EVALUACIÓN DEL ENCOGIMIENTO DE CILINDROS DE NOPAL
DURANTE SU DESHIDRATACIÓN POR FLUIDIZACIÓN
ANTECEDENTES
La deshidratación es un método de conservación de
alimentos basado en la transferencia simultánea de calor y masa. Durante este proceso interactúan factores como
la naturaleza de la materia prima y condiciones de operación, las cuales son
determinantes en las características finales del producto (Santacruz et al., 2008;
Vásquez et al., 2001).
Hills y Remigereau (1997), estudiaron la transferencia de agua en el tejido de
manzana durante el secado, la humedad eliminada del tejido proviene de los compartimientos vacuolares y
en menor proporción del
citoplasma.
Uno de los equipos utilizados en este proceso son los
secadores de lecho fluidizado, estos secadores han demostrado gran utilidad al
permitir un tratamiento homogéneo al que son sometidos los sólidos además de
poder implementar operaciones tanto por lotes como continuas. La gran movilidad que tienen
los sólidos fluidizado hace que favorezca la disipación de calor lo que le
confiere grandes características térmicas de operación (Davidson y Harrison
1971). Según Zahed et al., (1995), el estado fluidizado se alcanza cuando una
corriente de aire introducida a un recipiente, normalmente cilíndrico, en donde
se encuentra una carga de sólido, es lo suficientemente alta rompiendo la
inercia inicial de los sólidos quedando estos suspendidos debido a la pérdida
de peso ocasionado por la evaporación del agua de su estructura.
Uno de los efectos del secado en los productos sometidos a este proceso es el
encogimiento, definidocomo la reducción del volumen de un alimento durante el
secado, el cual es considerado como la relación entre el volumen final y el
volumen inicial del alimento al ser sometido a un tratamiento (Rahman, 1997).
En la literatura hay reportes que tratan acerca de los efectos de variables
externas que influyen en el encogimiento; Krokida et al.,(1997) determinaron
que la intensidad del encogimiento de frutas depende del material a secar y de
las condiciones a las que se efectúa el secado. Zogzaset al. 1994)
estudiaron el efecto de las variables de proceso en el encogimiento de
zanahoria. Estos autores reportaron que una variación en la humedad relativa del aire del 20 al 60% no causó efecto en el
encogimiento. También estudiaron el efecto de la temperatura del aire de secado
de 50°C a 80°C, sin embargo, los resultados obtenidos no permitieron obtener
conclusiones precisas sobre el efecto de esta variable con el encogimiento.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Mayor y Sereno (2004) publicaron que el encogimiento puede ser considerado como
un factor de pérdida de calidad en algunos alimentos deshidratados, tales como
la manzana o pera, sin embargo en otros casos como en la uva, éste se considera
uno de sus atributos característicos (Mayor y Sereno 2004). La reducción del
volumen de un alimento durante el proceso de deshidratación, es debido al
encogimiento celular al entrar en contacto con altas temperaturas (Ramos et
al., 2003).
La temperatura del aire en un proceso de deshidratación es determinante en la
cinética de secado de los productos, por lo que temperaturas bajasconllevan a
tiempos prolongados de secado (Giraldo-Zuniga et al., 2010) sin embargo
temperaturas demasiado altas pueden tener un efecto importante en la
cristalización de la celulosa y por tensiones internas provocadas por
variaciones localizadas en el contenido del agua durante la deshidratación, dan
lugar a roturas que provocan distorsiones permanentes en la célula,
relativamente rígidas, confiriendo al alimento un aspecto arrugado. En la
rehidratación estos alimentos no llegan a adquirir de nuevo la textura firme,
característica de la materia prima original (Cañizares et al., 2007)
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Efectuar la deshidratación y estudiar el encogimiento de discos de nopal
mediante el secado de lecho fluidizado a diferentes condiciones de
temperatura70 y 80a°C.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Aplicar el proceso de secado de las muestras por medio del secador de
lecho fluidizado a una temperatura de 70 y 80°C.
2. Determinar la humedad relativa de los cilindros de nopal durante
el proceso de secado.
3. Analizar el encogimiento de las muestras de nopal, durante
el proceso de secado por fluidización.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se utilizó cilindros de nopales adquirido en un
mercado local en la ciudad de Puebla, México. Los cilindros fueron pesados en
una balanza para el registro de su peso inicial y al término del proceso de
secado fue registrado su peso final.
Se utilizó un secador de lecho fluidizado experimental a escala de laboratorio
el cual se puede describir como un túnel de sección cuadrada de 0.2m, en donde
el aire circula impulsado por un soplador de jaulade ardilla acoplado a un
motor de ¾ HP y 240V (CA) trifásico, marca Siemens que le permite operar a
diferentes velocidades de flujo. El aire es calentado con resistencias antes de
ser forzado en el secador de lecho fluidizado (figura 1).
La temperatura de secado fue de 70°C y 80°C y la velocidad del flujo se mantuvo
en 4m/s en ambos casos. Los cilindros de nopal, se
deshidrataron hasta obtener su humedad de equilibrio.
La temperatura y el flujo de aire fueron determinadas mediante un termoanemómetro digital marca PCE modelo PCE-009.
Determinación de humedad de las muestras.
La humedad de las muestras, para todos los experimentos de secado, se determinó
por el método de termobalanza a una temperatura de 110°C. La cual muestra el
contenido de humedad en porcentaje de humedad relativa (%HR).
Determinación del área de las muestras.
Se capturaron imágenes de las muestras de nopal durante
su deshidratación con una cámara Samsung S860 y posteriormente fueron
transferidas a una computadora personal. El proceso de digitalización de las
imágenes se realizó mediante el programa Corel Photopaint versión 15 y el
análisis se llevó a cabo con el programa Sigma Scan Image Measurement PRO
(Jandel Scientific Corporation, 2003) donde Se evaluó el área proyectada máxima
de las muestras durante su deshidratación.
Análisis estadístico.
Los datos experimentales se sometieron a un análisis de varianza ANOVA y a un
análisis de regresión lineal en el software de análisis estadístico JMP8
(Statisitical Dyscover Software From SAS )
considerando un nivel de confianza del
95 %.
RESULTADOSAnálisis cinético del encogimiento de los cilindros
de nopal durante el secado por fluidización
En el primer tratamiento en el análisis de varianza ANOVA y de regresión lineal
se obtuvo una R2 de 99% lo cual indica una vinculación significativa entre los
factores y la variable respuesta. En la figura 2 se observa la interacción del
tiempo de secado y la humedad con el área de las muestras a una temperatura de
70a°C existiendo una relación inversa en el caso del área vs tiempo de secado
ya que por cada minuto que transcurra la superficie presentará una disminución
de-0.008, en el caso del área vs el contenido de humedad existe una relación
lineal directa ya que entre más bajos sean los valores de humedad relativa la
superficie de las muestras de nopal será menor, el contenido de humedad en
relación al tiempo registró una disminución de -0.162 KgH2O/ Kg s.s.
En el tratamiento a 80a°C el análisis de varianza mostró una R2 de 97% lo cual
confirma un gran afinidad entre los factores con el encogimiento, se obtuvieron
resultados similares a los obtenidos en el tratamiento anterior (figura 3), en
el caso de la humedad vs tiempo y área vs tiempo se obtuvo una relación lineal
negativa en donde por cada minuto existió una disminución en la humedad de
-0.172 KgH2O/ Kg s.s. y en el área de -0.009, la diferencia fue de que los
valores correspondientes al área vs tiempo sufrieron una disminución mayor que
el tratamiento a 70a°C lo cual podemos apreciar en la tabla 1 donde se observa
una reducción de esta variable de 40.1% en los primeros 20 minutos a diferencia
del tratamiento a 70a°C en el quese obtuvo solo un 28.2% de reducción en el
mismo lapso de tiempo. En cada uno de los tratamientos se demostró por medio del ANOVA que los modelos de regresión lineal fueron los
adecuados para demostrar la correlación existente entre cada una de las
variables sometidas al estudio.
La disminucion de área mas marcada en la temperatura a 80a°C puede estar
explicada por el daño ocasionado a nivel celular de las muestras por las altas
temperaturas, lo que ocasiona una deformacion en la estructura de la fibra
disminuyendo su volumen (Diaz-Barriga et al. 2010)
Durante el proceso de secado se observó que las muestras deshidratadas a 70a°C
mostraron un cambio de área menor, este comportamiento fue atribuido al hecho
de que la temperatura de este tratamiento provocó el endurecimiento superficial
de la placa haciendo que la muestra fuera más rígida, por lo que la estructura
ofreció una mayor resistencia al cambio en su superficie (McMinn et al., 1997).
El comportamiento de la humedad en relación con la deformación coincide con los
resultados obtenidos por Schifman (1995) el cual observó que en los primeros
estadios de la deshidratación el volumen de las muestras corresponde con los
volúmenes de agua evaporada. Sin embargo un
calentamiento demasiado rápido puede ser destructivo ya que el vapor no tiene
tiempo de difundir a través de los poros provocando un incremento en la presión
interna y ruptura del
tejido celular.
CONCLUSIONES
El factor temperatura es importante en el proceso de secado ya que el
tratamiento llevado a cabo a 80a°C dió como resultado un encogimiento mayor de
lasmuestras de nopal con una disminución de hasta 72% al finalizar el proceso,
así mismo el contenido de humedad mostró relación directa con la perdida de
área y por lo consiguiente reducción del volumen. El tratamiento con mejores
resultados en cuanto a disminución de humedad sin afectar la forma de los cilindros
de nopal fue el de 70a°C ya que aun transcurridos 40 minutos del proceso aun
conservaba el 60% de su área original.
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