las bandejas y no se recircula, lo que evita la contaminacin de las pulpas, y adems se redujo el tiempo de pruebas a la mitad permitiendo analizar el comportamiento de las pulpas bajo condiciones de secado idnticas.

41

Las condiciones de secado seleccionadas son las siguientes: temperaturas del aire de 50C, 55C, 60C y 65C, en combinacin con tres velocidades del aire caliente: 178.3 m/min (Flujo de aire de 0.151 m3/s 320 cfm), 206.1 m/min (Flujo de aire de 0.175 m3/s 370 cfm) y 234.1 m/min (Flujo de aire de 0.198 m3/s 420 cfm). Con los anteriores rangos de temperatura y flujo de aire y con base en un diseo experimental de tipo factorial31 se evalu la etapa de secado de las pulpas en capa esttica, realizando un seguimiento de la prdida de humedad mediante la determinacin de peso cada hora, con lo que se obtuvo la humedad en cada momento de pesaje y el tiempo de secado; a partir de esta informacin se elaboraron las diferentes curvas de secado y de rgimen de secado. El procedimiento seguido en las pruebas de secado fue el siguiente: Encendido del ventilador y de las resistencias, ajuste de la temperatura con ayuda del termostato y del caudal (Mediante el variador de frecuencia y de acuerdo a la curva de calibracin obtenida con el aforo del equipo). Pesaje de las bandejas consignando estos valores en el formato diseado para la toma de datos. La pulpa fue dosificada por peso en cada una de las bandejas (500 gramos por bandeja, obtenindose un espesor de pulpa de 1 cm aproximadamente), las cuales fueron previamente recubiertas con vinipel lo que evit el contacto directo de la pulpa con la bandeja y permiti retirar fcilmente el producto una vez deshidratado (Figura 12).

En total se utilizaron cuatro bandejas con banano y cuatro con maracuy, en forma simultnea, tomando el peso de dos (2) bandejas de banano (identificadas como bandeja 2 y bandeja 4) y de dos (2) bandejas de maracuy (identificadas como bandeja 6 y bandeja 8) cada hora hasta obtener el peso correspondiente a la humedad final del 11% en base hmeda (Humedad en base seca = 12.3). Como la humedad inicial de cada pulpa era conocida, la determinacin de la humedad en cada momento de pesaje se realiz aplicando las siguientes ecuaciones: Ps = Pm * (1 CHibh) Donde: Ps = Peso seco, g Pm = Peso de la muestra, g CHibh= Contenido de humedad inicial de la pulpa en base hmeda, decimal31

UMETRICS A.B., Software Modde 5, Umea, Suecia. 2004

42

CHjbh =

( Pmj Ps ) Pmj

Donde: CHjbh = Contenido de humedad en base hmeda de la muestra en un tiempo j, decimal Pmj = Peso de la muestra en un tiempo j, g

CHjbs =

( Pmj Ps) Ps

Donde: CHjbs = Contenido de humedad en base seca de la muestra en un tiempo j, decimal Figura 12. Distribucin de las bandejas con las pulpas en el equipo de deshidratacin

El peso final de la muestra, Pf; correspondiente a la humedad final establecida (CHbh: 11%) se calcul aplicando la siguiente ecuacin, obtenida por deduccin:Pf = Pi * [1 ((CHibs CHfbs )(1 CHibh )]

Donde: Pf = Peso final de la pulpa deshidratada, g Pi = Peso inicial de la pulpa a deshidratar, g CHibs= Contenido de humedad inicial en base seca, decimal CHfbs= Contenido de humedad final en base seca, decimal Chibh = Contenido de humedad inicial en base hmeda, decimal

43

Al finalizar cada uno de los procesos de secado se evaluaron las caractersticas de la pulpa deshidratada, determinando: contenido de humedad, actividad de agua, porcentaje de acidez y espesor. Con la informacin del anlisis estadstico del diseo factorial aplicado a las pruebas de secado se determinaron las condiciones ms favorables para la deshidratacin. 3.2.4 Anlisis Sensorial. Con el fin de evaluar el efecto de los tratamientos trmicos sobre las caractersticas sensoriales del producto, se realiz la evaluacin de las pulpas deshidratadas, aplicando una prueba discriminativa con ayuda de un panel de jueces entrenados. En una primera evaluacin de las muestras con la coordinadora del panel se encontr que no era muy evidente la diferencia entre muestras, por esta razn a los catadores se les presentaron las muestras obtenidas de los tratamientos a las temperaturas extremas de 50C y 65C para los tres flujos de aire empleados y una muestra intermedia a 60C y el menor flujo de aire, con el fin de poder comparar los resultados para estas condiciones del ensayo. Los datos obtenidos en la prueba se sometieron al anlisis de varianza aplicando el mtodo estadstico T32, se construy la tabla de anlisis de varianza y se determin la significancia de la fuente de variacin. Los formatos utilizados en la prueba sensorial y las calificaciones de los jueces se presentan en el anexo D. 3.2.5 Anlisis proximal y microbiolgico. Con el fin de evaluar las caractersticas de las pulpas frescas y de los productos deshidratados se les realiz el anlisis proximal y microbiolgico. En el anlisis proximal se determin: humedad (AOAC OM934.06), grasa (AOAC OM920.39), fibra cruda (AOAC OM96209), protena (AOAC OM954.01), minerales (AOAC OM942.05), carbohidratos por clculo de diferencia y kcal en 100g utilizando el clculo indirecto Factor Atwater. Los anlisis microbiolgicos realizados a las muestras fueron: coliformes totales (NMP), recuento de mesfilos aerobios (ufc/g) y recuento de hongos y levaduras (ufc/g).

32

CONOVER, W. Practical Nonparametric Statistics, New York: John Wiley & Sons, Inc. 1980

44

4. RESULTADOS Y ANLISIS 4.1 DIMENSIONAMIENTO Y CONSTRUCCIN DEL EQUIPO DE PRUEBAS DE SECADO ESTTICO. A continuacin se presentan los resultados de las diferentes etapas seguidas para la construccin del equipo para la deshidratacin de pulpas de fruta en lmina, utilizado en las pruebas experimentales a nivel de laboratorio 4.1.1 Aforos del ventilador centrfugo. Los resultados de los aforos del ventilador se muestran en las tablas siguientes:

Tabla 2. Aforo del ventilador centrfugo% Abertura 100 Velocidad Caudal PROM Correg Abajo Medio Arriba Abajo Medio Arriba Abajo Medio Arriba cfm P vel 0,35 0,45 0,51 0,53 0,48 0,53 0,41 0,37 0,42 0,45 Vel (ft/min) 2350 2700 2850 2900 2750 2900 2550 2400 2600 2667 3107,4 1070 Pestatica 0,08 0,09 0,09 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,08 P vel Vel (ft/min) Pestatica P vel Vel (ft/min) Pestatica P vel Vel (ft/min) Pestatica Pestatica 0,33 2300 0,16 0,22 1750 0,51 0,1 1250 0,97 1,4 0,39 2500 0,17 0,26 2050 0,51 0,08 1100 0,96 1,35 0,49 2800 0,17 0,33 2300 0,52 0,08 1100 0,96 1,35 0,46 2700 0,16 0,27 2080 0,52 0,11 1300 0,97 1,35 0,46 2700 0,17 0,3 2200 0,52 0,1 1250 0,96 1,35 0,56 3000 0,17 0,42 2600 0,52 0,11 1300 0,96 1,35 0,33 2280 0,16 0,25 2000 0,51 0,12 1350 0,95 1,35 0,34 2300 0,16 0,26 2050 0,51 0,1 1250 0,96 1,35 0,45 2700 0,16 0,33 2300 0,5 0,1 1250 0,96 1,35 0,42 2587 0,16 0,29 2148 0,51 0,1 1239 0,96 1,36

70

3002,1

1034

40

2494,6

859

10

1464,9

505

0

El intervalo de caudales para el ventilador fue de 0.505 m3/s (1070 cfm), completamente abierto, a 0.238 m3/s (505 cfm), 90% cerrado, y una frecuencia de 60 Hz.

45

Tabla 3. Aforo del equipo de secado sin el intercambiador de resistencias elctricasFrec Hz 32 Abajo Medio Arriba Abajo Medio Arriba Abajo Medio Arriba PROM 0,05 P vel 0,04 0,05 0,06 0,05 0,05 0,07 0,04 0,04 0,05 Vel (ft/min) 800 900 1000 900 900 1100 800 800 900 900 0,19 Pestatica 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 P vel Vel (ft/min) Pestatica P vel Vel (ft/min) Pestatica P vel Vel (ft/min) Pestatica P vel Vel (ft/min) Pestatica P vel Vel (ft/min) Pestatica 0,06 1000 0,25 0,09 1200 0,32 0,11 1300 0,42 0,14 1500 0,57 0,16 1600 0,66 0,06 1000 0,25 0,09 1200 0,32 0,13 1400 0,42 0,17 1650 0,57 0,16 1600 0,67 0,09 1200 0,25 0,12 1350 0,32 0,13 1400 0,42 0,19 1750 0,58 0,23 1900 0,66 0,06 0,07 0,09 0,06 0,06 0,09 1000 1100 1200 1000 1000 1200 0,25 0,25 0,25 0,24 0,25 0,24 0,09 0,09 0,12 0,08 0,08 0,09 1200 1200 1350 1100 1100 1200 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,12 0,12 0,15 0,12 0,12 0,14 1350 1350 1550 1350 1350 1500 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,16 0,18 0,22 0,14 0,14 0,19 1600 1700 1850 1500 1500 1750 0,6 0,59 0,61 0,61 0,61 0,6 0,19 0,19 0,25 0,18 0,17 0,25 1750 1750 2000 1700 1650 2000 0,66 0,66 0,67 0,66 0,66 0,67 0,07 1078 0,25 0,09 1211 0,32 0,13 1394 0,42 0,17 1644 0,59 0,20 1772 0,66 Velocidad Caudal Caudal m/s Correg cfm 1036 357 0,168

37

1235

425

0,200

42

1424

490

0,231

47,9

1649

568

0,268

56,7

1910

658

0,311

60

2060

710

0,335

Figura 13. Curva de aforo del equipo de secado sin intercambiador de calor0,35

0,3

Caudal (m3/s)

0,25

Caudal0,2

0,15

0,1 30 35 40 45 50 55 60 65

Frecuencia (Hz)

46

El aforo del ventilador con la cabina de secado instalada y sin el intercambiador, tuvo un rango de caudal de 0.168 m3/s (357 cfm), a una frecuencia de 32 Hz, a 0.335 m3/s (710 cfm), a una frecuencia de 60 Hz. Tabla 4. Aforo del equipo de secado provisto del intercambiador de calorFrec Hz 32 Abajo Medio Arriba Abajo Medio Arriba Abajo Medio Arriba PROM 0,04 P vel 0,03 0,03 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Vel (ft/min) 700 700 800 800 800 800 800 800 800 778 0,13 Pestatica 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,14 0,13 0,13 0,14 P vel Vel (ft/min) Pestatica P vel Vel (ft/min) Pestatica P vel Vel (ft/min) Pestatica P vel Vel (ft/min) Pestatica P vel Vel (ft/min) Pestatica 0,06 950 0,19 0,06 1000 0,23 0,11 1300 0,32 0,11 1500 0,4 0,14 1500 0,49 0,05 900 0,18 0,07 1100 0,23 0,09 1200 0,31 0,12 1650 0,4 0,14 1500 0,49 0,05 900 0,18 0,07 1100 0,23 0,08 1150 0,31 0,12 1750 0,4 0,14 1500 0,49 0,05 900 0,18 0,05 900 0,18 0,05 0,05 900 900 0,18 0,18 0,05 900 0,18 0,05 900 0,18 0,05 906 0,18 0,07 1078 0,23 0,09 1200 0,31 0,12 1644 0,40 0,14 1500 0,49 Velocidad Caudal Caudal m/s Correg cfm 926 319 0,151

37

1047

361

0,170

41,7

0,08 0,07 0,07 0,08 0,06 0,06 1150 1100 1100 1150 1000 1000 0,23 0,23 0,23 0,23 0,23 0,23 0,09 0,09 0,09 0,08 0,09 0,09 1200 1200 1200 1150 1200 1200 0,31 0,32 0,32 0,31 0,31 0,31 0,14 0,12 0,11 0,14 0,11 0,1 1600 1700 1850 1500 1500 1750 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 1500 1500 1500 1500 1500 1500 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49

1216

419

0,198

47,9

1390

479

0,226

54,3

1597

550

0,260

60

1733

597

0,282

Figura 14. Grfica de la curva de aforo del equipo de secado con intercambiador de calor de resistencias elctricas.0,3

0,25

Caudal (m 3/s)

0,2

Caudal

0,15

0,1 30 35 40 45 50 55 60 65

Frecuencia (Hz)

47

En el aforo del equipo con el intercambiador de resistencias elctricas instalado se obtuvo la curva de caudales para las condiciones de trabajo del equipo de deshidratacin; el rango de caudal que entrega el ventilador es de 0.151 m3/s (320 cfm) a una frecuencia de 32 Hz hasta 0.282 m3/s (598 cfm) a 60 Hz. (Figuras 15 y 16) Figura 15. Aforo del ventilador con el Figura 16. Montaje tubo pitot para el equipo de deshidratacin aforo del equipo de secado

4.1.2 Clculos y construccin del equipo de secado. A continuacin se presenta el calcul de la seccin transversal del equipo de secado. Trabajando con la velocidad mnima en el equipo, segn Perry de 2 m/s, y con los datos obtenidos en el aforo, se tom como caudal mnimo entregado por el ventilador centrfugo el valor de 0.274m3/s; utilizando la ecuacin de continuidad se tiene: Si a = L y h = 2L, entonces A = 2L2

De la ecuacin de continuidad se tiene:

L=

Q = 2V

0.274m3 / s = 0.262m 2 * 2m / s

Las dimensiones internas del secador son: a = 0.26 m h = 0.52 m 48

El equipo se construy con dos soportes con capacidad para 8 bandejas cada uno, las dimensiones de las bandejas son 0.29m x 0.26m con una altura de borde de 0.015 m fabricadas en acero inoxidable, la separacin vertical entre bandejas es de 0.044m. Las caractersticas del equipo construido son las siguientes:

Equipo de deshidratacin en bandejas (Figura 17 y 18) con caudal y temperatura variables, provisto de: Cabina de deshidratacin fabricada en lmina galvanizada, color blanco hueso, con puertas azules en lmina CR, marca INGESEC. Diecisis (16) bandejas en acero inoxidable de 26 cm. x 29 cm. x 1.5 cm. Dos (2) soportes para las bandejas en lmina galvanizada pintadas de color azul. Un termostato de bulbo metlico, marca Arthermo, con escala de 0 a 90C. Termmetro metlico marca Haenni, con escala de 0 C a 120 C Ventilador centrfugo color azul, con alabes inclinados adelante, con dimetro de admisin de 0.20 m. y rea de descarga rectangular de 0.20 m * 0.16 m. Motor EMERSON de 0.75 HP, a 220 V/60Hz., 1750 RPM, identificacin: Catalog # U34S2AC, Model # F012B, Shaft 6203-2ZJC3. Variador de frecuencia marca TELEMECANIQUE Square D, Altivar 18, ATV18U41M2., en caja metlica CR con marca INGESEC, cable de alimentacin encauchetado de 12 m. de longitud y cable de salida encauchetado de 12 m. de longitud. Dos (2) interruptores metlicos color gris marca PRIME. Un (1) arrancador marca TELEMECANIQUE, Ref. LE1M35

Figura 17. Equipo de pruebas de Figura 18. Equipo de secado esttico secado

49

4.1.3 Clculo de la resistencia elctrica. Con las siguientes condiciones y las propiedades sicromtricas del aire se obtuvo la potencia requerida para la resistencia elctrica del intercambiador de calor. Temperatura ambiente: T1 = 19 C Temperatura del aire de secado: T2 = 65C Humedad relativa ambiente: 70% Caudal del aire de secado Q: 11.98 m3/min. (420 cfm) Por sicrometra: Calor especfico del aire, Cp: 1.005 KJ. Kg-1 C-1 Volumen especfico del aire de secado, Ve: 0.844 m3.Kg-1 a.s. Flujo msico, m = (Q/Ve) E =m Cp (T2-T1) E = (1/0,844)*11.98*1,005*(65-19)/(60) = 10.94 (KJ/s) = 11 KW La potencia mnima de la resistencia elctrica para el intercambiador de calor es de 11 KW. 4.2 CARACTERSTICAS FSICO - QUMICAS DE LAS PULPAS. Las caractersticas fisicoqumicas promedio de las pulpas frescas de banano/naranja que en adelante se denominar pulpa de banano y la pulpa de maracuy utilizadas en las pruebas de secado, fueron las siguientes: Tabla 5. Caractersticas fisicoqumicas de las pulpas utilizadas Caractersticas Humedad % bh (AOAC OM934.06) Slidos solubles Brix (AOAC OM932.12) Ph (Anexo C) Acidez titulable (AOAC OM942.15) Densidad (g/cm3) Rendimiento en pulpa (%) Banano/Naranja 79.9 18.5 4.1 0.62 1.05 52 Maracuy 84.0 15.0 2.9 4.42 1.09 32

4.3 CURVAS DE SECADO. Con la informacin experimental se obtuvieron las curvas y los tiempos de secado para los diferentes tratamientos. A continuacin se presentan, para cada una de las condiciones establecidas en las pruebas, las tablas con la informacin de la variacin de la humedad en las pulpas a travs del proceso de secado (Tablas de la 6 a la 16) y su correspondiente curva de secado (Figuras de la 19 a la 29). Las

50

tablas de datos de las repeticiones de los ensayos, de acuerdo al arreglo estadstico, se presentan en el anexo E. Los resultados para la pulpa de banano y para la pulpa de maracuy, se presentan en el siguiente orden: velocidad del aire de secado 178.3 m/min (0.151 m3/s) y temperaturas de 50C, 55C, 60C y 65C, velocidad del aire de secado 206.1 m/min (0.175 m3/s) y temperaturas de 50C, 60C y 65C, y velocidad del aire de secado 234.1 m/min (0.198 m3/s) y temperaturas de 50C, 55C, 60C y 65C. Tabla 6. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 178.3 m/min.Tiempo (hr) Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8 0 4.05 4.05 5.25 5.25 1 3.25 3.26 4.21 4.24 2 2.50 2.51 3.08 3.11 3 1.92 1.91 2.05 2.09 4 1.44 1.43 1.24 1.28 5 1.06 1.04 0.71 0.76 6 0.76 0.74 0.43 0.46 7 0.53 0.50 0.29 0.31 8 0.40 0.38 0.24 0.25 9 0.31 0.30 0.20 0.21 10 0.26 0.25 0.17 0.19 11 0.23 0.23 0.16 0.18 12 0.21 0.21 0.15 0.17 13 0.19 0.19 0.14 0.16 14 0.18 0.18 0.13 0.15 24 0.13 0.14 0.10 0.11

Figura 19. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 178.3 m/min.6,0 5,5 5,0

Humedad b.s. (g agua/g m.s.)

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8

Tiempo (horas)

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En la figura 19 se observa que las curvas de secado de las pulpas de banano, bandejas 2 y 4, se superponen mostrando un comportamiento similar para la velocidad de secado en ambas bandejas; lo mismo ocurre en el caso de las curvas de secado de las pulpas de maracuy en las bandejas 6 y 8. Tabla 7. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 178.3 m/min.Tiempo (hr) Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8 0 4.03 4.03 5.25 5.25 1 3.22 3.22 4.14 4.20 2 2.44 2.44 2.95 3.03 3 1.83 1.84 1.85 1.96 4 1.32 1.37 1.02 1.13 5 1.01 1.03 0.57 0.64 6 0.68 0.71 0.32 0.35 7 0.47 0.50 0.23 0.25 8 0.32 0.35 0.18 0.19 9 0.27 0.28 0.16 0.17 10 0.21 0.22 0.14 0.15 11 0.19 0.19 0.13 0.14 12 0.17 0.17 0.13 0.13 13 14 15 16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.16 0.15 0.14 0.13 0.13 0.13

Figura 20. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 178.3 m/min.6,0 5,5 5,0

H um edad b.s. (g agua/g m .s.)

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8

Tiempo (horas)

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En la figura 20 se presenta un comportamiento similar al de la figura 19, observndose un pequeo desfase entre las curvas, sobretodo en el caso de las pulpas de maracuy. Tabla 8. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 60C y una velocidad de 178.3 m/min.Tiempo (hr) Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8 0 4.05 4.05 5.45 5.45 1 3.00 2.99 3.99 4.20 2 2.11 2.09 2.58 2.82 3 1.43 1.41 1.41 1.60 4 0.93 0.91 0.70 0.79 5 0.58 0.57 0.33 0.38 6 0.38 0.37 0.26 0.28 7 0.26 0.26 0.20 0.21 8 0.20 0.20 0.17 0.17 9 0.17 0.17 0.14 0.15 10 11 0.15 0.13 0.15 0.13 0.12 0.12

Figura 21. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 60C y una velocidad de 178.3 m/min.6,0 5,5 5,0

H um edad b.s. (g agua/g m .s.)

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8

Tiempo (horas)

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Tabla 9. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 178.3 m/min.Tiempo (hr) Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8 0 4.03 4.03 5.45 5.45 1 2.88 2.89 3.67 3.76 2 1.97 2.00 2.21 2.31 3 1.29 1.32 1.09 1.15 4 0.84 0.88 0.54 0.55 5 0.53 0.56 0.28 0.28 6 0.33 0.36 0.18 0.18 7 0.24 0.26 0.14 0.14 8 9 10 11 12 0.19 0.17 0.15 0.14 0.13 0.20 0.17 0.15 0.14 0.13 0.12 0.12

Figura 22. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 178.3 m/min.6,0 5,5 5,0

Humedad b.s. (g agua/g m.s.)

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8

Tiempo (horas)

En las figuras 19 a 22 se observa que al aumentar la temperatura del aire el tiempo de secado se reduce de 24 a 12 horas para las pulpas de banano y de 24 a 8 horas en el caso de las pulpas de maracuy, siendo mayor el tiempo requerido para la deshidratacin de la pulpa de banano.

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Tabla 10. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 206.1 m/min.Tiempo (hr) Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8 0 4.03 4.03 5.25 5.25 1 3.12 3.14 4.01 4.09 2 2.38 2.39 2.82 2.95 3 1.80 1.81 1.75 1.90 4 1.32 1.33 0.91 1.01 5 0.93 0.93 0.41 0.48 6 0.68 0.66 0.26 0.28 7 0.50 0.48 0.20 0.20 8 0.39 0.37 0.17 0.17 9 0.31 0.30 0.15 0.15 10 0.26 0.25 0.13 0.13 11 12 13 14 24 0.23 0.21 0.20 0.19 0.13 0.23 0.21 0.19 0.19 0.13 0.12 0.12

Figura 23. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 206.1 m/min.6,0 5,5 5,0

H u m e d a d b .s . (g a g u a /g m .s .)

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8

Tiempo (horas)

En la figura 23 se observa que el tiempo de secado para las pulpas de maracuy se reduce sensiblemente al aumentar la velocidad del aire de secado, esto se puede deber a que la humedad en este tipo de pulpa est ms libre que en el caso de la pulpa de banano.

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Tabla 11. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 206.1 m/min.Tiempo (hr) Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8 0 4.03 4.03 5.25 5.25 1 3.05 3.05 4.05 4.08 2 2.36 2.37 2.76 2.80 3 1.83 1.85 1.54 1.60 4 1.36 1.40 0.91 0.97 5 1.04 1.09 0.45 0.50 6 0.79 0.82 0.27 0.31 7 0.59 0.63 0.20 0.23 8 0.44 0.45 0.16 0.18 9 0.35 0.36 0.14 0.15 10 11 12 13 24 0.30 0.26 0.22 0.20 0.12 0.29 0.25 0.22 0.21 0.12 0.13 0.13

Figura 24. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 206.1 m/min.6,0 5,5 5,0

H u m e d a d b .s . (g a g u a /g m .s .)

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8

Tiempo (horas)

56

Tabla 12. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 206.1 m/min.Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8 0 4.05 4.05 5.45 5.45 1 2.89 2.86 3.77 3.96 2 1.99 1.96 2.21 2.42 3 1.30 1.25 1.03 1.18 4 0.82 0.77 0.44 0.53 5 0.51 0.45 0.22 0.27 6 0.33 0.29 0.16 0.19 7 0.22 0.21 0.12 0.14 8 0.17 0.16 9 0.14 0.14 10 0.13 0.13

Figura 25. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 65C y una velocidad de 206.1 m/min.6,0 5,5 5,0

H u m e d a d b .s . ( g a g u a /g m .s .)

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8

Tiempo (horas)

Al igual que el caso de las figuras 19 a 22 se observa en las figuras 23 a 25 que al incrementar la temperatura del aire se reduce el tiempo de secado, siendo igualmente menor el tiempo requerido para deshidratar las pulpas de maracuy.

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Tabla 13. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 234.1 m/min.Tiempo (hr) Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8 0 4.05 4.05 5.45 5.45 1 3.15 3.13 4.09 4.22 2 2.38 2.35 2.83 2.98 3 1.82 1.77 1.79 1.95 4 1.36 1.31 1.02 1.13 5 0.99 0.93 0.56 0.62 6 0.72 0.65 0.29 0.35 7 0.52 0.47 0.23 0.27 8 0.40 0.35 0.19 0.22 9 0.31 0.28 0.17 0.18 10 0.25 0.24 0.15 0.16 11 12 13 14 24 0.22 0.20 0.19 0.18 0.12 0.21 0.19 0.18 0.17 0.12 0.13 0.14

Figura 26. Curva de secado para las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 50C y una velocidad de 234.1 m/min.6,0 5,5 5,0

H u m e d a d b s (g a g u a / g m .s .)

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8

Tiempo (horas)

En las figuras 26 a 29, que corresponden a la mayor velocidad del aire de secado utilizada, se observa que los tiempos de secado de las pulpas son los menores y la pendiente de la curva de secado en el periodo inicial es ms acentuada que para velocidades menores.

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Tabla 14. Variacin del contenido de humedad (base seca, decimal) durante el secado de las pulpas de banano y maracuy con aire calentado a 55C y una velocidad de 234.1 m/min.Tiempo (hr) Banano 2 Banano 4 Maracuy 6 Maracuy 8 0 4.05 4.05 5.45 5.45 1 2.87 2.85 3.80 3.88 2 2.08 2.05 2.44 2.49 3 1.52 1.49 1.46 1.45 4 1.07 1.03 0.77 0.72 5 0.72 0.70 0.41 0.39 6 0.50 0.48 0.25 0.25 7 0.37 0.35 0.19 0.20 8 0.29 0.28 0.16 0.16 9 0.24 0.24 0.14 0.15 10 11 12 13 14 15 16 24 0.21 0.19 0.18 0.17 0.16 0.16 0.15 0.12 0.21 0.19 0.18 0.17 0.16 0.16 0.16 0.12 0.12 0.13