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Biotecnología en el Sector Agropecuario y Agroindustrial

Print version ISSN 1692-3561

Rev.Bio.Agro vol.13 no.2 Popayán July/Dec. 2015

http://dx.doi.org/10.18684/BSAA(13)22-29 

DOI: http://dx.doi.org/10.18684/BSAA(13)22-29

MODELADO DE LA CINÉTICA DE SECADO DE MANGO PRE-TRATADAS CON DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA Y MICROONDAS

MODELING OF THE KINETICS OF DRYING OF MANGO PRETREATED WITH OSMOTIC DEHYDRATION AND MICROWAVE

MODELAGEM DA CINÉTICA DE SECAGEM DE MANGA PRÉ-TRATADOS COM MICROONDAS E DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA

MARIBEL GARCÍA-PATERNINA1, ARMANDO ALVIS-BERMUDEZ2, CARLOS GARCÍA-MOGOLLON3

1Universidad de Córdoba. Ingeniero de Alimentos. Montería, Colombia.

2Universidad de Córdoba, Facultad de Ingenierías, Grupo de Investigación Procesos y Agroindustria de Vegetales. Ph.D. en Ingeniería. Montería, Colombia

3Universidad de Sucre, Facultad de Ingenierías, Grupo PADES. M.Sc. Ciencias Agroalimentarias.Montería, Colombia

Correspondencia: aalvis2@hotmail.com

Recibido para evaluación: 22 de febrero de 2014 Aprobado para publicación: 29 de Mayo de 2015.


RESUMEN

La aplicación de tecnologías complementarias como la deshidratación osmótica y microondas como pre-tratamientos al secado convencional contribuye al desarrollo de nuevos productos y favorece la disminución de los cambios físico-químicos y organolépticos en el mango. El objetivo del trabajo fue evaluar el efecto de la deshidratación osmótica con una solución a 65°Brix de 37 a 40°C por 60 min, tratamiento con microondas a 560 W por 7 min y combinado como pre-tratamientos al secado de hojuelas de mango a 70°C en una estufa tipo bandeja y al sol. Las muestras de mango con 11 a 14°Brix y humedad del 80% fueron dimensionadas a 1x1x0,4 cm. La pérdida de peso y el tiempo de secado en los pre-tratados presentaron diferencias significativas (p<0,05), siendo la mayor pérdida de peso de 66,0% en el pre-tratamiento combinado. El modelo logístico (R2>0,99) se ajustó para el secado sin pre-tratamiento y el modelo de Vermet et al. (R2>0,99) para los pre-tratados. La Deff para microondas y secado en estufa fue mayor. Las hojuelas de mango pre-tratadas con deshidratación osmótica fueron las que mejor conservaron la apariencia de las hojuelas de mango.

PALABRAS CLAVE:Tommy Atkins, Osmodeshidratación, Tecnología no térmica, Secado complementario, Difusividad efectiva.


ABSTRACT

The implementation of complementary technologies such as osmotic dehydration and microwave as pre-treatments to the conventional drying process contributes to the development of new products and favors the decline of the physicochemical changes in the organoleptic and mango. The objective of this study was to evaluate the effect of osmotic dehydration with a solution at 65°Brix of 37 to 40°C for 60 min, treatment with microwave at 560 W for 7 min and combined as pre-treatments to drying flakes of handle to 70°C in an oven tray type and the sun. The samples of mango with 11 to 14¤Brix and humidity 80% were sized to 1x1x0,4 cm. The weight loss and the drying time in the pre-treated showed significant differences (p <0,05), still the highest weight loss of 66,0% in the pre-treatment combined. The logistic model (R2 >0,99) was adjusted for drying without pre-treatment and the model of Vermet et al. (R2 >0,99) for the pre-treated. The Deff for microwave and drying in an oven was higher. The flakes of handle pre-treated with osmotic dehydration were the best preserved the appearance of the flakes of mango.

KEY WORDS:Tommy Atkins, Osmotic dehydration, No thermal technology, Complementary drying, Effective diffusivity.


RESUMO

A aplicação de tecnologias complementares, tais como a desidratação osmótica e microondas como pré-tratamento para a secagem convencional contribui para o desenvolvimento de novos produtos e ajuda a reduzir a alterações organolépticas no punho física, química e. O objectivo foi o de avaliar o efeito de desidratação osmótica com uma solução a 65°brix de 37-40°C durante 60 min, o tratamento por microondas a 560 W durante 7 min e combinados como um pré-tratamento de secagem flocos de manga a 70°C num tabuleiro de forno e o tipo de sol. Amostras do punho 11 a 14 ° Brix e 80% de umidade foram dimensionados para 1x1x0,4 cm. A perda de peso e o tempo de secagem no pré-tratado mostrou diferenças significativas (p <0,05), a maior perda de peso de 66,0% no pré-tratamento combinado. O modelo logístico (R2>0,99) foi ajustada para a secagem sem pré-tratamento e modelo Vermet et al. (R2>0,99) para o pré-tratada. O forno de microondas Deff e secagem em estufa foi maior. Flocos pré-tratados com alça osmótica desidratação foram o melhor preservada a aparência de flocos de manusear.

PALAVRAS-CHAVE:Tommy Atkins, Desidratação osmótica, Nenhuma tecnologia térmica, Secagem adicional, Difusividade efetiva.



INTRODUCCIÓN


Los procesos de deshidratación convencionales tienen el inconveniente de someter el producto alimenticio a altas temperaturas que alteran las propiedades organolépticas, nutricionales y reduce el potencial antioxidante que tiene el mango [1]. Una alternativa es la aplicación de un pre-tratamiento como la deshidratación osmótica o la tecnología por microondas que elimine la mayor cantidad de agua previa al secado; la primera es un método no térmico de deshidratación mediante el cual se logra obtener productos de humedad intermedia con muy buena calidad organoléptica y la segunda es una tecnología cuyo mecanismo de calentamiento se da desde el centro del producto a la superficie.

Estudios recientes aplican tecnologías emergentes como la ventana refractaria para deshidratar rebanadas de mango [2], la aplicación de una potencia de 1000 W en microondas a tres diferentes geometrías de rebanadas de mango [3] y la deshidratación osmótica como pre-tratamiento al secado con temperaturas de 60 y 70°C han evaluado la influencia del proceso en la cinética de secado, el tiempo del tratamiento, el efecto sobre la pérdida de agua, nutrimentos y color [4].

La deshidratación osmótica ha sido usada como pre-tratamiento para la remoción parcial de agua en frutas frescas y vegetales; además, porque durante el proceso reduce el consumo de energía y mejora la calidad del producto [5]. Para una buena conservación de la materia prima y del producto final en hojuelas de mango de la variedad cv. Tommy Atkins, se evaluó la influencia de los pre-tratamientos sobre la velocidad de secado y la preferencia por los consumidores del producto deshidratado. La aplicación de pre-tratamientos con tecnologías complementarias como la deshidratación osmótica y microondas contribuye al desarrollo de nuevos productos, favoreciendo la disminución de los cambios adversos que ocurren durante el uso de métodos convencionales [4], Secado osmo-deshidro-congelación [6], osmo-convectivo [7, 8] y liofilización [9]. El mango por su color amarillo brillante, flavor característico y valores nutricionales, es excelente para la producción de chips [10].

El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto del pre-tratamiento aplicado por microondas, deshidratación osmótica y la combinación de los anteriores sobre la cinética de secado en horno, al sol y la percepción de los consumidores de las características de la hojuela de mango.


MÉTODO


Adecuación de la muestra

Los mangos (cv. Tommy Atkins) utilizados como materia prima se seleccionaron con un índice de madurez de 0,125,11 a 14°Brix y humedad de 80±1% los cuales se sometieron a operaciones de lavado, pelado,troceado para obtener las hojuelas de una dimensión de 1 cm x 1 cm x 0,4 cm.

En la determinación de los sólidos solubles se utilizó una lectura refractométrica (método AOAC 932.12/90) [11]. La acidez se midió por el método de titulación potenciométrica (método AOAC 942.05/90) [11]. El índice de madurez se calculó empleando la relación de sólidos solubles/acidez.

Pre-tratamiento de secado

Deshidratación osmótica. Se utilizó una solución desacarosa de 65°Brix por 60 min y temperatura ambiente de 37 a 40°C. Las hojuelas de mango (100 g) se dispusieron en bolsas plásticas para posteriormente sumergirlas en soluciones osmótica con relación peso muestra: volumen solución 1:5. Una vez culminado el tiempo del tratamiento, la muestra deshidratada se escurrió por 15 min en un colador para eliminar el exceso de solución osmótica.

Deshidratación por microondas. Se utilizó un horno microondas doméstico de marca Haceb HM-1.1 con una frecuencia de 2450 MHz y dimensiones internas de 354 mm x 228 mm x 373 mm. Se tomaron 50 g de muestra y se distribuyeron uniformemente en el plato del microondas a una potencia de 560 W por 7 min. La masa de las muestras durante el secado se obtuvo pesando en una balanza analítica (Mettler PS4000 con exactitud ± 0,01 g).

Combinado. Se aplicó el pre-tratamiento de deshidratación osmótica seguido de microondas, acorde a los procedimientos preliminares.

Tratamiento de secado

Secado al sol. Se utilizaron bandejas de 50 g de muestra y se expusieron a la radiación solar de 9:00 a las 15:00 hasta peso constante, en la sede Berastegui ubicada en el corregimiento de Berástegui,municipio de Ciénaga de Oro, Departamento de Córdoba,Colombia.

Secado por convección. Se usó un horno convección marca Technicook modelo MINICONV con dimensiones 580 mm de ancho, 630 mm de profundidad, 435 mm de alto, tipo bandeja. La temperatura de secado fue de 70°C.

Determinación cinética de secado

Las curvas de secado se realizaron registrando la pérdida de peso de la muestra cada 10 min en las primeras 2 h de proceso y luego cada 30 min hasta peso constante. Los pesos obtenidos se convierten en términos de humedad libre empleando la ecuación 1:

Dónde: W es el peso del sólido húmedo (kg totales de agua más sólido seco), Ws es el peso del sólido seco (g MS), y Xt es la relación entre el peso del agua y el peso del sólidoseco a un determinado tiempo (g de agua/g de sólido seco).

Con el fin de determinar el modelo que mejor describe el comportamiento cinético de secado de mango en cada método se utilizaron los modelos de Newton, Page, Page Modificado, Henderson y Pabis, Logaritmico,Thomson, Difusional, Dos términos, Midilli y Kucuk, Modificado de Henderson y Pabis, Two Term Exponential, Verma et al., Modified Page Equation-II y se seleccionó el que mejor se ajustó a los datos experimentales. La razón de humedad (MR) durante el secado fue calculada usando la ecuación 2:

Donde M es el contenido de humedad en un tiempo específico, Me es el contenido de humedad de equilibrio y Mo es el contenido inicial de humedad, todas expresadas en g agua/g MS. Se utilizó el método de regresión no lineal para estimar las constantes de los modelos, la suma de cuadrados del error (SSE) y el coeficiente de determinación (R2) serán estimados para evaluar la falta de ajuste de los modelos. Bajos valores de SSE y altos de R2 se usarán como criterio para indicar el alto ajuste del modelo. Para el cálculo del coeficiente difusivo se utilizó el modelo difusional de la solución de la segunda ley de Fick para una geometría de lámina infinita [12] y distribución uniforme de la humedad inicial de donde se toma solo el primer término de la ecuación 3:

Donde Deff es el coeficiente efectivo de difusividad de agua (m2/s); t es el tiempo (segundos), L es la longitud característica de la lámina finita (m) y n es el número de series de la sumatoria.

Evaluación sensorial

Las muestras de mango deshidratado se evaluaron mediante un panel sensorial integrado por 50 consumidores, mediante una prueba de ordenamiento simple de Friedman, con una valoración de 1 a 8, siendo 1 la de menor preferencia y 8 la de mayor preferencia.

Diseño experimental

Se aplicó un diseño experimental completamente al azar con arreglo factorial 4x2 correspondiente a la variable categórica pre-tratamiento con cuatro niveles (DO: deshidratación osmótica; MW: microondas, SPt: sin pretratamiento y DOMW: combinado) y el Tratamiento de secado al sol y convectivo (E); 3 repeticiones para un total de 24 unidades experimentales. Los datos fueron analizados por el programa Statgraphics Centurion XVI.


RESULTADOS

Cinética del secado de las hojuelas de mango

Los parámetros físico químicos del mango deshidratado fueron 12,3±0,7°Brix y 0,69±0,1% acidez expresada como ácido cítrico, correspondiendo a un grado 4 de madurez para el mango variedad Tommy Atkins [13]. En el Cuadro 1, las velocidades de secado iníciales promedio más altas se generan cuando se aplica un pre-tratamiento de microondas y se secan los chips en horno y al sol, siendo la primera más alta.

La velocidad de secado disminuyó al aplicar el pre-tratamiento de DO, esto puede explicarse por la presencia de una capa superficial de células colapsadas por efecto del tratamiento osmótico en la muestra, que contribuirá a aumentar la resistencia al transporte de masa cerca de la interface de los experimentos de secado. Esta resistencia también puede verse afectada por la entrada de solutos principalmente en los espacios intercelulares [14]. En términos generales, dependiendo del método de secado la velocidad varia (Figura 1); por lo tanto, en función de los datos obtenidos se deduce que la cinética de secado de las hojuelas de mango es dependiente del método de secado empleado y del pre-tratamiento que se le realice a las muestras.

Figura 1

En todos los casos se puede decir que las velocidades de secado iníciales promedio son mayores cuando se utiliza el método de secado convencional (horno) que cuando las muestran son secadas al sol,esto debido a que la temperatura de secado en estufa es mayor que la del sol.

En las curvas de velocidad de secado se presenta una ausencia de los periodos de velocidad constante y un comportamiento muy variable en la zona de velocidad decreciente. Una primera fase donde el descenso de la humedad es parcialmente proporcional a la disminución de la velocidad de secado, observándose un endurecimiento superficial del solido provocado por la desecación de la cara superior del producto.

La segunda fase donde la pérdida de humedad es mucho más lenta que la de la fase anterior, lo que indica que el agua tiene gran dificultad para migrar hacia la superficie. Esta alta variabilidad implico aumentos y disminuciones abruptas de la velocidad de secado,en algunos lapsos durante el secado, debido a la forma aplanada de las hojuelas. También se puede decir que la ausencia del periodo constante se debe a la aplicación de los pre-tratamientos, en donde el producto tuvo una pérdida de humedad considerable, presentandoestos dos periodos ausentes en las gráficas de velocidad de secado. Estudios similares mostraron este comportamiento cuando se evaluó el efecto de las condiciones de secado sobre la cinética de deshidratación[15,16].

Modelos matemáticos

El modelo logarítmico describe satisfactoriamente las curvas de secado de los chips de mango cuando nose les realiza ningún pre-tratamiento a las muestras con valores de R2 superiores a 0,99 y la suma de cuadrados de error inferiores al 1% para el secado en estufa y al sol. En el Cuadro 2 se observan los parámetros del modelo logarítmico para el secado en estufa y al sol sin realizar pre-tratamientos, el valor del parámetro k es mayor para el secado en estufa presentando un valor de 1,46, describiendo unas curvas con mayor pendiente que indica una mayor velocidad de secado; mientras que el valor de k para el secado al sol es de 0,46.

Se estudió la cinética de secado en capa delgada en hojas y tallos de perejil a través del método convencional y aplicando doce modelos matemáticos encontró que el modelo de Verma et al. y Logarítmico se ajustan muy bien a sus datos experimentales [17]; sin embargo, el modelo que mejor ajuste presentó fue el de Midilli and Kucuk; los modelos de Page y Logarítmico en hojuelas (2,8 mm espesor) de mango secadas a 65°C [18]; en otros productos hortofruticos los modelos de Page y Silva et allí describieron la cinética en capa delgada de banano [19]; secado de limón ajustando al modelo logarítmico [20]; Midilli and Kucuk mostro mejor ajuste en secado con microondas de pimienta verde [21].

Cuando se le aplican pre-tratamientos a las muestras el modelo que mejor describe la cinética de secado es el modelo de Verma et al. con valores de R2 superiores a 0,99 y la suma de cuadrados de error inferiores al 1% para el secado en estufa y al sol. En el Cuadro 3 se muestran los valores de los parámetros del modelo de Verma et al. para el secado en estufa y sol al aplicar pre-tratamientos en microondas, deshidratación osmótica y la combinación de ambos.

Difusividad efectiva

Los valores de difusividad (Cuadro 4) fueron mayores para el secado en estufa en comparación a los del sol, lo que demuestra una disminución de las resistencias internas del solido cuando se utiliza este método de secado, una explicación de ese aumento se puede deber a la temperatura que se utiliza en el secado en estufa, la cual es mayor que las temperaturas que se alcanzan cuando se seca al sol.

Por su parte podemos ver que el valor de la difusividad mayor fue el del secado en estufa cuando se aplica el pre-tratamiento por microondas, el cual representa un valor de 1,33x10-10 m2/s y el menor valor está representado por el secado al sol cuando no se aplica ningún pretratamiento, valor que corresponde a 3,69x10- 10 m2/s. Los valores de difusividad se encuentran comprendido en valores desde 1,33x10-8 m2/s hasta 3,69x10-10 m2/s, valores reportados de 3,19 x10-10 m2/s en mango [11], hojuelas de mango (21x70x150mm) con aire caliente a 70°C para 1,714x10-10 m2/s [22], lonjas de mango de 1 y 2 mm de grueso, secando con ventana refractaria 4,4x10-10 m2/s y 1,56x10-10 m2/s respectivamente [2]; mango (60x30 mm) pretratado con ácido ascórbico 2,22x10-9 m2/s [23], judía con cubierta externa [24], guayaba secada por aire caliente 1,5x10-9 m2/s y DO (70°Brix) más aire caliente 2,00x10-9 m2/s [25].

Evaluación sensorial

La evaluación general de la apariencia de las hojuelas indica que existe una diferencia estadísticamente significativa (p<0,05) entre las medias de los 8 tratamientos cuando se aplicó el test de ordenamiento de Friedman. Acorde a los resultados el tratamiento que mejor preferencia por los consumidores (Figura 2)tuvo, fue el DOE y el menor fue MWSol.

El criterio de los consumidores al considerar que la muestra tratada MWSol es la de menor aceptación está en concordancia con el decremento del color amarrillo brillante característico del mango fresco, lo que indica que el consumidor al elegir siempre compara con el producto fresco. Esto es debido a la pérdida de los carotenoides durante el secado, los cuales constituyen el principal componente del mango maduro fresco. Se compararon diferentes métodos de secado en chips de mango obteniendo menor oscurecimiento en tratamiento con menor temperatura (30°C) combinado con microondas al vacío [26]. En contraste los tratamientos con DO tuvieron la mayor preferencia del consumidor porque conservaron la apariencia cercana al color brillante del mango fresco. Existe una correlación positiva entre la preferencia del consumidor y el color de láminas de mango DO [27].

La apariencia es el atributo que más causa impacto a la hora de escoger por parte del consumidor, siendo el color la característica más relevante, constituyéndose en el primer criterio para su aceptación o rechazo. El color está relacionado con la calidad, el índice de madurez y el efecto del proceso de deshidratación. El consumidor espera un determinado color para cada alimento y cualquier alteración en éste parámetro puede influir en su aceptabilidad [28].


CONCLUSIONES

Los pre-tratamientos de deshidratación osmótica, microondas y combinado extrajeron un alto porcentaje de humedad en las hojuelas reduciendo los tiempos de secado al sol y en horno. Es el pre-tratamiento combinado el que más retiró agua y redujo los tiempos de secado; sin embargo, el pretramiento de deshidratación osmótica fue el que mejor mantuvo las características de apariencia de las hojuelas de mango deshidratadas.

El proceso de secado Microondas - Sol fue el de mayor decremento de los parámetros de color, traduciéndose en el tratamiento que más demerito las características de las hojuelas de mango respecto al mango fresco. Los tratamientos con deshidratación osmótica fueron los que mejor conservaron la apariencia de las hojuelas de mango.


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