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PROPUESTA PARA LA ELABORACIÓN DE UN PRODUCTO TIPO SNACK, A PARTIR DE PIÑA (ANANAS COMOSUS), VARIEDAD

CAYENA LISA.

SANDRA MILENA GIRALDO GONZALEZ FRANCISCO ALVAREZ RESTREPO

UNIVERSIDAD DE LA SABANA

FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE PRODUCCION AGROINDUSTRIAL

CAMPUS PUENTE DEL COMUN 2000.

ii

PROPUESTA PARA LA ELABORACIÓN DE UN PRODUCTO TIPO SNACK, A PARTIR DE PIÑA (ANANAS COMOSUS), VARIEDAD

CAYENA LISA.

SANDRA MILENA GIRALDO G.

FRANCISCO ALVAREZ R.

Proyecto de grado para optar el título de Ingeniero de Producción Agroindustrial

Directora: Gloria Eugenia González M Ingeniera de Alimentos

UNIVERSIDAD DE LA SABANA

FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE PRODUCCION AGROINDUSTRIAL

CAMPUS PUENTE DEL COMUN 2000.

iii

Nota de aceptación

_____________________

_____________________ _____________________

Jurado

_____________________ Jurado

_____________________ Jurado

_____________________

Santafé de Bogotá, Marzo del 2000

iv

A nuestros padres que con todo su esfuerzo, su gran empeño y dedicación, han logrado hacer de nosotros, seres humanos útiles a la sociedad.

v

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresamos nuestros mas sinceros agradecimientos a: DIOS, por todas las oportunidades dadas a nosotros en esta vida. GLORIA GONZALEZ MARIÑO, Ingeniera de Alimentos, Directora del proyecto y Decana de la facultad de Ingeniería de Producción Agroindustrial de la Universidad de la Sabana, Por habernos tenido en cuenta en la realización de este proyecto y por su apoyo constante durante toda la realización del mismo. GABRIELA CAEZ DE AMAYA, Ingeniera de Alimentos y Profesora de la Facultad de Ingeniería de Producción Agroindustrial de la Universidad de la Sabana, por su valiosa asesoría y colaboración en la parte texturométrica de nuestro trabajo. ANTONIO CUERVO, Asistente del Laboratorio de Operaciones Unitarias, por su valiosa colaboración y paciencia. LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA, Facultad de Ingeniería de Producción Agroindustrial. Y a todas las personas que de una u otra manera colaboraron en el desarrollo de este proyecto.

vi

TABLA DE CONTENIDO

Pag GLOSARIO 30 RESUMEN 32 INTRODUCCION 34 1. OBJETIVOS 36 1.1 GENERAL 36 1.2 ESPECIFICOS 36 2. FUNDAMENTO TEORICO 37 2.1 GENERALIDADES 37 2.2 CARACTERISTICAS DE LA PIÑA 38

2.2.1 Piña Cayena Lisa 41

2.2.1 Indice de madurez de la piña Cayena Lisa 42 2.2.2 Descripción de la tabla de color de la piña Cayena Lisa

45 2.3 DESHIDRATACION OSMOTICA 47

2.4 ACTIVIDAD ACUOSA (aù) 51 2.5 SECADO 56

2.5.1 Deshidratación de alimentos 57

2.5.2 Transferencia de masa 59

vii

2.5.3 Cambios en la textura de los alimentos en el secado 62

2.5.4 Balance de materia 63

2.5.4.1 Balance de materia realizado en el producto 63 2.5.4.2 Balance de materia en el aire 65

2.5.5 Balance de energía 67

2.5.6 Adecuación del aire de secado 67

2.5.7 Curvas de velocidad de secado 68

2.5.8 Secado durante el periodo de velocidad constante 73

2.5.9 Secado durante el periodo de velocidad decreciente 74

2.5.9.1 Movimiento de la humedad en los sólidos, durante el periodo de velocidad decreciente 75

2.5.9.2 Cálculo de la velocidad de secado para el periodo de velocidad decreciente 77

2.6 TRANSMISIÓN DE CALOR 79

2.6.1 Transmisión de calor por conducción 80

2.6.2 Transmisión de calor por convección 82

2.6.3 Flujo de calor a través de paredes en serie 84

2.7 CALIDAD DE UN PRODUCTO DE ORIGEN AGROINDUSTRIAL 86 2.7.1 Análisis organoléptico 88

2.7.2 Características de la textura 88

2.8 OBTENCION DE PRODUCTO TIPO SNACK 89 3. MATERIALES Y EQUIPOS 91 3.1 MATERIALES 91

3.1.1 materias primas y solución osmótica 91

viii

3.1.2 Equipos y materiales 91 3.2 EQUIPO PARA LA DESHIDRATACION OSMOTICA 93 3.3 SECADOR DE BANDEJAS 93 4 PROCEDIMIENTOS 95 4.1 DETERMINACION DE HUMEDAD: (Método de estufa) 95 4.2 DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE SOLIDOS SOLUBLES TOTALES ( GRADOS BRIX) 98 4.3 DETERMINACION DE LA ACTIVIDAD ACUOSA 101 4.4 VARIACION DEL VOLUMEN 103 4.5 METODO EXPERIMENTAL 104

4.5.1 Materia prima 104

4.5.2 Preparación del agente osmótico 104 4.5.3 Preparación de las muestras y Diseño Experimental 106

4.5.3.1 Pruebas preliminares 106

4.5.3.1.1 Deshidratación osmótica 108 4.5.3.1.2 Secado por aire caliente 110

4.5.3.2 Pruebas finales y definitivas 111

4.5.3.2.1 Deshidratación osmótica 111 4.5.3.2.2 Secado por aire caliente 111 5 PRESENTACION DE RESULTADOS 113 5.1 PRUEBAS PRELIMINARES 115

5.1.1 Análisis de algunos productos del mercado 115 5.1.2 Humedad de la materia prima 118

5.1.3 Humedad a la salida de osmodeshidratación con y sin

ix

impregnación a vacío 118

5.1.4 Pruebas de secado por tres horas 119

5.1.5 Pruebas de secado por seis horas 121

5.2 PRUEBAS FINALES 128

5.3 PRUEBAS DEFINITIVAS 148

5.4 PRUEBAS DE ESTABILIDAD 149 5.5 BALANCES 152

5.5.1 Balance de Materia 153

5.5.1.1 Balance de materia para el producto 153 5.5.1.2 Balance de materia para el aire 154

5.5.2 Balance de Energía 156

5.5.2.1 Determinación de las perdidas (Qpérdidas) 157 5.5.2.2 Calor ganado por el aire en el intercambiador ( Q intercambiador)

160 5.5.2.3 Calor total por conducción (Q conducción) 161 5.5.2.4 Cálculo del total suministrado por el vapor de agua (Q Ta) 161

6 ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS PARA PRUEBAS EXPERIMENTALES 163

6.1 PRUEBAS PRELIMINARES 163

6.1.1 Proceso de secado con aire caliente por tres horas 163 6.1.2 Proceso de secado con aire caliente por seis horas 164

6.2 PRUEBAS FINALES 168 6.3 PRUEBAS DEFINITIVAS 172 6.4 PRUEBAS DE ESTABILIDAD 177 6.5 ANALISIS DEL PRODUCTO OBTENIDO 177

x

6.5.1 Estudio de textura 177 6.5.2 Análisis organoléptico 182

6.5.3 Comparación del producto obtenido con un producto tipo "Snack" 203

7. DESVENTAJAS DEL PROCESO PROPUESTO 205 CONCLUSIONES 206 RECOMENDACIONES 208 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 210 ANEXOS 213 ANEXO A 214 ANEXO B 220 ANEXO C 223

xi

LISTA DE TABLAS

Pag.

Tabla 1. Características fisico-químicas de la piña 39

Tabla 2. Componentes principales de la piña en 100 g. de 40

porción comestible

Tabla 3. Datos de cultivo de piña Cayena lisa localizado en 45

Palmira (Valle del Cauca).

Tabla 4. Dirección del movimiento del agua en la osmosis 48

Tabla 5. Contaminaciones probables para distintos alimentos 52

en distintos rangos de actividad acuosa (aù)

Tabla 6. Influencia de la actividad acuosa en la flora microbiana 54

de los alimentos

Tabla 7. Agentes osmóticos potenciales para la deshidratación 55

de alimentos

Tabla 8. Características de capacidad y dimensión del tanque de 93

Deshidratación

xii

Tabla 9. Codificación de colores de acuerdo al pretratamiento 110

y muestra.

Tabla 10. Codificación de colores de acuerdo al pretratamiento 112

y muestra para pruebas definitivas de proceso.

Tabla 11. Esquema de desarrollo del estudio 113

Tabla 12. Análisis de Productos existentes en el mercado 116

Tabla 13. Aspecto y sabor de los productos tipo snack analizados 117

Tabla 14. Humedad porcentual de Materia Prima. 118

Tabla 15. Humedad porcentual final en base húmeda , 119

de pretratamientos.

Tabla 16. Datos obtenidos en la prueba de secado por tres horas. 120

Tabla 17. Humedad Final en base húmeda, obtenida luego 121

de un proceso por 3 horas a 70 ºC con pretratamiento por D.O.V.

Tabla 18. Resultados obtenidos en la prueba por seis horas 122

a 70 ºC con pretratamiento por D.O.(1)


a 70 ºC con pretratamiento por D.O. (2)

xiii


a 70 ºC con pretratamientos por D.O.V. (3)


a 70 ºC con pretratamientos por D.O.V (4)

Tabla 22. Valores de cinética de secado, para el periodo de 125

velocidad constante en un proceso por 6 horas a 70 ºC, con

pretratamientos D.O.V. y D.O.

Tabla 23. Humedad Final obtenida, luego de procesos por 6 horas 128

a 70 ºC con pretratamientos por D.O.V. y D.O.

Tabla 24, Resultados obtenidos en la prueba a 60 ºC con 129

pretratamiento por D.O.V.

Tabla 25. Resultados obtenidos en la prueba a 60 ºC

130

sin pretratamiento (“Fresca”)

Tabla 26. Resultados obtenidos en la prueba a 60 ºC con 131

pretratamientos por D.O.


pretratamiento por D.O.V

Tabla 28. Resultados obtenidos en la prueba a 70 ºC sin 133

pretratamiento (“Fresca”)


xiv

pretratamiento por D.O.


pretratamiento por D.O.V.

Tabla 31. Resultados obtenidos en la prueba a 80 ºC sin 136

pretratamiento (“Fresca”)


pretratamiento por D.O

Tabla 33. Valores de cinética de secado, para el periodo 145

de velocidad constante en procesos por 10 horas a 60, 70 y

80 C con pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.

Tabla 34. Velocidad de secado en periodo constante 146

(Kg de agua /m2 min); en procesos por 10 horas a 60, 70 y

80 C con pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.

Tabla 35. Humedad porcentual final obtenida luego de procesos 147

por 10 horas a 60, 70 y 80 C con pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.

Tabla 36. Variación porcentual de volumen en secado por 147

10 horas a 60, 70 y 80 ºC con pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.

Tabla 37. Promedios porcentuales de actividad acuosa (aw) y 148

humedad final en base humedad, para el proceso de secado de las pruebas

definitivas a 60 ºC, con los pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.

Tabla 38. Promedios porcentuales de actividad acuosa (aw) y humedad 149

en base humedad, para el proceso de secado de las pruebas definitivas

xv

a 70 ºC, con los pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca


base humedad, para el proceso de secado de las pruebas definitivas a

80 ºC, con los pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.


en base humedad, para las pruebas definitivas a 60 ºC, después de

cinco meses de haber sido deshidratadas por aire caliente y con los

pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.

Tabla 41. Promedios porcentuales de actividad acuosa (aw) y 151

humedad en base humedad, para las pruebas definitivas a 70 ºC

después de cinco meses de haber sido deshidratadas por aire

caliente y con los pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.


en base humedad, para las pruebas definitivas a 80 ºC, después de

cinco meses de haber sido deshidratadas por aire caliente y con los

pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.

Tabla 43. Condiciones del aire en los tres puntos principales del 152

secador de bandejas

Tabla 44. Condiciones iniciales y finales del producto 153

(piña) en los tres pretratamientos a 60 ºC



xvi



Tabla 47. Temperaturas del aire interior y exterior. 157

Tabla 48. Calor cedido al ambiente 160

Tabla 49. Calor de conducción para las diversas temperaturas 161

del proceso de secado

Tabla 50. Calor total suministrado por el vapor de agua 162

Tabla 51. Participación de cada uno de los calores 162

respecto al calor total suministrado por el vapor de agua.

Tabla 52. Coeficientes cinéticos y humedad final, logrados 165

en las pruebas de seis horas a 70 ºC, con pretratamientos D.O.V. y D.O.

Tabla 53. Humedad porcentual final en base húmeda, de las pruebas 173

definitivas.

Tabla 54. Actividad acuosa (aù), en pruebas definitivas. 175

Tabla 55. Humedad y velocidad al final del secado por aire caliente 178

Tabla 56. Fuerza máxima y Distancia a fuerza máxima en muestras 179

sin pretratamiento

Tabla 57. Fuerza máxima y Distancia a fuerza máxima en 179

xvii

muestras pretratadas D.O.

Tabla 58. Fuerza máxima y Distancia a fuerza máxima en 180

muestras pretratadas D.O.V

Tabla 59. Resultados obtenidos de la prueba organoléptica al producto 183

elaborado a 70º C, en cuanto a color.

Tabla 60. Prueba F para varianzas de dos muestras, entre D.O.V. 184

y D.O. en cuanto a color.

Tabla 61. Prueba F para varianzas de dos muestras, entre D.O.V. 184

y FRESCA. en cuanto a color

Tabla 62. Prueba F para varianzas de dos muestras, entre FRESCA 185

y D.O. en cuanto a color.

Tabla 63. Estadígrafo obtenido de la prueba organoléptica al producto 185

elaborado a 70º C, en cuanto a color.


elaborado a 70º C, en cuanto a olor.

Tabla 65. Prueba F para varianzas de dos muestras, entre D.O.V. y D.O. 188

xviii

en cuanto a olor.

Tabla 66. Prueba F para varianzas de dos muestras, entre D.O.V. y 188

FRESCA. en cuanto a olor.

Tabla 67. Prueba F para varianzas de dos muestras, entre FRESCA 189

y D.O. en cuanto a olor.


elaborado a 70º C, en cuanto a olor


elaborado a 70º C, en cuanto a sabor


en cuanto a sabor.


FRESCA. en cuanto a sabor.

Tabla 72. Prueba F para varianzas de dos muestras, entre FRESCA y 193

D.O. en cuanto a sabor.

xix


elaborado a 70º C, en cuanto a sabor


elaborado a 70º C, en cuanto a palatabilidad.


en cuanto a palatabilidad.


FRESCA. en cuanto a palatabilidad.


D.O. en cuanto a palatabilidad.


elaborado a 70º C, en cuanto a palatabilidad.


elaborado a 70º C, en cuanto a apariencia


xx

en cuanto a apariencia.


FRESCA. en cuanto a apariencia.


D.O. en cuanto a apariencia.


elaborado a 70º C, en cuanto a apariencia.

Tabla 84. Comparación del producto obtenido con un producto tipo snack 203

existente en el mercado.

xxi

LISTA DE FIGURAS

Pag.

Figura 1 Tabla de color de piña Cayena Lisa 45

Figura 2 Curva teórica de la humedad de equilibrio a una 61

temperatura determinada (MCCABE:W.L. operaciones

básicas de ingeniería química. Mc. Graw Hill.1991)

Figura 3 Curva típica de velocidad de secado para condiciones de 72

secado constante, humedad en base seca en función del tiempo

Figura 4 Curva de velocidad de secado, en función del contenido 72

de humedad

Figura 5. Transmisión de calor por conducción 80

Figura 6. Flujo de calor a través de paredes en serie 84

Figura 7. Secador de Bandejas de Tiro Forzado. 94

Figura 8. Piñas utilizadas en las pruebas 107

Figura 9. Rodajas de piña de la parte central 107

Figura 10. Octavos de piña utilizadas en las pruebas preliminares 108

Figura 11. Comportamiento psicrométrico del proceso de secado 156

xxii

LISTA DE DIAGRAMAS

Pag.

Diagrama 1. Balance de materia realizado en el producto 64

Diagrama 2. Determinación de humedad por el método de estufa 97

Diagrama 3. Determinación de sólidos solubles totales (º Brix) 100

Diagrama 4. Determinación de la actividad acuosa (aù). 102

Diagrama 5. Variación de la humedad critica en base seca 166

(Kg agua / Kg s.s.) para los pretratamientos, D.O. y D.O.V.

para secado por 6 horas a 70 ºC

Diagrama 6. Variación de la velocidad de secado (Kg agua/ min m2) 166

en el periodo de velocidad constante para los pretratamientos,

D.O. y D.O.V. en secado por 6 horas a 70 ºC

Diagrama 7. Humedades finales en base húmeda para los 169

pretratamientos D.O. y D.O.V en secado por seis horas a 70 ºC.

Diagrama 8. Velocidad de secado (kg agua/m2 min)en el periodo 170

constante para las pruebas finales.

xxiii

Diagrama 9. Humedades criticas en base seca, presentadas 170

en las pruebas finales.

Diagrama 10. Tiempos Críticos (minutos), presentados 170

en las pruebas finales.

Diagrama 11. Humedades finales en base húmeda

obtenidas en las pruebas finales 171

Diagrama 12. Variación porcentual de volumen en secado por

10 horas a 60, 70 y 80 ºC, con pretratamiento D.O., D.O.V. y “FRESCA” 171

Diagrama 13. Humedades porcentuales finales e iniciales en 172

base húmeda de la prueba definitiva de 60 ºC


base húmeda de la prueba definitiva de 70 ºC.


base húmeda de la prueba definitiva de 80 ºC.

Diagrama 16. Humedad porcentual final en base húmeda, 174

en el proceso de secado para piña fresca, de las pruebas

definitivas, en comparación con los resultados obtenidos en pruebas finales.

Diagrama 17. Humedad porcentual final en base húmeda, 174

en el proceso de secado para D.O.V, de las pruebas definitivas,

en comparación con los resultados obtenidos en pruebas finales.

xxiv

Diagrama 18. Humedad final en base húmeda, en el proceso 175

de secado para D.O.., de las pruebas de simulación industrial,

en comparación con los resultados obtenidos en pruebas finales.

Diagrama 19. Actividad acuosa (aù) , en pruebas de definitivas a 60 ºC 176

Diagrama 20. Actividad acuosa (aù) , en pruebas definitivas a 70 ºC, 176

Diagrama 21.Actividad acuosa (aù) , en pruebas definitivas a 80 ºC, 176

xxv

LISTA DE GRAFICAS

Pag

Gráfica 1. Humedad en base seca respecto al tiempo, 120

para la prueba de 3 horas a 70 ºC con pretratamiento D.O.V.

Gráfica 2. Ajuste de los datos de humedad en base seca 124

(Kg agua/Kg s.s.) a una recta, con respecto al tiempo de proceso (min),

durante 6 horas a 70 ºC, con pretratamientos D.O.V. para los

casos 3 y 4 y D.O. para los casos 1 y 2.

Gráfica 3. 1-Y contra la raíz del tiempo en horas, para 126

el periodo de velocidad decreciente, en procesos por 6 horas

a 70 ºC, con pretratamientos D.O.V. para 3 y 4 y D.O. para 1 y 3.

Gráfica 4. Velocidad de secado (Kg agua/min m2) contra humedad 127

en base seca (Kg agua/Kg s.s), para un proceso por 6 horas

a 70 ºC, con pretratamientos D.O.V. para 3 y 4 y D.O. para 1 y 2.

xxvi

Gráfica 5. Ajuste de los datos de humedad en base seca (Kgagua/Kgs.s) 138

a rectas, con respecto al tiempo de proceso (min), en las tres

diferentes temperaturas y con pretratamientos D.O.V., D.O. y “Fresca”.

Gráfica 6. 1-Y contra la raíz del tiempo en minutos, para el periodo de 139

velocidad decreciente, en procesos por 10 horas a 60 ºC con

pretratamientos D.O.V., D.O. y “Fresca”.

Gráfica 7. 1-Y contra la raíz del tiempo en minutos, para 140

el periodo de velocidad decreciente, en procesos por

10 horas a 70 ºC con pretratamientos D.O.V., D.O. y “Fresca”.

Gráfica 8. 1-Y contra la raíz del tiempo en minutos, para 141

el periodo de velocidad decreciente, en procesos por

10 horas a 80 ºC con pretratamientos D.O.V., D.O. y “Fresca”.

Gráfica 9. Velocidad de secado (Kg agua/Kg s.s) contra humedad 142


a 60 ºC, con pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.



a 70 ºC, con pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.

xxvii


en base seca (Kg agua/Kg s.s), para un proceso por 10 horas a

80 ºC, con pretratamientos D.O., D.O.V. y “Fresca”.

xxviii

NOMENCLATURA

rGlobal : Resistencia Global

m1 : Masa inicial de producto

m f : Masa final del producto

f i : Fracción de sólidos inicial

f f : Fracción de sólidos final

X i : Fracción de agua inicial (Base Seca)

X f : Fracción de agua final (Base Seca)

m aire seco : flujo másico de aire seco

A s : Area de entrada de aire al secador

V i : Velocidad del aire a la entrada al secador

V c : Velocidad del aire a la entrada a la cámara de secado

ρ : Densidad del aire

H : Humedad absoluta del aire

t : Tiempo

Q to : Calor total cedido por el vapor de agua.

h fg : Calor latente de condensación.

Xx : Calidad del vapor.

m vapor : Flujo másico del vapor de agua

L s : Peso total del sólido seco

X : Humedad en base seca

X* : Humedad de equilibrio

X L : Humedad Libre

R : Velocidad de secado

xxix

Ae : Area superficial expuesta al secado

X c : Humedad critica en base seca

De : Difusividad efectiva.

X t : Humedad en el tiempo t.

B.S. : Base Seca.

B.H. : Base húmeda.

X o : Humedad en el tiempo inicial B.S.

dx : Espesor infinitesimal

dT : Gradiente de temperatura

K : Intercepto con el eje (1-Y) en la gráfica 1-Y contra la raíz del

tiempo.

k : Conductividad térmica del material.

L : Semiespesor

Q conducción : Calor por conducción

Q convección : Calor por convección

h c : Coeficiente de transferencia de calor por convección

T a : Temperatura del fluido calefactor.

T s : Temperatura de la superficie del sólido.

A T : Area total del intercambiador de calor

Q perdidas : Calor cedido al ambiente

A bandejas : Area total zona de bandejas

A Total : Area total del secador

∆x 1 : Espesor lamina de acero

∆x 2 : Espesor lamina de fibra de vidrio

h exterior : Coeficiente de transferencia de calor para aire inmóvil

h interior : Coeficiente de transferencia de calor para aire en movimiento

Universidad de La Sabana Facultad de Ingeniería

Glosario

xxx

GLOSARIO

Adiabático: Transformación termodinámica que se lleva a cabo sin que se

produzca intercambio de calor entre el sistema y el medio circundante.

Calor: Energía transferida entre dos sistemas y que esta exclusivamente

relacionada por la diferencia de temperatura existente entre ellos. Se mide en

unidades de trabajo (Joule, Ergio o Caloría).

Calor latente: Es el calor que no presenta un aumento de temperatura al entrar

energía a un sistema, pero si favorece su cambio de fase.

Calor Sensible: Es el calor que presenta un aumento de temperatura al entrar

energía a un sistema.

Entalpía: magnitud termodinámica ( contenido de calor de un material). Se

utiliza en el cálculo de procesos que se desarrollan a presión constante por lo que

es de importancia en el cálculo de procesos térmicos y físicos.


Glosario

xxxi

Humedad: Medida de la concentración de agua o vapor de agua en un sólido,

líquido o gas.

Humedad relativa: Relación entre la masa de agua o vapor de agua que existe

en un determinado volumen y la cantidad de agua o vapor de agua necesaria para

que sature dicho volumen a la misma temperatura: se expresa en porcentaje (%).

Humedad absoluta: Masa de agua o vapor de agua por unidad de volumen.

Manómetro: Instrumento utilizado para medir la presión de los fluidos en un

espacio cerrado.

Textura: Propiedad sensorial de los alimentos que es detectada por los sentidos

del tacto, vista y oído y que se manifiesta cuando el alimento sufre una

deformación.

Termohigrómetro: Aparato para la medición de la temperatura y humedad de

un gas o vapor.

Termoanemómetro: Instrumento para la medición de la temperatura y humedad

de fluidos gaseosos, particularmente el aire.


Resumen

xxxii

RESUMEN

Para la elaboración de un producto "tipo snack", a partir de piña variedad Cayena

Lisa, se realizó un análisis de 6 snacks diferentes encontrados en el mercado, con

el fin de establecer las características mas comunes presentadas por estos

productos, y de esta forma realizar un estudio de los efectos presentados por la

piña después de un pretratamiento osmótico, con y sin pulso de vacío y de la piña

sin ningún tipo de tratamiento, al ser sometida al secado tradicional por aire

caliente.

Se tomaron rodajas de piña, a las cuales se les realizó una inmersión en una

solución osmótica de Sacarosa comercial 65% grados Brix, durante 2 horas a 40

ºC. La inmersión en la solución osmótica se realizó con y sin pulso de vacío de

cinco minutos (5 min. a 10inHg) al inicio del proceso. Tanto la piña que tuvo

tratamiento osmótico como la que no lo tuvo, fueron llevadas a un proceso de

secado por aire caliente para completar su proceso de deshidratación y de esta

forma determinar, las curvas de secado presentadas por la piña con y sin

pretratamientos y en forma de rodajas, con el fin de establecer si esta sería la

forma que debería presentar el producto para ser deshidratado. El proceso de

Deshidratación Osmótica y el de Secado por Aire Caliente fueron realizados

respectivamente, en un deshidratador osmótico y un secador de bandejas que se

encuentran ubicados en el laboratorio de Operaciones Unitarias de la Facultad de

Ingeniería de La Universidad de La Sabana.

En la segunda parte de la experimentación y pruebas finales, de acuerdo a los

resultados arrojados en la parte preliminar, se realizaron pruebas de secado por


Resumen

xxxiii

aire caliente a temperaturas de 60, 70 y 80 ºC, a octavos de piña de un

centímetro de espesor, a los cuales se les realizó pretratamiento osmótico con y

sin pulso de vacío y sin ningún tipo de pretratamiento.

En la experimentación final se determinó el contenido de humedad, volumen, y

peso de cada una de las muestras en seguimiento, tanto al inicio como al final del

proceso, con el fin de determinar la pérdida de agua, cambio de volumen, y

parámetros cinéticos de secado en las muestras procesadas, la humedad final

alcanzada, actividad acuosa y el porcentaje de sólidos solubles totales (ºBrix),

procurando así un valor inferior a la humedad objetivo, adicionalmente se

sometieron a un análisis texturométrico, con el fin de determinar el grado de

fracturabilidad de las mismas, y de estas se escogieron las muestras obtenidas a

partir del proceso de secado a 70 ºC dadas las características arrojadas por el

estudio, para realizarles un análisis organoléptico, con el fin de establecer el grado

de aceptación de los productos obtenidos en los diferentes pretratamientos.

De acuerdo a los resultados arrojados por la experimentación se determinó cual

seria el mejor de los proceso para la elaboración de un producto "tipo snack ".

Se realizó un análisis de contenido de humedad, actividad acuosa y grados Brix a

la piña deshidratada considerada como el producto final, la cual fue almacenado

durante 5 meses a temperatura ambiente y empacadas en bolsas de polietileno

sellables, con el fin de corroborar la estabilidad del producto.


Introducción

34

INTRODUCCION

En la actualidad, la tendencia de los consumidores en el mercado de los alimentos,

se inclina hacia los productos naturales o mínimamente procesados, pero al mismo

tiempo de prolongada vida útil. Productos que además de conservar su sabor

característico y su valor nutricional, sean de fácil y rápido consumo.

El secado directo por aire caliente, ha sido el método tradicionalmente utilizado en

la elaboración de productos deshidratados a nivel industrial, pero, según estudios

realizados se ha demostrado que por si solo no ayuda a mantener en los alimentos

las características físicas y organolépticas esperadas por el consumidor, mientras

que la deshidratación osmótica, ha demostrado en diversas investigaciones

realizadas, que ayuda a mantener en los alimentos características tales como su

valor nutricional, textura y sabor. Al combinar tanto la deshidratación osmótica

como el secado por aire caliente, se pueden obtener productos "tipo Snack" que

conserven las características mencionadas.

La piña (Ananas comosus L.) se ha clasificado como una de las frutas más finas de

los trópicos y es conocida y estimada en todo el mundo. Nuestro país ha generado


Introducción

35

tecnología suficiente que permite un desarrollo comercial del cultivo y por estar

ubicado en el trópico, le permite producir fruta durante todo el año dándole así,

ventajas competitivas sobre los demás países productores.

Con el presente trabajo, se espera poder dar una propuesta para la elaboración de

un producto tipo snack, a partir de piña variedad Cayena lisa, mediante la

utilización de la deshidratación osmótica y el secado por aire caliente. Eligiendo el

mejor de proceso para la consecución de un producto final que cumpla con las

características esperadas por el consumidor en cuanto a textura, sabor

característico y valor nutricional.


Objetivos

36

1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Establecer las condiciones de proceso en la operación de secado, para la

elaboración de un snack, empleando tres tipos de materia prima: Piña fresca,

osmodeshidratada y piña osmodeshidratada con impregnación a vacío.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Establecer un procedimiento general por medio de ensayos preliminares,

seleccionando las variables de secado adecuadas en cada caso.

• Elaborar los snacks, según los pretratamientos utilizados y establecer las

condiciones finales adecuadas.

• Comparar los tres productos, obtenidos a partir de diferentes pretratamientos,

por medio de un ensayo organoléptico y de textura, con el fin de establecer

cual de ellos es el mejor.


Fundamento Teórico

37

2. FUNDAMENTO TEORICO

2.1 GENERALIDADES

Las frutas en general, se dividen en tres categorías según el mercado:

• Tradicionales : Dentro de este grupo están las frutas con una producción

tradicional en los grandes mercados de todo el mundo. Se pueden ubicar en

este grupo: la uva, la manzana, la pera y los duraznos.

• Tropicales : Se producen en climas cálidos. En este grupo se encuentran: los

cítricos, el banano, el mango, el kiwi, el maracuyá y la piña.

• Exóticas : Son todas las demás frutas y la mayoría de éstas se encuentran en el

trópico. Colombia es conocida por tener las frutas más exóticas del mundo1.

Ej.: Uchuva, feijoa, granadilla, pitahaya, tomate de árbol, etc.

1. Gaviria Londoño, Jaime. Cátedra de Mercados. Facultad de Ingeniería. Universidad de la Sabana. Chía. Colombia. 1999.


Fundamento Teórico

38

2.2 CARACTERISTICAS DE LA PIÑA

La piña es una fruta tropical que ocupa los primeros lugares de importancia a nivel

mundial. “Aunque los principales productores de esta fruta son Hawai, Filipinas y

Formosa, su origen es Suramericano (Amazonía y Orinoquía), y de allí de extendió

por toda América hacia el mundo”2.

La piña es un herbácea tropical perenne, perteneciente a la familia bromilácea, de

la cual, esta bromelia es el género mayor y más importante. Se le conoce

científicamente como Ananas comosus. La mayor parte de las 850 especies que

forman la familia, son plantas que crecen sobre las copas de los árboles de los

trópicos y subtrópicos del nuevo mundo. De éstas, sólo la piña es de valor

económico real. El fruto está constituido por múltiples frútelos fusionados que

conforman la parte comestible. Exteriormente cada frútelo aparece revestido de

una corteza dura que al mismo tiempo se encuentra revestida por los sépalos.

Las características fisico-químicas generales de la piña se pueden apreciar en la

tabla 1 y son:

2 Federación Nacional de Cafeteros de Colombia. El cultivo de la piña : La piña. Bogotá. P. 3. 1985.


Fundamento Teórico

39

Tabla 1. Características fisico-químicas de la piña

Análisis general Piña Grados Brix 10.80- 17.50 Acidez titulable (% ac. Cítrico) 0.60- 1.62 % de cenizas 0.30- 0.42 % de agua 81.20- 86.20 % de fibra 0.30- 0.61 % de nitrógeno 0.045- 0.115 % de extracto etéreo 0.2 Esteres (ppm) 1.00- 250 Pigmentos (ppm de carotenos) 0.2- 2.5 % en peso de glucosa 1.00- 3.20 % en peso de fructuosa 0.6- 2.3 % en peso de Sacarosa 5.9- 12.0 % de almidón < 0.002 % de celulosa 0.43- 0.54 % de hexosas 0.10- 0.15 % de pentosa 0.33- 0.43

Fuente : Hulme A. C.. The biochemistry of fruits and their products. Vol. II. 1971.

El contenido de agua de una piña se encuentra entre el 81% y el 86% y posee

además una alta concentración de sólidos solubles ( 10-17 °Brix). En cuanto a los

ácidos titulables, su contenido es del 0.6 al 1.6%. El aroma típico de la piña, es

ocasionado por la presencia de ésteres como el acetato de etilo y el isocaproato de

metilo.

La piña se ha clasificado como una de las frutas más finas de los trópicos y es

conocida y estimada por todo el mundo. El cultivo de la piña es una empresa

agrícola altamente tecnificada; un ejemplo típico de las llamadas "agri-business".

Su cultivo, requiere la aplicación de las mejores prácticas agronómicas y una


Fundamento Teórico

40

administración apropiada que le proporcione la oportunidad de aportar una mayor

producción por cuerda y producir una fruta de la mejor calidad. En la tabla 2, se

aprecian los Componentes principales de la piña en 100 g. de porción comestible.

Tabla 2. Componentes principales de la piña en 100 g. de porción comestible

COMPONENTE CANTIDAD COMPONENTE CANTIDAD Contenido energético de componentes digestibles

236 (Kj) Nicotinamida 220 µg

Contenido energético de 100 gr. De porción digestible

56 (kcal) Acido pantoténico 180 µg

Agua 85.3% Vitamina B6 75 µg Proteína 0.5% Acido fólico 4 µg Grasa 0.2% Carbono 19 µg Acidos orgánicos 0.7% Aminoácidos Hidratos de carbono 12.4% Lisina 11 mg. Fibra 1.4% Metionina 2 mg. Sales minerales 0.4% Fenilalanina 13 mg. Composición por 100 gr. Porción comestible Sales minerales

Triptófano 13 mg.

Sodio 2 mg Tirosina 13 mg. Magnesio 17 mg. Hidratos de Carbono Calcio 16 mg. Glucosa 2130 mg Nitrógeno 175 mg. Fructosa 240 mg Manganeso 110 µg. Sacarosa 7830 mg Hierro 400µg Lípidos Cobre 80 µg Acido palmítico 10 mg Zinc 260 µg Acido esteárico 5 mg. Fósforo 9 mg. Acido oleico 20 mg. Cloro 40 mg Acido linoleico 40 mg Flúor 14 µg Acido linolénico 30 mg. Yodo 5 µg Otros Selenio 1 µg Acido málico 95 mg

Vitaminas Acido cítrico 630 mg. Carotenos 60 µg Acido salícilico 2100 mg E 100 µg B1 80 µg B2 30 µg Fuente: Federación Nacional de Cafeteros de Colombia. El cultivo de la piña . Bogotá. pag 5. 1985


Fundamento Teórico

41

2.2.1 Piña Cayena lisa.

Origen : FARINOSAS

Familia : BROMELIACEAS.

Género : ANANAS

Especie : COMOSUS

Variedad : CAYENA LISA

Conocida científicamente con el nombre de Ananas comosus L. Meer, es una

variedad fruto de múltiples experimentaciones hechas especialmente en Hawai.

Fue importada a Colombia a principios de 1968 y empezó a cultivarse en el

departamento del Atlántico3.

3 . Torreggrani, Danila. 1993

La variedad Cayena lisa tiene de 70 a 8O hojas con márgenes sin espinas las

cuales son moderadamente largas y de un color verde oscuro, con manchas

pardorojisas. La fruta es generalmente cónica con un diámetro mayor en la base

que en la parte superior, de ojos profundos y con un peso entre 2 y 3.5

kilogramos. La pulpa es amarilla clara, jugosa y de sabor muy agradable,

particularmente en frutas cosechadas en verano.


Fundamento Teórico

42

2.2.1.1 Indice de madurez de la piña Cayena lisa

La piña sufre cambios durante su maduración, cuando está inmadura los ojos son

de color gris o verde claro; las pequeñas bracteas, que cubren la mitad de cada

ojo son grises o casi blancas, dando al fruto aspecto grisáceo. A medida que está

madura, el espacio que hay entre los “ojos” se llena y el color cambia en forma

gradual de verde oscuro a verde claro.

Además los “ojos” cambian de puntiagudos a aplanados, con una ligera depresión

en el centro. El fruto se vuelve más grande y aromático y en el caso de la variedad

Cayena Lisa, ésta toma un color amarillo claro o dorado cuando está madura.

Pantastico4 cita una tabla de colores de la corteza que va de cero a seis para

establecer las diferentes etapas de maduración. (Ver Figura 1).

Las condiciones de cultivo influyen en los parámetros físicos y fisiológicos, así por

ejemplo: piñas producidas a mayor altura sobre el nivel del mar, presentan un

mayor contenido de ácido, lo cual alarga su período de almacenamiento; en

cambio piñas cultivadas en climas más calientes contienen menos ácidos. El clima

también influye en el color y la forma.

4 Investigador Científico. Laboratorio de Investigaciones de Química del Café. LIQC. 1985


Fundamento Teórico

43


Fundamento Teórico

44

Según Hansen H., la piña no es una fruta climatérica y por lo tanto no debe

esperarse que su sabor mejore luego de su recolección5. Los cambios que se

producen sólo tienen que ver con el contenido de ácidos.

El mejor indicador para la cosecha es el cambio de color de la cáscara a un tono

más claro (disminución de la clorofila de la zona peduncular). Si es para

exportación las ¾ partes de la fruta deben haber cambiado de color. El cambio de

tono, a un color más claro se correlaciona con el contenido de azúcares en la

pulpa. En zonas de cultivo con climas extremadamente cálidos y húmedos, éste

indicador no es válido, caso en el cual se utiliza como índice de cosecha óptimo, la

muerte de hojitas sobre la superficie de la fruta.

La Federación Nacional de Cafeteros recomienda como norma de calidad para el

mercado interno y de exportación que la fruta debe estar con maduración entre ½

a ¾, en el término “pintón” y textura firme, sin deformaciones y con una sola

corona. Sugiere además algunas recomendaciones en cuanto al tamaño mínimo y

máximo.6

5 Hansen H. III Reunión Técnica de la Red Latinoamericana de Frutas Tropicales, P.157 – 168. Manizales. Colombia. 1989. 6 Gallo P. Fernando. Indice de madurez de la piña Cayena Lisa y Proyecto de Norma de Calidad. Colombia. 1988.


Fundamento Teórico

45

Tabla 3. Datos de cultivo de piña Cayena lisa localizado en Palmira (Valle del

Cauca).

CARACTERISTICA VALOR Peso del fruto (gr.) 1342.5 Longitud de la corona (cm.) 16.7 Longitud del fruto (cm.) 15.0 Diámetro medio (cm.) 11.9 Color de la pulpa Amarillo Porcentaje de acidez 0.58 Sólidos Solubles (Grados Brix) 13.0 Acido Ascórbico (mg/100 ml. de jugo) 13.3 Fuente: Torres R. y Ríos D. Frutales, ICA.1986

2.2.1.2 Descripción de la tabla de color de la piña Cayena lisa

El estado de maduración en que se debe cosechar la piña, depende en gran parte

de su destino o uso final. Los frutos para consumo directo generalmente se

cosechan con un 25% de amarillamiento, que corresponde a una madurez con alto

contenido de sólidos y bajos valores de acidez.

El aumento de tamaño, el ablandamiento y el desarrollo de aromas son otras de

las características de madurez. La variedad Cayena Lisa toma un color amarillo

claro o dorado.


Fundamento Teórico

46

La siguiente clasificación por el color de la corteza7, sirve para establecer las

diferentes etapas de maduración:

No. 0 (Madurez 25%): Fruto bien desarrollado de color verde oscuro. Todos los

ojos están verdes, sin trazas de amarillo.

No. 1 (Madurez 25%): Algunos ojos del tercio basal han disminuído en la

intensidad del verde y surge un leve tono amarillo. Menos del 20% de los ojos

están predominantemente amarillos.

No. 2 (Madurez 50%): En la base del fruto se incrementa la cantidad de ojos de

coloración verde con leves tonos amarillos. Entre el 20 y el 40% de los ojos están

coloreados de amarillo en forma predominante.

No. 3 (Madurez 50%): Aumenta la intensidad del amarillo en los ojos del tercio

basal. Entre el 55 y el 65% de los ojos están por completo amarillos.

No. 4 (Madurez 50%): En la zona basal de la fruta se presenta mayor cantidad de

ojos de coloración amarilla con visos anaranjados y ojos de color verde con leves

tonos amarillos en la zona media y de la corona. Entre el 65 y el 90% de los ojos

están por completo amarillos.

7 Borrero de Villamizar, Fanny. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia. 1985.


Fundamento Teórico

47

No. 5 (Madurez 75%): En la zona basal y media se aprecia una coloración amarilla

con visos anaranjados. En la zona de la corona aumenta la cantidad de ojos color

verde amarillento. Menos del 90% de los ojos están por completo amarillos y el

resto color anaranjado rojizo.

No. 6 (Madurez 75%): El fruto presenta una coloración completamente

anaranjado. La corteza tiene un color pardo rojizo predominante.

2.3 DESHIDRATACION OSMOTICA

- Osmosis: un caso especial de la difusión

La reconcentración osmótica (deshidratación), es la remoción de agua desde una

solución diluida contenida dentro de una membrana semipermeable, hacia una

solución concentrada que rodea la membrana por contacto directo del producto, la

solución utilizada para el favorecimiento del fenómeno consiste en un medio

hipertónico de alta concentración de azúcar o solución salina para frutas y

vegetales respectivamente. La difusión del agua no se ve afectada por que cosa

está disuelta en ella sino solamente por cuanto se encuentra disuelto, o sea, por la

concentración de partículas de soluto (moléculas o iones) en el agua. En la


Fundamento Teórico

48

ósmosis, las moléculas de agua difunden de una solución hipotónica, la cual

contiene menos soluto y por lo tanto un potencial hídrico mayor ( o desde el agua

pura) a una solución hipertónica, la cual tiene más soluto y menor potencial

hídrico, a través de una membrana selectivamente permeable. Ver tabla 48.

Tabla 4. Dirección del movimiento del agua en la osmosis

El agua se mueve a través de una membrana selectiva permeable

desde

Hacia

Región de potencial hídrico elevado Región de potencial hídrico bajo Mayor concentración de agua Menor concentración de agua Menor concentración de soluto Mayor concentración de soluto Solución hipotónica (menos soluto) Solución hipertónica (mas soluto) Región de potencial osmótico bajo Región de potencial osmótico alto FUENTE: Curtis , Helena. BARNES, N Sue. Biología, pag. 157.

El costo de energía y otros recursos, se han convertido progresivamente en una

gran presión para minimizar los costos de procesos, embalaje, manipulación y

almacenamiento de productos de origen agrícola. La reconcentración osmótica es

una efectiva vía que reduce los requerimientos energéticos en los procesos de

deshidratación. Se ha encontrado que la deshidratación con una solución osmótica

8 Curtis , Helena. BARNES, N Sue. Biología, pag. 157.


Fundamento Teórico

49

azucarada, demanda de 2 a 3 veces menos energía (por unidad) que el secado por

convección con aire 9.

La deshidratación osmótica es reconocida como un método de procesamiento para

obtener productos parcialmente deshidratados y tal como ha sido aplicada hasta la

actualidad, constituye en muchos casos la etapa preliminar para los procesos de

secado convencional (al vacío, liofilización, crioconcentración, circulación de aire

caliente).

En los últimos años, se han desarrollado técnicas de conservación de frutas de

humedad intermedia (aω = 0.95 – 0.98), basadas en distintos factores de estrés

para microorganismos 10. Uno de los factores más utilizados es la reducción de la

actividad de agua (aω), lo cual se logra en muchos procesos mediante la

deshidratación osmótica. La aplicación de esta operación como método de

deshidratación ha sido motivada por factores económicos y por el hecho de que

permite obtener una fruta deshidratada (luego del secado convencional) de

excelente calidad, dado que minimiza el daño por calor y reduce la decoloración

del producto final. Además, se aumenta la retención de pigmentos volátiles y el

producto final es de un sabor mucho mas suave y dulce, y de una mejor textura.

9 Torreggrani, Danila. Food Research International. Osmotic deshydratacion in fruit and vegetable processing. 1993. 10Universidad Politécnica de Valencia. Deshidratación osmótica de frutas. D.M. Salvatori. 1997.


Fundamento Teórico

50

Los efectos de la deshidratación osmótica como pretratamiento, son la

conservación de las características nutricionales, organolépticas y funcionales del

producto 11.

Existen tres razones principales por las cuales la deshidratación parcial en una

solución osmótica permite obtener un alimento deshidratado (luego del secado

convencional) de excelente calidad:

• La alta concentración de agente osmótico que rodea a los trozos de alimento es

un excelente inhibidor del pardeamiento enzimático (oxidativo) que ocurre en

alimentos cortados siendo de fundamental importancia para frutas cortadas;

esto permite obtener un muy buen color en el producto final sin necesidad de

utilizar un aditivo tal como el dióxido de azufre.

• El incremento en la concentración de sólidos solubles en el alimento que ocurre

como resultado de la eliminación de agua y la incorporación de soluto de la

solución, influye positivamente en la retención de volátiles aromáticos durante

el secado final; es un hecho demostrado que la retención de los aromas

volátiles durante el secado por evaporación ( o sublimación) depende en gran

escala de la concentración de sólidos en el producto.

11 Rahman, Shafiur. Lamb, Sack. Air drying be havior of fresh and osmotically dehidrated pineapple. University of New Southwales. M.D .Australia. 1991.


Fundamento Teórico

51

• La textura de los alimentos deshidratados osmóticamente es muy similar a la

del alimento fresco, ventaja que no se presenta en otros métodos de

deshidratación12.

Una ventaja adicional de la preconcentración osmótica de frutas es que durante el

proceso se elimina junto con el agua una cierta proporción de los ácidos orgánicos

de la fruta. Esta menor concentración de ácido residual junto con el azúcar que se

incorpora a la fruta conduce a un producto final de "flavor" mas suave y dulce que

una fruta deshidratada convencionalmente.

2.4 Actividad acuosa (aù)

Todos los alimentos contienen agua y en base en observaciones realizadas esto

influye en su deterioro tanto biológico como microbiológico.

No toda el agua presente en los alimentos se encuentra disponible para el

crecimiento microbiano. El conocimiento del contenido de agua no provee una

base adecuada para el estudio de la estabilidad. La actividad de agua es un

parámetro que permite correlacionar mas satisfactoriamente los cambios que se

12 Resnik, Silvia. Chirife, Jorge. IV seminario avanzado de tecnología de alimentos. 1997.


Fundamento Teórico

52

producen en los alimentos permitiendo optimizar procesos ya existentes y

desarrollar nuevos métodos de producción, con el fin de obtener productos

estables y de buena calidad. Tal como se muestra en la Tabla 5 los

microorganismos enumerados en la primera columna requieren un mínimo valor de

actividad acuosa (segunda columna) para su desarrollo.

Tabla 5. Contaminaciones probables para distintos alimentos en distintos rangos

de actividad acuosa (aù)

MICROORGANISMOS aù ALIMENTOS

Hongos xerófilos 0.60-0.65 Fruta seca

Levaduras osmofílicas Miel

Levaduras osmofílicas 0.65-0.70 Melazas

Levaduras 0.70-0.75 Confituras

Hongos xerófilos 0.75-0.80 Higos secos

Hongos y levaduras Mermeladas

Levaduras 0.80-0.85 Jarabe de Chocolate

Levaduras Jarabe de frutas

Bacterias y hongos 0.85-0.90 Margarina

Levaduras Leche condensada azucarada

Bacterias Manteca batida

Bacterias 0.90-1.00 Queso cottage

Bacterias Carne fresca

FUENTE: Resnik, Silvia. Chirife, Jorge. IV seminario avanzado de tecnología de alimentos. 1997.


Fundamento Teórico

53

La tercera columna muestra los alimentos mas comunes en los cuales es factible

una contaminación producida por estos microorganismos. Con base en esta tabla

podríamos decir que la disminución de la aù hasta valores adecuados (0.60 ó

menores) permitirá la obtención de un alimento estable microbiológicamente.

El propósito principal para la preservación de alimentos y su almacenamiento es

mantener el alimento en condiciones aceptables antes de ser consumido. Al

disminuir la aù los microorganismos serán refractarios a crecer, pero como

podemos ver se deberá tener en cuenta otros efectos de degradación enzimática,

el pardeamiento no enzimático u otros deterioros dependientes de la aù como por

ejemplo la oxidación de los lípidos presentes.13

El conocimiento de los niveles de aù a los cuales estas alteraciones pueden ocurrir,

para cada alimento, permitirá predecir el nivel óptimo de aù al cual debe

mantenerse el producto. En los alimentos , la actividad del agua (aù) ejerce una

influencia selectiva tanto sobre la multiplicación de los gérmenes patógenos como

sobre la naturaleza de la flora microbiana.

La alteración microbiana no se produce con niveles de aù inferior a 0.85

aproximadamente, teniendo particular importancia el hecho que entre las bacterias

13 Labuza y Col. 1970.


Fundamento Teórico

54

patógenas presentes en los alimentos, solamente el staphylococcus aureos crece

en alimentos con un valor de aù inferior a 0.93 y su crecimiento queda

interrumpido cuando la aù es menor a 0.85 14. En la tabla 6 aparecen algunos de

los efectos producidos por los diferentes valores de la actividad del agua.

Tabla 6. Influencia de la actividad acuosa en la flora microbiana de los alimentos

Actividad acuosa

Alimento Microorganismo

0.98 ysuperiores

Carnes y pescados frescos,hortalizas y leches

Se multiplican la mayoría de los germenesque alteran los alimentos y todos lospatógenos transmitidos por los alimentos

0-98 - 0.93Leche evaporada, pan,embutidos cocidos

Se multiplican enterobacterias, incluyendosalmonella en los niveles superiores delrango. Flora de la alteración, confrecuencia bacterias ácido lácticas.

0.93 - 0.85 Carnes de vacuno desecada,leche condensada edulcorada

Se multiplican Staphylococcus aureus ymuchos mohos productores de micotoxinas.Lavaduras y mohos son losmicroorganismos primarios de la alteración

0.85 - 0.60 Harina, cereales, frutosdeshidratados

No se multiplican bacterias patógenas.Alteración por microorganismos xerófilos,osmófilos y halófilos

Inferior a0.60

repostería, fideos, bizcochos,leche en polvo, huevos en polvo

No se multiplican los microorganismos,aunque pueden seguir presentes por algúntiempo

FUENTE: The international Comission on Microbiological Sepecifications for Foods of the International Union of Microbiological Spocieties. 1991

14 International Union of Microbiological Spocieties. 1991


Fundamento Teórico

55

- Actividad acuosa en la solución circundante: El agente osmótico

El requerimiento termodinámico para producir la deshidratación parcial del

alimento es que la actividad de agua de la solución circundante sea menor que la

del alimento, la cual, normalmente se encuentra en el rango aproximado de

0.970- 0.994. Teóricamente, existe una gran variedad de solutos (agentes

osmóticos) que pueden reducir la actividad de agua en la solución circundante a

los valores necesarios. Sin embargo y dado que el soluto también difunde al

interior del alimento, es necesario que sea compatible con las características

organolépticas de este, por esta razón por ejemplo, "los azúcares" son los agentes

osmóticos por excelencia cuando se considera la deshidratación osmótica de

frutas. La tabla 7 da una lista de algunos agentes osmóticos de utilización

potencial para la deshidratación de alimentos

Tabla 7. Agentes osmóticos potenciales para la deshidratación de alimentos

- Sacarosa - Jarabe de maíz

- Glucosa - Melaza

- Sal - Sorbitol

- Fructosa - Maltosa

- Azúcar invertido - Lactulosa (jarabe)

- Miel - Glicerina

FUENTE: Torreggrani, Danila. 1993


Fundamento Teórico

56

2.5 SECADO

El secado consiste en la eliminación de la humedad de un producto sólido. En el

caso de los productos de origen agroalimentarios, es normal que se hable de

deshidratación por aire caliente, la razón principal por la que se tiende a secar los

alimentos es la conservación de estos, pues la actividad acuosa se reduce a un

nivel inferior a aquel en el que las enzimas y los microorganismos son activos.

Otro de los fines fundamentales es el de obtener un producto final con las

condiciones exigidas por el mercado, así como lograr una disminución de peso y

volumen para así minimizar costos en almacenamiento y transporte.

El secado directo por aire caliente después de un tratamiento osmótico es

empleado en países tropicales, para la producción de frutas secas denominadas

“semi-candied” ( semiconfitadas). Las cualidades organolépticas del producto final

pueden mejorar a causa de los ácidos removidos durante el baño osmótico, siendo

más blandos y dulces que el producto obtenido del secado tradicionalmente de

frutas 15

15 Lazarides, Harris. Osmotic Preconcentation. Developments and Prospects. 1994


Fundamento Teórico

57

2.5.1 Deshidratación de alimentos

Desde tiempos remotos, el secado ha sido un método bastante utilizado en la

conservación de alimentos. El secado mediante la utilización del sol constituye, en

algunos lugares y para determinados productos, el método mas sencillo y el mas

económico, sin embargo este trae consigo algunos inconvenientes.

• Es lento y no muy apropiado para muchos productos que exigen alta calidad.

• Por lo general no reduce el contenido de agua a menos del 15% lo cual, en una

amplia gama de productos no es suficiente para permitir la estabilidad durante

el almacenamiento.

• Depende básicamente del estado del tiempo (clima), el cual es imposible de

controlar.

• Durante el proceso de deshidratación por este método, los alimentos son

expuestos a la contaminación, insectos, polvo y otros factores que ocasionan su

perdida.

Algunos alimentos, entre los que se encuentran las frutas, carnes y verduras,

presentan complicaciones en el proceso de secado, produciendo un secado poco

satisfactorio. Existen algunas razones por lo cual se presenta esto 16:

16 Handboock of Industrial Drying. Secado Solar. Capitulo 2.


Fundamento Teórico

58

• A través de los tejidos, no hay poros continuos; por ello, el agua llega hasta la

superficie por difusión a través de un medio cada vez mas difícil.

• La humedad superficial se evapora muy rápidamente, lo cual va dejando una

película gelatinosa, esta va interrumpiendo considerablemente la libre

reposición del agua evaporada.

• A medida que se evapora el agua, se va produciendo una reconcentración

salina y de otros solutos, por lo tanto se produce una reducción de la presión

de vapor y de la actividad acuosa remanente.

• Los componentes de elevado peso molecular, como las proteínas, muestran

gran afinidad por el agua, por lo cual estos últimos vestigios de agua solo

pueden eliminarse bajo condiciones extremas.

Debido a las razones anteriormente expuestas , el secado de los alimentos se debe

realizar en equipos especialmente diseñados, en los cuales las operaciones pueden

ser monitoreadas y controladas de una forma eficiente.

Entre los secadores mas utilizados a nivel industrial podemos encontrar:

Secadores de bandejas, secadores de cinta, secadores rotatorios directos,

secadores tipo tambor y secadores de armario.


Fundamento Teórico

59

2.5.2 Transferencia de masa

En la figura 2, presentamos una curva teórica de humedad de equilibrio a una

temperatura determinada, si una curva de este tipo se prolonga hasta su

intersección con el eje al 100% de humedad relativa, el contenido de humedad así

definido es la humedad mínima de este material, la cual todavía puede ejercer

presión de vapor como la del agua líquida a la misma temperatura

Durante cualquier método de secado empleado, la deshidratación de un alimento

consta de dos etapas:

• Introducción de calor al producto.

• La extracción de la humedad del producto.

Cuando se deshidratan los alimentos, se busca obtener la velocidad máxima de

secado, haciendo lo posible a fin de acelerar la velocidad de transmisión de calor y

de masa. Para lograrlo deben tenerse en cuenta los siguientes factores:

- Temperatura: Al hacerse mayor la diferencia de temperatura entre el medio de

calentamiento y el alimento, mayor será la velocidad de transmisión de calor.

Se debe considerar, el que los alimentos son sensibles al calor por lo cual no es


Fundamento Teórico

60

conveniente elevar la temperatura del aire de secado, pues se altera el sabor,

color y la textura de los alimentos.

- Area: Por lo general, el alimento a deshidratar se subdivide en piezas

pequeñas o en capas delgadas, con el fin de acelerar el secado, pues una

mayor área proporciona una mayor superficie de contacto con el medio de

calentamiento y una mayor superficie desde la cual pueda escapar la humedad.

- Velocidad del aire: El aire en movimiento absorbe el vapor de agua de la

superficie del alimento. Al aumentar la velocidad del aire se aumentan los

coeficientes globales de transferencia de masa y calor, lo que disminuye el

tiempo de secado de los alimentos.

- Humedad del aire: Cuanto mas baja sea la humedad absoluta del aire, mayor

será la velocidad del proceso de deshidratación, pues, el aire seco tiene mayor

poder para absorber la humedad, que el que ya se encuentra húmedo. La

humedad contenida en el aire, también determina hasta que punto se puede

disminuir el contenido de humedad del alimento mediante la deshidratación.

Cada producto, presenta su propia humedad relativa de equilibrio, esta es la

humedad que contiene un producto a una temperatura determinada en la cual

ni entrega ni gana humedad del medio 17.

17 HOLDS WORTH S.D. Conservación de frutas y hortalizas. Acribia, Zaragoza, 1980


Fundamento Teórico

61

En la figura 2 se presentan ejemplos de relaciones de equilibrio, estas curvas

indican, en el equilibrio y para una temperatura determinada, la cantidad de agua

retenida por un alimento en función de la humedad relativa de la atmósfera que lo

rodea.

Figura 2 Curva teórica de la humedad de equilibrio a una temperatura

determinada (MCCABE:W.L. operaciones básicas de ingeniería química. Mc. Graw

Hill. 1991)

2.5.3 Cambios en la textura de los alimentos durante el secado


Fundamento Teórico

62

Al someter los alimentos a un proceso de deshidratación, se presentan en ellos

numerosos cambios químicos, que influyen en la calidad final de estos , en cuanto

a color, sabor, textura, valor nutricional, etc.

Uno de los temas que causa interés general, es la formación de pigmentos

oscuros en los alimentos durante el procesamiento y el almacenamiento, pues

además de involucrar el color y el aspecto del alimento, también involucra su sabor

y valor nutritivo.

Las reacciones que conducen al pardeamiento son extremadamente variadas y

complejas . Algunas son catalizadas por enzimas e implican reacciones oxidativas

en las que participan compuestos fenólicos y se les conoce como pardeamiento

enzimático 18.

Existen otros tipos de pardeamientos que a veces tampoco son deseados: el no

enzimático el cual se clasifica en reacción de maillard y caramelización de

azucares.

Otra consecuencia de la deshidratación es la pérdida en algún grado de la

capacidad de rehidratarse. Las causas son físicas y químicas; entre las primeras

18 Braverman. J. B. S. Introducción a la Bioquímica de los Alimentos. Editorial el Manual Moderno, S.A. 1992


Fundamento Teórico

63

se pueden nombrar las de encogimiento, distorsión capilar y celular; en las

segundas, se encuentra el calor y el efecto de la concentración de solutos, que

pueden desnaturalizar parcialmente las proteínas, que después no podrán

reabsorber plenamente, ni ligar el agua. Por último, otro cambio químico

relacionado con el secado es la pérdida parcial de los componente volátiles del

sabor.

Por lo tanto, si bien la elaboración de prácticamente todo los alimentos requiere

una o varias etapas de secado, será necesario llegar a unas condiciones óptimas

entre factores de secado, tiempos de exposición y temperaturas empleadas, de

forma que se preserve la calidad final del producto.

2.5.4 Balances de materia

2.5.4.1 Balance de materia realizado en el producto

Para determinar la cantidad de agua perdida por el producto en el proceso de

deshidratación es necesario realizar un balance de materia, el cual relaciona la

masa inicial del producto con la masa final del secado, para cada intervalo de

tiempo así:


Fundamento Teórico

64

Masa inicial de producto (mi) Masa final de producto (mf)

fi = Fracción de sólidos inicial ff = Fracción de sólidos final

Xi = Fracción de agua inicial B.h Xf = Fracción de agua final B.h

SECADOR

Agua evaporada por

intervalo de tiempo

Diagrama 1. Balance de materia realizado en el producto

Según la representación de la figura anterior, el agua evaporada para cada

intervalo de tiempo esta definida como:

(ec. 1)

Agua evaporada por intervalo de tiempo = m1 - m2 (ec. 2)

=f

fi

f*imm

f


Fundamento Teórico

65

Agua total evaporada en el proceso de secado =Suma ( agua evaporada por

intervalo) (ec. 3)

2.5.4.2 Balance de materia en el aire

En todo proceso de deshidratación en el cual se utilice aire caliente como medio

secante, el agua que pierde el producto es ganada por el aire y si esta relación no

se cumple se considera que el proceso presenta pérdidas.

Para calcular la cantidad de agua absorbida por el aire en un proceso de

deshidratación es necesario conocer las características del aire a la entrada de la

cámara de secado y a la salida de esta. Si se tiene la temperatura y la humedad

relativa del aire en los dos puntos se pueden encontrar las otras características

utilizando una carta Psicrométrica, la cual representa las propiedades del aire a

una presión barométrica determinada.

A continuación presentamos las ecuaciones para determinar el agua ganada por el

aire en un proceso de deshidratación.

• Flujo másico ( m aire seco) = A * Va * ña ( ec. 4)


Fundamento Teórico

66

Donde,

m aire seco : Flujo másico de aire seco (kg. a.s./h) As : Area de entrada de aire a la cámara de secado (m²)

Vi : Velocidad del aire al entrar al intercambiador (m/h)

ñ : Densidad del aire a la temperatura de operación (Kg. a.s./m³aire)

Diferencia de humedad (ÄH) = ( H aire a la salida - H aire a la entrada) ( ec. 5)

Donde,

H : Humedad absoluta del aire en un punto determinado del secador

(Kg.de agua/Kgaire seco)

El agua ganada por el aire en cada intervalo de tiempo en un proceso de secado

esta definida como:

• Agua ganada por el aire en cada intervalo de tiempo = (m aire seco) . (ÄH) . (t)

(ec. 6)

Donde t corresponde al intervalo de tiempo dado en horas.


Fundamento Teórico

67

Por lo tanto,

Agua total ganada por el aire = Ó( agua ganada en cada intervalo) (ec. 7)

2.5.5 Balance de energía

En un proceso ideal, en el cual se presenta una transferencia de calor, la energía

que pierde una de las partes es ganada por la otra; este principio en la realidad

difícilmente se cumple debido a que en los proceso industriales existen factores

externos, los cuales otorgan o quitan energía del sistema.

2.5.6 Adecuación del aire de secado

Para aumentar la capacidad de absorción de agua por parte del aire, este es

calentado mediante una resistencia térmica, generando en el fluido un aumento de

temperatura y una disminución en su humedad relativa.

Para un secador de bandejas, como el utilizado en este trabajo de grado, en el

cual el aire es calentado mediante la utilización de un intercambiador de calor que


Fundamento Teórico

68

utiliza vapor como medio calefactor, el aire utilizado como medio secante estará

definido por:

• Calor total cedido por el vapor de agua al proceso(QTa) = m vapor . hfg . Xv (ec. 8)

Donde,

(QTa) : Calor total cedido por el vapor de agua al proceso (KJ/h)

m vapor : Flujo másico de vapor de agua requerido en el proceso (kg/h) hfg : Calor latente de vaporización , a la temperatura del vapor de agua

(KJ/Kg)

Xv : Calidad del vapor de agua (vapor saturado, Xv = 1 .0) (adimensional)

2.5.7 Curvas de velocidad de secado

La determinación de la velocidad de secado de un material, se realiza

experimentalmente en intervalos de tiempo, colocando una muestra en una

bandeja en el equipo utilizado. La velocidad de secado se divide en dos periodos

fundamentales, los cuales se explican a continuación:

- Curvas de velocidad de secado para condiciones de secado constante


Fundamento Teórico

69

1. Conversión de los datos a curva de velocidad de secado. Los datos que se

obtienen de un experimento de secado por lotes generalmente se expresan

como peso total del sólido húmedo W (sólido seco más humedad) a

diferentes tiempos de t horas en el periodo de secado. Estos valores pueden

convertirse a datos de velocidad de secado con los siguientes procedimientos.

Primero se recalculan los datos, si W es el peso del sólido húmedo en kg.

totales de agua mas sólido seco y Ws es el peso del sólido seco en kg.

x = W - W s Kg totales de agua (kg agua ) (ec. 9) Ws Kg de sólido seco (kg sólido seco)

Habiendo establecido las condiciones de secado constante, se determinan el

contenido de humedad en equilibrio, X* (Kg de humedad en equilibrio/ Kg de sólido seco). Con

esto se procede a calcular el valor del contenido de humedad en base seca X en

Kg de agua / Kgde sólido seco , para cada valor de xf.

X= XL - X* (ec. 10)

Usando los datos calculados con la ec. 9 se traza la gráfica del contenido de

humedad en base seca (X) en función del tiempo (t) en minutos, tal como se

muestra en la figura 3. Para obtener una curva de velocidad de secado a partir de

esta gráfica, se miden las pendientes de las tangentes de la curva, lo cual


Fundamento Teórico

70

proporciona valores de dx/dt para ciertos valores de t. Se calculan entonces, la

velocidad R para cada punto con la expresión

R = - L s d X (ec. 11) Ae dt

Donde R es la velocidad de secado en Kg de agua /min. m², Ls es Kg de sólido seco

usado y Ae es el área superficial expuesta al secado en m². En la figura 4, se ve

la curva de velocidad de secado.

Otra forma de calcular la curva de velocidad de secado consiste en calcular

primero la pérdida de peso ÄX para un tiempo Ät.

R = - L s ÄX (ec. 12) As Ät

2. Gráfica de la curva de velocidad de secado . En la figura 4 se muestra la

curva de velocidad de secado para condiciones de secado constante.

Empezando con un tiempo cero, el contenido inicial de humedad libre

corresponde al punto A. Al principio, el sólido suele estar a una temperatura

inferior a la que tendrá al final, y la velocidad de evaporación ira en aumento.


Fundamento Teórico

71

Al llegar al punto B, la temperatura de la superficie alcanza su valor de

equilibrio19. Por otra parte, si el sólido esta bastante caliente al principio de la

operación, la velocidad de secado puede iniciarse en el punto A´. Este periodo

inicial de ajuste con estado inestable suele ser bastante corto y generalmente

se ignora en el análisis de los tiempos de secado. El periodo de velocidad

contante corresponde a la recta BC.

En el punto C de ambas gráficas, la velocidad de secado comienza a disminuir ,

corresponde al periodo de velocidad decreciente . en le punto D, la velocidad de

secado disminuye con más rapidez aún, hasta llegar al punto E, donde el contenido

de humedad de equilibrio es X*, y X = X* - X* = 0. En el secado de algunos

materiales , la región CD puede no existir o bien constituir la totalidad del periodo

de velocidad decreciente. La velocidad para el período de secado constante

corresponde a la pendiente de las rectas para el mismo, éste termina en el valor

de la humedad crítica del producto

19 Geankoplis, Christie J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. Compañía editorial continental, S.A. México 1993. pag. 454


Fundamento Teórico

72

Figura 3. Curva típica de secado en condiciones constantes, humedad en base seca en función del tiempo(Geankoplis. Procesos de transporte y operaciones unitarias. pag. 453.)

Figura 4. Curva de velocidad de secado, en función del contenido de humedad libre(Geankoplis, Christie J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. pag. 453.) 2.5.8 Secado durante el periodo de velocidad constante (Geankoplis,

Christie J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. pag. 450-470).


Fundamento Teórico

73

El secado de diversos sólidos bajo diferentes condiciones constantes de secado

casi siempre produce curvas de formas variables en el periodo de velocidad

decreciente, pero por lo general siempre están presentes las dos zonas principales

de la curva de velocidad de secado; el periodo de velocidad constante y el periodo

de velocidad decreciente.

Durante el primer periodo, la superficie del sólido esta en un principio muy mojada

y sobre ella existe una película de agua continua fácilmente retirable. Esta capa de

agua esta siempre sin combinar y actúa como si el sólido no estuviera presente.

La velocidad de evaporación con las condiciones establecidas para el proceso, es

independiente del sólido y es esencialmente igual a la velocidad que tendría una

superficie liquida pura. sin embargo, las ondulaciones y hendiduras sobre la

superficie del sólido ayudan a obtener una velocidad más alta que la que tendría

una superficie completamente plana.

Si el sólido es poroso, la mayor parte del agua que se evapora durante el periodo

de velocidad constante proviene del interior del sólido. Este periodo continuará

mientras el agua continúe llegando a la superficie con la misma rapidez con la que

se evapora. La evaporación durante este periodo es similar a la que existe cuando

se determina la temperatura de bulbo húmedo, y en ausencia de transferencia de


Fundamento Teórico

74

calor por radiación o conducción, la temperatura de la superficie equivale en forma

aproximada, a la temperatura de bulbo húmedo.

2.5.9 Secado durante el periodo de velocidad decreciente(Geankoplis,

Christie J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. pag.

450-470.)

El punto C. En la figura 4 corresponde al punto critico de humedad en base seca

Xc. En este punto no hay suficiente agua para mantener una película continua. La

superficie ya no está totalmente mojada , y la porción mojada comienza a

disminuir durante el periodo de velocidad decreciente, hasta que la superficie

queda seca en su totalidad en el punto D.

El segundo periodo de velocidad decreciente empieza en el punto D cuando la

superficie esta seca en su totalidad. El plano de evaporación comienza a

desplazarse con lentitud por debajo de la superficie. El calor para la evaporación

se transfiere a través del sólido hasta la zona de evaporación. El agua vaporizada

atraviesa el sólido para llegar hasta la corriente de aire.


Fundamento Teórico

75

En algunos casos no hay una discontinuidad definida en el punto D, y el cambio de

condiciones de secado de una superficie con humedad parcial a una superficie

completamente seca, es tan gradual que no se detecta un punto de inflexión.

Es posible que la cantidad de humedad que se elimina durante el periodo de

velocidad decreciente sea bastante pequeña, no obstante, el tiempo requerido

puede ser bastante largo.

2.5.9.1 Movimiento de la humedad en los sólidos, en el secado durante el

periodo de velocidad decreciente

1. Teoría de la difusión del líquido. De acuerdo con esta teoría, la difusión de la

humedad líquida se verifica cuando existe una diferencia de concentraciones

entre el interior del sólido y la superficie. Este método de transporte de

humedad es el que casi siempre se presenta con sólidos no poroso, donde se

forman soluciones de una sola fase con la humedad, tal como con una pasta,

un jabón, una gelatina y una sustancia cohesiva. También es el caso del secado

de las últimas porciones de humedad en arcillas, harinas, maderas, cueros,

papel, almidones y textiles. En el secado de muchos materiales alimenticios, el

movimiento del agua durante el periodo de velocidad decreciente se verifica

por difusión.


Fundamento Teórico

76

La difusividad efectiva de la humedad De, generalmente disminuye al reducirse el

contenido de esta, por lo que las difusividades suelen ser valores promedio en el

intervalo de concentraciones considerado. Se dice entonces que los materiales que

se secan de esta manera lo hacen por difusión, aunque los mecanismos reales

pueden ser bastante co

PROPUESTA PARA LA ELABORACIÓN DE UN …2.5.4.2 Balance de materia en el aire 65 2.5.5 Balance de...

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