8/19/2019 zanahoria tesiss
1/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
2/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
3/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
4/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
5/143
ÍNDICE
i
ÍNDICE
ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................................... iv
ÍNDICE DE CUADROS ................................................................................................... viii
NOMENCLATURA ............................................................................................................ x
RESUMEN ....................................................................................................................... xii
ABSTRACT .................................................................................................................... xiii
I. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1
II. ANTECEDENTES ...................................................................................................... 3
II.1 El Secado ............................................................................................................ 3
II.2 Mecanismos de transferencia de humedad.......................................................... 5
II.3 Cambios inducidos por el secado en frutas y vegetales ....................................... 8
II.3.1 Encogimiento ................................................................................................ 9
II.3.2 Rehidratación ............................................................................................. 12
II.3.3 Color ........................................................................................................... 13
II.4 Secado en lecho por fuente ............................................................................... 15
II.4.1 Lecho por fuente convencional ................................................................... 15
II.4.2 Lecho por fuente fluidizado ......................................................................... 17
II.5 La Zanahoria y sus beneficios ........................................................................... 19
II.5.1 El consumo de zanahoria en México .......................................................... 20
II.5.2 Producción de zanahoria ............................................................................ 22II.5.3 Composición química ................................................................................. 24
II.5.4 Carotenoides .............................................................................................. 25
II.5.5 Beta Caroteno ............................................................................................ 26
II.5.6 Enzimas presentes en la zanahoria ............................................................ 28
III. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 32
IV. OBJETIVOS ............................................................................................................. 33
IV.1 Objetivo general .................................................................................................... 33
IV.2 Objetivos específicos ............................................................................................ 33V. MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................... 34
V.1 Materia prima ......................................................................................................... 34
V.2 Materiales y Reactivos de grado analítico .............................................................. 34
V.3 Equipo de secado .................................................................................................. 35
V.3.1 Secador de lecho por fuente convencional semipiloto .................................... 35
8/19/2019 zanahoria tesiss
6/143
ÍNDICE
ii
V.3.2 Secador de lecho por fuente fluidizado nivel laboratorio .................................. 36
V.4 Desarrrollo experimental ....................................................................................... 38
V.4.1 Acondicionamiento de la muestra ................................................................... .40
V.4.2 Secado en una sola etapa .............................................................................. .40
V.4.3 Secado en dos etapas ..................................................................................... 41
V.4.3.1 Primera etapa de secado ....................................................................... 41
V.4.3.2 Segunda etapa de secado ..................................................................... 42
V.5 Determinación de las propiedades físicas de los cubos de zanahoria .................... 43
V.5.1 Volumen de partícula ....................................................................................... 43
V.5.2 Densidad de partícula (Densidad aparente) ..................................................... 43
V.5.3 Determinación del radio equivalente ............................................................... 44
V.6 Determinación de humedad ................................................................................... 44
V.7 Determinación de propiedades hidrodinámicas ...................................................... 45
V.7.1 Velocidad mínima de fluidización ..................................................................... 45
V.7.2 Velocidad mínima de formación de la fuente ................................................... 46
V.8 Determinación de curvas de secado ...................................................................... 47
V.9 Determinación de curvas de velocidad de secado ................................................. 47
V.10 Determinación de los coeficientes difusivos ......................................................... 48
V.11 Determinación de encogimiento ........................................................................... 49
V.12 Determinación del coeficiente de difusividad incluyendo el efecto de
encogimiento….. .......................................................................................................... 49
V.13 Determinación de β -carotenos ........................................................................... 50
V.14 Determinación de actividad enzimática ................................................................ 51
V.14.1 Obtención de extractos .................................................................................. 51
V.14.2 Actividad de peroxidasa (POD) ...................................................................... 52
V.14.3 Actividad de pectin metil esterasa (PME) ....................................................... 52
V.15 Determinación de color ........................................................................................ 53
V.16 Determinación de la capacidad de rehidratación .................................................. 53
VI. PRUEBAS PRELIMINARES ...................................................................................... 54
VII. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................................. 57
VII.1 Caracterización física de los cubos de zanahoria ................................................. 57
VII.2 Hidrodinámica de los sistemas estudiados ........................................................... 59
VII.3 Secado en una sola etapa.................................................................................... 62
8/19/2019 zanahoria tesiss
7/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
8/143
ÍNDICE
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura II.1. Curva de velocidad de secado. (Adaptado por Barbosay Vega, 1996).
4
Figura II.2. Curva de encogimiento ideal con o sin porosidad inicial. 10
Figura II.3. Encogimiento no ideal sin porosidad inicial: curva deencogimiento ideal (línea continua); curva experimental (curvapunteada).
10
Figura II.4. Esquema de un secador de lecho por fuente (Spoutedbed) (Epstein y Grace, 1984).
16
Figura II.5. Esquema de un secador de lecho por fuente-fluidizado. 17
Figura II.6. Zanahoria (Daucus carota L.) tipo Nantes. 19
Figura II.7. Principales países productores de zanahoria durante elaño 2008.
22
Figura II.8. Producción de zanahoria por estado de la RepúblicaMexicana en el año 2008.
23
Figura II.9. a) Estructura de α-Caroteno, β-Caroteno, y -
Caroteno.
26
Figura V.1. Secador de lecho por fuente convencional nivelsemipiloto.
35
Figura V.2. Secador de lecho por fuente- fluidizado nivellaboratorio.
37
Figura V.4. Diagrama de bloques del desarrollo experimental delsecado en una sola etapa.
38
Figura V.3. Diagrama de bloques del desarrollo experimental delsecado en dos etapas. 39
Figura VII.1. Velocidad mínima de formación de la fuente de cubosde zanahoria con 90 % de humedad en el secador de lecho porfuente semipiloto.
59
8/19/2019 zanahoria tesiss
9/143
ÍNDICE
v
Figura VII.2. Velocidad mínima de fluidización para cubos dezanahoria con 90 % de humedad.
60
Figura VII.3. Velocidad mínima de fluidización para cubos dezanahoria con 70 % de humedad
60
Figura VII.4. Variación de la velocidad superficial del aire duranteel secado de cubos de zanahoria en el secador lecho por fuentesemipiloto.
63
Figura VII.5. Curvas de secado obtenidas durante ladeshidratación de cubos de zanahoria en una sola etapa desecado a 60 °C, 70 °C y 80 °C.
65
Figura VII.6. Polinomios obtenidos en el esquema de una solaetapa de secado para determinar la velocidad de secado a) 60 °C,
b) 70 °C, c) 80 °C.
66
Figura VII.7. Curva de velocidad de secado de cubos de zanahoriaen una sola etapa de secado a 60, 70 y 80 °C respecto a lahumedad base seca.
67
Figura VII.8. Curva de velocidad de secado de cubos de zanahoriaen una sola etapa de secado a 60, 70 y 80 °C respecto al tiempo.
68
Figura VII.9. Humedad incumplida con respecto al tiempo de unasola etapa de secado de cubos de zanahoria deshidratadas en elsecador lecho por fuente convencional a 60, 70 y 80 °C.
69
Figura VII.10. Curvas de secado obtenidas durante ladeshidratación de cubos de zanahoria en las dos etapas desecado a 60 °C, 70 °C y 80 °C.
71
Figura VII.11. Polinomios obtenidos en el esquema de dos etapas de secado para determinar la velocidad de secado a) 60 °C, b) 70°C, c) 80 °C.
72
Figura VII.12. Curva de velocidad de secado en dos etapas decubos de zanahoria a 60, 70 y 80 °C.
73
Figura VII.13. Curva de velocidad de secado de cubos dezanahoria en la primera etapa a 60, 70 y 80 °C.
74
Figura VII.14. Curva de velocidad de secado de cubos dezanahoria en la segunda etapa a 60, 70 y 80 °C.
74
8/19/2019 zanahoria tesiss
10/143
ÍNDICE
vi
Figura VII.15. Curva de velocidad de secado de cubos dezanahoria en una sola etapa de secado a 60, 70 y 80 °C respectoal tiempo.
75
Figura VII.16. Humedad incumplida con respecto al tiempo de laprimera etapa de secado de cubos de zanahoria deshidratadas enel secador lecho por fuente convencional a 60, 70 y 80 °C.
76
Figura VII.17. Humedad no alcanzada con respecto al tiempo de lasegunda etapa de secado en el secador lecho por fuentefluidizado a 60, 70 y 80 °C.
77
Figura VII.18. Curvas de secado obtenidas durante ladeshidratación de cubos de zanahoria en una sola etapa y dosetapas de secado a 60 °C.
79
Figura VII.19. Curvas de secado obtenidas durante la
deshidratación de cubos de zanahoria en una sola etapa y dosetapas de secado a 70 °C.
80
Figura VII.20. Curvas de secado obtenidas durante ladeshidratación de cubos de zanahoria en una sola etapa y dosetapas de secado a 80 °C.
80
Figura VII.21. Encogimiento de zanahoria versus humedadadimensional en zanahoria secada a 60, 70 y 80 °C durante elsecado de una sola etapa.
85
Figura VII.22. Encogimiento de zanahoria versus humedadadimensional en zanahoria secada a 60, 70 y 80 °C durante elsecado de dos etapas.
86
Figura VII.23. Logaritmo natural de humedad incumplida enfunción de /r´2 de la primera etapa de secado de cubos dezanahoria deshidratadas en el secador de lecho por fuenteconvencional a 60, 70 y 80 °C.
88
Figura VII.24. Logaritmo natural de humedad incumplida enfunción de /r´2 de la segunda etapa de secado de cubos dezanahoria deshidratadas en el secador de lecho por fuentefluidizado a 60, 70 y 80 °C.
89
Figura VII.25. Logaritmo natural de humedad incumplida enfunción de /r´2 del secado en una sola etapa en el secador delecho por fuente convencional a 60, 70 y 80 °C.
89
8/19/2019 zanahoria tesiss
11/143
ÍNDICE
vii
Figura VII.26. Curvas de secado a 60°C para el esquema de dosetapas comparada con la generada por el modelo de ajuste de la2da Ley de Fick a partir de los coeficientes difusivos obtenidos sinconsiderar el encogimiento (SE).
92
Figura VII.27. Curvas de secado a 60°C para el esquema de dosetapas comparada con la generada por el modelo de ajuste de la2da Ley de Fick a partir de los coeficientes difusivos obtenidosconsiderando el encogimiento (CE).
92
Figura VII.28. Cambios en el contenido de humedad versus tiempode rehidratación en zanahoria deshidratada a 60, 70 y 80 °C endos etapas.
93
Figura VII.29. Cambios en el contenido de humedad versustiempo de rehidratación en zanahoria deshidratada a 60, 70 y 80°C en una sola etapa.
94
Figura VII.30. Curva tipo trans β-caroteno en éter de petróleo puro. 98
Figura VII.31. Porcentaje de retención de carotenos en zanahoriadeshidratada a 60, 70 y 80 °C.
99
Figura VII.32. Retención de actividad de peroxidasa en cubos dezanahoria deshidratados.
101
Figura VII.33. Retención de actividad de pectinmetilesterasa encubos de zanahoria deshidratados.
103
8/19/2019 zanahoria tesiss
12/143
ÍNDICE
viii
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro II.1. Composición química de la zanahoria (valoresnutricionales por 100 g).
24
Cuadro VII.1. Propiedades físicas evaluadas en los cubos de
zanahoria fresca.
57
Cuadro VII.2. Propiedades físicas de cubos de zanahoriadeshidratados en una sola etapa y dos etapas a 60, 70 y 80 °C.
57
Cuadro VII.3. Cambios de velocidad de aire en el secador lecho porfuente semipiloto en el esquema de una sola etapa a lastemperaturas de 60, 70 y 80 °C.
62
.Cuadro VII.4. Coeficientes de difusión para cubos de zanahoria a 60,70 y 80 °C en una sola etapa.
70
Cuadro VII.5. Coeficientes de difusión para cubos de zanahoria a 60,70 y 80 °C en dos etapas. 78
Cuadro VII.6. Gasto volumétrico en los esquemas de secado decubos de zanahoria en una y dos etapas para las diferentescondiciones de secado.
82
Cuadro VII.7. Pendientes obtenidas del logaritmo de la humedadincumplida respecto al tiempo obtenidas en los procesos de secadoen una sola etapa y dos etapas.
83
Cuadro VII.8. Regresiones lineales de logaritmo de radio
experimental en función de logaritmo de mt/mo para los esquemasde dos etapas y una sola etapa a 60, 70 y 80 °C.
87
Cuadro VII.9. Coeficientes de difusión para cubos de zanahoria a 60,70 y 80 °C en una sola etapa y dos etapas corregidos por laecuación de Hawlader.
90
Cuadro VII.10. Coeficientes de difusión promedio para cubos dezanahoria a 60, 70 y 80 °C en dos etapas y una sola etapa desecado sin el efecto de encogimiento (S/E) y con el efecto deencogimiento (C/E).
91
Cuadro VII.11. Contenido de humedad después de la rehidrataciónde cubos de zanahoria secos en los esquemas de dos etapas y unasola etapa.
95
Cuadro VII.12. Pérdida de sólidos solubles durante la rehidrataciónde cubos de zanahoria secos en los esquemas de dos etapas y unasola etapa.
96
8/19/2019 zanahoria tesiss
13/143
ÍNDICE
ix
Cuadro VII.13. Determinación de color ( ΔL*, Δa*, Δb* y D.E) enzanahoria deshidratada.
105
8/19/2019 zanahoria tesiss
14/143
x
NOMENCLATURA
a* = Factor de color (saturación y definición del componente rojo-verde)
b* = Factor de color (ángulo de tono y definición del componente amarillo-azul)
d1 = Diámetro de la cámara a la cual estaba calibrado el soplador (14.2 cm)d2 = Diámetro de la cámara de trabajo (9 cm)
Def = Coeficiente de difusión efectiva (m2/s)
DE = Factor de color (diferencia de color)
dX/dθ = Cambio de humedad con respecto al tiempo (kg humedad/ kg de sólidoseco segundo)
gss = gramos de sólidos seco (g)
L = espesor de la placa (m)
mo = masa inicial del sólido deshidratado (g)
mp = masa de las partículas (g).
mt = masa al tiempo t (g)
Np = número de partículas
r = Radio de la esfera (m)
r a = radio del cilindro (m)
r eq = radio de esfera equivalente (m)
r ´ = radio de la partícula durante el secado (m)
Ta = temperatura de entrada en el ánulo (°C)
Ts = temperatura de entrada en la fuente (°C)
Umf = velocidad mínima de fluidización (m/s)
Ums = velocidad mínima de formación de la fuente (m/s)Vc = volumen inicial de las partícula (m
3)
V = volumen de la partícula con contenido de humedad X (m 3)
Vp = volumen de partícula (m3)
Vda = volumen desplazado de aceite (m3)
8/19/2019 zanahoria tesiss
15/143
NOMENCLATURA
xi
X = Contenido de humedad base seca (kg de agua /kg de sólido seco)
x = Dimensión espacial característica del material de secado (m)
Xo = Contenido de humedad inicial (kg de agua /kg de sólido seco)Xe = Contenido de humedad en el equilibrio (kg de agua /kg de sólido seco)
LETRAS GRIEGAS
ε = Porosidad
= Tiempo (s)
= Humedad no alcanzada (adimensional) = Delta aplicada en los factores de color
8/19/2019 zanahoria tesiss
16/143
xii
RESUMEN
En el presente trabajo se realizó un estudio comparativo de la deshidratación de
cubos de zanahoria en esquemas de secado en lecho por fuente en una sola
etapa y en dos etapas: la primera desde la humedad inicial de aproximadamente
90% hasta 70% base húmeda y la segunda etapa de 70% hasta el contenido de
humedad final de 10% base húmeda a las temperaturas de secado de 60, 70 y 80
°C. Para cada esquema de secado se construyeron las curvas de secado, se
determinaron los coeficientes difusivos y se evaluó la degradación térmica del
producto con la retención de betacarotenos, actividad enzimática de peroxidasa y
pectinmetilesterasa, capacidad de rehidratación y color del producto deshidratado.
Así también, debido al encogimiento que presentan los cubos de zanahoria
durante el secado se evaluó la difusividad del agua considerando este efecto. Enel secado de dos etapas en los secadores de lecho por fuente y lecho por fuente
fluidizado se logró mantener una velocidad de aire constante en cada uno de ellos,
por lo que el control de la operación se facilita respecto a la operación en una
etapa que requiere la reducción constante del flujo de aire y por tanto la operación
es más compleja. Los coeficientes de difusión efectiva en el esquema de una sola
etapa están en el intervalo de 2.16 a 9.93 x 10 -10 m2/s, mientras en el esquema de
dos etapas varían de 1.28 a 16.3 x 10-10 m2/s donde los coeficientes de difusión
efectiva son mayores en la primera etapa de secado respecto a la segunda etapa
de secado, aun considerando el efecto de encogimiento. El porcentaje de
retención de β-carotenos en ambos esquemas fue de 80 a 90 %, no se encontró
diferencia estadística significativa a 60, 70 y 80 °C. Respecto a la actividad
enzimática residual de peroxidasa se obtuvieron porcentajes de retención de 20 a
35 %, sin embargo la actividad de la pectinmetilesterasa que es más
termoresistente en la zanahoria se obtuvieron porcentajes de retención de 90%.
El agua absorbida durante la rehidratación fue mayor en los cubos deshidratados
en dos etapas que en una sola etapa, encontrándose lixiviación de sólidos
solubles entre 50 a 60 % en ambos esquemas. El parámetro de diferencia total de
color de las muestras de zanahoria deshidratadas no indica diferencia significativa
en el cambio de color respecto a la zanahoria fresca.
8/19/2019 zanahoria tesiss
17/143
xiii
ABSTRACT
In this work a comparative study in dehydrated carrot cubes was done in the
spouted-bed dryer with comparing one stage of drying and two stages of drying:the first stage were finalized when the initial moisture content about 90%
decreased to 70% (wet basis) and the second stage to the final moisture content of
about 10% (wet basis) with air temperatures of 60, 70 and 80 °C. For each scheme
of drying the drying curves were constructed and diffusive coefficients were
determined. Thermal degradation was evaluated with betacarotene retention,
peroxidase activity, pectinmethylesterase activity, rehydration tests and color of
dehydrated product. Besides and due the shrinkage of carrot cubes during drying,
water diffusivity was evaluated with correction for shrinkage.
In two-stage drying was possible maintained constant air flow in both dryers, wich
facilitates the operation compared to one-stage drying wich requires constant
reduction of the air flow. Coefficients of effective diffusion in one-stage drying are in
the order of 2.16 to 9.93 x 10-10 m2 s-1, while in two-stages drying were in the order
of 1.28 to 16.23 x 10-10 m2 s-1 where coefficients of effective diffusion were higher
in first stage, even considering the shrinkage effect. The β-carotene retention in
both schemes of drying was 80 to 90 % without statistical difference at 60, 70 and
80°C. Peroxidase retention was in the order of 20 to 35%, while
pectinmethylesterase was 90 %. Water absorption was higher in dehydrated carrot
cubes from two-stage drying at 60°C than at 70 and 80°C while in one-stage
drying, water absorption was similar to conditions of drying temperatures. Also was
observed leaching of soluble solids between 50 - 60% in both schemes of drying.
Parameter of total difference of color in dehydrated carrot cubes compared with
fresh carrots, indicates no significant difference in the color change.
8/19/2019 zanahoria tesiss
18/143
1
I . INTRODUCCIÓN
En México la zanahoria (Daucus carota L.) es una hortaliza de amplia producción
principalmente en la parte central del país. La cual es consumida a nivel nacional e
internacional en una variedad de opciones de procesamiento para su posterior
utilización. Una de las formas de transformación es la deshidratación para ser
utilizada como materia prima en otros productos como sopas instantáneas o
alimentos precocinados (Zambrano et al.,2007).
El secado o deshidratación de alimentos, es el método más antiguo empleado
para su conservación, donde las propiedades físicas y bioquímicas del alimento
cambian principalmente debido a la pérdida de humedad (Flores, 2007). En esteproceso, el agua ubicada en la capa superficial del alimento es removida mediante
su conversión a vapor en una primera etapa, y posteriormente el agua del interior
migra a la zona de menor concentración siendo subsecuentemente removida
(Changrue, 2006). Bajo cualquier tecnología de secado, el objetivo principal para
el caso de frutas y vegetales e inclusive cereales es reducir el contenido de
humedad para inhibir el crecimiento microbiano, minimizar la actividad enzimática
y lograr la estabilidad del compuesto nutricional de interés.
La deshidratación de zanahoria se ha reportado en un sin número de
investigaciones por diferentes métodos como: solar, convección, microondas,
osmótico, vacío, infrarojo, liofilización (Changure, 2006; Sablani, 2006). Sin
embargo, el método por convección con aire caliente es el más empleado en la
deshidratación de frutas y vegetales, cobrando en las últimas décadas relevada
importancia el secador de lecho por fuente convencional y lecho por fuente
fluidizado por ofrecer ventajas como alta transferencia de humedad y buenmezclado de partículas lo que provoca homogeneidad en el proceso e
incrementos en la velocidad de secado (Zielinska y Markowski, 2007).
8/19/2019 zanahoria tesiss
19/143
INTRODUCCIÓN
2
Durante el secado de zanahoria por lotes en secadores de lecho por fuente y
lecho por fuente fluidizado es necesario reducir el flujo de aire conforme el tiempo
de secado transcurre, debido al encogimiento que sufre la partícula lo que hace
difícil el control del proceso; por lo tanto en este trabajo se propone el secado endos etapas para facilitar el control del proceso, sin variación en el flujo de aire y
estudiar el efecto sobre la calidad final del producto comparándolo con el proceso
de secado en una sola etapa.
8/19/2019 zanahoria tesiss
20/143
3
I I . ANTECEDENTES
II.1 EL SECADO
El secado comúnmente describe el proceso de remoción térmica de agua para
conseguir un producto sólido. El agua en un producto se presenta como una
solución líquida dentro de un medio sólido, atrapada en la microestructura de este
último; la cual ejerce una presión de vapor menor que la del líquido puro, y es
llamada humedad ligada. Al exceso de agua se le llama no enlazada o no ligada
(Menon y Mujumdar, 1987).
Cuando un producto húmedo sufre algún tratamiento térmico, dos procesos
ocurren simultáneamente:
1. Transferencia de energía (calor) del medio circundante para evaporar la
humedad superficial del producto.
2. Transferencia de la humedad interna a la superficie del producto
subsecuentemente evaporada debido al proceso 1.
La velocidad a la cual el secado es realizado depende de la procedencia de losdos procesos mencionados. La transferencia de energía en forma de calor a la
superficie del producto puede ocurrir como resultado de una convección,
conducción y radiación y, en algunos casos como resultado de la combinación de
estos efectos. Los secadores industriales difieren en tipo y diseño, dependiendo
del método principal de transferencia de calor empleado. En la mayoría de los
casos el calor es transferido a la superficie del producto húmedo, y posteriormente
al interior. Aunque, en otros tipos de secado como microondas, dieléctrico y de
radiofrecuencia, la energía es suplementada para generar calor dentro del
producto y este fluye a la superficie (Menon y Mujumdar, 1987).
8/19/2019 zanahoria tesiss
21/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
22/143
AN TE CEDENTES
5
encuentra en el interior. La temperatura en la superficie corresponde
aproximadamente a la de bulbo húmedo del aire de secado (Geankoplis,
2006).
Período de velocidad decreciente. El punto C representa el inicio de éste
período y corresponde al contenido crítico de humedad (Xc) en el sólido. El
período de velocidad decreciente se divide en dos etapas: 1) representado
por el segmento C-D, que se da cuando las zonas húmedas en la
superficie disminuyen continuamente hasta que la superficie está seca
completamente (punto D). En este período la película superficial de
humedad del sólido se reduce debido a que la velocidad de movimiento del
líquido a la superficie es menor que la velocidad de transferencia de masadesde la superficie; 2) representado por el segmento D-E, donde el plano
de evaporación se traslada al interior del sólido. Al continuar el secado, la
velocidad del movimiento de la humedad a través del sólido controla la
velocidad de secado, a causa de los gradientes de concentración entre el
interior y la superficie (Treybal, 1993; Geankoplis, 2006).
II.2 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE HUMEDAD
El movimiento del agua en el sólido puede explicarse por distintos mecanismos
como son: difusión del líquido debido a gradientes de concentración, difusión del
vapor debido a la presión parcial de vapor, movimiento del líquido por fuerzas
capilares, difusión de Knudsen, movimiento del liquido por fuerzas de gravedad y
difusión superficial (Chen y Johnson, 1969; Bruin y Luyben, 1980; Fortes y Okos,
1980 citados en (Barbosa y Vega, 1996). El movimiento del agua a través delalimento depende tanto de su estructura porosa como de las interacciones del
agua con la matriz alimentaria (Barbosa y Vega, 1996).
8/19/2019 zanahoria tesiss
23/143
AN TE CEDENTES
6
El principal mecanismo en el secado de sólidos es la difusión del agua (Van
Arsdel, 1963; Geankoplis, 1983) y se lleva a cabo en capilares, poros y pequeños
huecos llenos con líquido. El líquido difunde hacia afuera hasta que alcanza la
superficie donde pasa a la corriente global del aire. Sin embargo, la teoría de la
difusión no tiene en cuenta el encogimiento, casos de endurecimiento o isotermas
de adsorción. La ley de Fick es usada frecuentemente para describir el proceso de
difusión de la humedad.
Donde X es el contenido de humedad libre, es el tiempo, x es la dimensión
espacial, y Def es el coeficiente de difusión.
La solución de esta ecuación está sujeta a las siguientes condiciones (Barbosa y
Vega, 1996; Pakowski y Mujumdar, 1987; Markowski et al., 2006; Togrul, 2006):
La transferencia de masa es unidimensional.
El sólido tiene un contenido de humedad inicial uniforme.
El movimiento interno de humedad es la principal resistencia a la
transferencia de humedad.
La transferencia de calor interna y externa se considera insignificante.
La solución de la ley de Fick modificada para diferentes geometrías con las
siguientes condiciones iniciales y de límite (Markowski et al., 2006) se presentan a
continuación (Pakowski y Mujumdar, 1987):
= 0 0 x r X = Xo
0 x = 0 0 x
X
0 x = r X = Xe
2
2
x
XDef
θ
X
1
8/19/2019 zanahoria tesiss
24/143
AN TE CEDENTES
7
a. Esfera
2
ef 22
r
θDn
1n22
en
16
eO
e
X X
X X
Donde X es el contenido de humedad al tiempo , Xo es el contenido de humedad
inicial, Xe es el contenido de humedad de equilibrio, Def es el coeficiente de
difusión efectiva m2/s, y r es el radio de la esfera.
b. Placa
2
ef 22
4L
θD12n
1n
22e
12n
18
eO
e
X X
X X
Donde L es la mitad del espesor de la lámina si se seca por ambas caras o el
espesor total de la lámina si se seca por una sola cara.
c. Cilindro
θDβ
1n
2
n
2
a
ef
2
neβ
1
r
4
eO
e
X X
X X
En la que r a es el radio del cilindro y βn son las raíces de la función de Bessel de
primera clase y orden cero.
Para tiempos largos de secado, tal y como ocurre en la mayoría de los casos
prácticos, sólo el primer término de la serie es significativo, por o que las
ecuaciones anteriores se reducen como sigue (Heldman y Sing, 1981):
a. Esfera
2
2ef
r
θD
2
6
e
X X
X X
eO
e
2
3
4
5
8/19/2019 zanahoria tesiss
25/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
26/143
AN TE CEDENTES
9
Respecto al secado de zanahoria se han reportado diferentes métodos, entre los
que destacan métodos por convección, por microondas, liofilización, etc
(Markowski et al., 2006). Dentro del secado en lotes a través de convección se
encuentran secadores de lecho fluidizado (Reyes et al., 2002, Markowski et al.,
2006), lecho fluidizado con ciclos de atemperado (Fano, 2008) y lecho por fuente
fluidizado (Zielinska y Markowski, 2007, Cárdenas, 2007). Este último ofrece
ventajas en la economía de operación con buena calidad del producto final,
comparable con las otras técnicas de secado, por lo que se utiliza en el presente
trabajo.
II.3.1 ENCOGIMIENTO
Uno de los más importantes cambios físicos que el alimento sufre durante el
secado es la reducción de su volumen. La pérdida de agua y el calentamiento
causan estrés en la estructura celular del alimento (Mayor y Sereno, 2004).
Cuando el agua es removida del material, se produce un desequilibrio de presión
entre la parte interna y externa del material, lo que conduce al encogimiento o
colapso de la estructura, cambios en la forma y ocasionalmente formación de
grietas en el producto (Mayor y Sereno, 2004).
En el caso del secado, el encogimiento es una consecuencia de la evaporación de
un disolvente contenido en una matriz sólida. Si la reducción en volumen es
proporcional a la pérdida de masa, el encogimiento es conocido como ideal (figura
II.2), el cual se presenta en el secado convectivo de zanahoria. Por otro lado, si la
reducción en volumen es menor que el volumen de agua evaporada (figura II.3), la
operación de secado genera un incremento en la porosidad del material, este
encogimiento es conocido como no ideal (Madiouli et al., 2007).
8/19/2019 zanahoria tesiss
27/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
28/143
AN TE CEDENTES
11
Los modelos fundamentales se basan en balances de masa, definiciones de
densidad y porosidad, asumen en la mayoría de los casos adición de los
volúmenes de las diferentes fases en el sistema. Además no es necesario obtener
datos experimentales de encogimiento a cada condición del proceso, como en el
caso de los modelos empíricos (Susuki et al., 1976; Lozano et al., 1983: Mayor y
Sereno, 2004).
El encogimiento de un producto puede ser expresado en términos del volumen
específico, colapso y proporción de encogimiento. El uso del parámetro de colapso
es útil para dar seguimiento al encogimiento comparado con el volumen final. El
volumen específico es adecuado para comparar muestras idénticas porque esteparámetro indica las diferencias en la porosidad. La proporción de encogimiento
es un buen indicador del porcentaje de masa perdida durante el proceso (Madiouli
et al, 2007).
Talla et al . (2004), Guiné et al . (2006) y Ochoa (2007) analizan este fenómeno en
frutas, en el que se produce cambios en el volumen y área de transferencia de
calor y masa, debido a la contracción parcial de los tejidos por la pérdida de agua,
afectando de manera particular el coeficiente de difusión del material, el cual es
uno de los principales parámetros controlados en el proceso de secado. En el
secado de zanahoria, la presencia de este fenómeno tiene un efecto considerable
en la calidad como lo reportan Kerdpiboon y Devahastin (2007) y, Zielinska y
Markowski (2007). Otra importante consecuencia del encogimiento es el descenso
de la capacidad de rehidratación del producto seco (Mayor y Sereno, 2004).
Los modelos empleados para determinar los coeficientes de difusividad de la
humedad, predicen las curvas de secado de manera más aproximada cuando son
corregidos por el efecto del encogimiento. Park (1998) evaluó la deshidratación de
músculo de pescado, usó dos modelos que incluyen y excluyen el encogimiento,
los resultados conducen a diferencias significativas en los valores de Def y su
8/19/2019 zanahoria tesiss
29/143
AN TE CEDENTES
12
dependencia de la temperatura. Así también Hassini et al. (2007) encontró valores
diferentes de Def en el secado de papa al evaluar diferentes métodos, el primero
basado en la solución analítica del modelo difusivo de Fick y el segundo basado
en la solución numérica de la combinación de las ecuaciones de transferencia de
masa y humedad.
Debido al encogimiento ideal que presentan los cubos de zanahoria durante el
secado (Madiouli et al., 2007), es importante evaluar la difusividad del agua
considerando este efecto, para lo cual en el presente trabajo se propone usar la
ecuación de Hawlader citada por Giovanelli et al, (2002) quien propone una
correlación para predecir el radio (r´) de un alimento durante el secado, la cual es
una relación de la masa inicial del alimento (m0) y al tiempo (m), en donde n esun parámetro de ajuste y r se refiere al radio inicial. Esta ecuación es a siguiente:
n
om
mr r´
II.3.2 REHIDRATACIÓN
La rehidratación es un importante paso en el uso de frutas y vegetales
deshidratados. Los consumidores han mostrado un alto interés en alimentos
saludables y listos para preparar; donde factores como conveniencia, frescura, alta
calidad, sabor y adecuada reconstitución son esenciales para la aceptación del
producto (Hollingsworth, 2002). Durante la rehidratación se presentan tresprocesos simultáneos: la capacidad de adsorber agua por parte del material
deshidratado, el hinchamiento de biopolímeros y lixiviación de sólidos solubles
(Witrowa y Lewicki, 2006; Krokida y Marinos-Kouris, 2003).
(8)
8/19/2019 zanahoria tesiss
30/143
AN TE CEDENTES
13
La cinética de rehidratación de zanahoria deshidratada es afectada por factores
como método de secado, composición del medio de rehidratación, tiempo,
velocidad de mezclado y porosidad (Marabi et al ., 2006). Por ejemplo, la
rehidratación de zanahoria liofilizada es más rápida que la zanahoria secada por
convección; pero por otro lado una alta cantidad de carbohidratos es lixiviada
(Marabi, et al 2004), principalmente sacarosa, fructosa y glucosa. Las muestras de
zanahoria liofilizadas presentan una estructura altamente porosa lo que provoca
un aumento en la disolución de sólidos solubles y mayor rapidez en la capacidad
de rehidratación (Stepien, 2008).
El grado de rehidratación está en función del grado de ruptura de la célula y de su
estructura (Krokida y Marinos-Kouris, 2003; Lewiki et al, 1997). Durante el secadose presenta una ruptura celular irreversible, resultando la pérdida de la integridad y
por lo tanto, una estructura densa de vasos capilares encogidos y destruidos con
propiedades hidrófilas reducidas, que refleja una incapacidad en la retención de
agua suficiente del producto rehidratado (Krokida y Marinos-Kouris, 2003).
II.3.3 COLOR
En el secado se presentan reacciones de deterioro que afectan el color,
propiedades nutricionales, textura y sabor en el producto final (Koca et al., 2007).
Durante el secado por convección, las condiciones de temperatura y humedad del
aire contribuyen al cambio de color como lo reportan Krokida et al. (1998) y Aversa
et al. (2009). Las reacciones de deterioro continúan posterior a este proceso, en el
que la velocidad de la reacción es influenciada por las condiciones de
almacenamiento (Koca et al., 2007).
El color es considerado como la cualidad dominante de la calidad debido a su
relación con el sabor y aroma. La decoloración del alimento es la consecuencia de
varias reacciones incluyendo la degradación del pigmento, la cual incluye
obscurecimiento especialmente de carotenos y clorofila por la reacción de
Maillard, condensación de la glucosa y fructosa, así como la oxidación de ácido
8/19/2019 zanahoria tesiss
31/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
32/143
AN TE CEDENTES
15
II.4 SECADO EN LECHO POR FUENTE
II.4.1 LECHO POR FUENTE CONVENCIONAL
El buen funcionamiento de los equipos de secado garantiza la calidad del productofinal, donde el control de las condiciones es determinante para el establecimiento
de un secado estándar en la industria. En el secado de lecho por fuente, al igual
que en otros secadores como el fluidizado, una de las variables determinantes
para estandarizar el método es el control de flujo de aire y el reacomodo de
partículas en el lecho; para con ello obtener una adecuada curva de secado. La
aplicabilidad de la técnica de lecho por fuente para el secado de productos
granulares que son demasiado gruesos para ser rápidamente fluidizadas fue
reconocida a principios de la década de 1950 (Pallai et al., 1987).
El secador de lecho por fuente convencional (figura II.4) consiste de un recipiente
cilíndrico con fondo cónico equipado con una boquilla de entrada para el ingreso
del aire para formar la fuente (medio de secado). Este dispositivo sufre de
limitaciones de capacidad debido a que debe tener una altura de lecho máxima y
la problemática involucrada al tratar de ampliar el aparato más allá de 1 m de
diámetro (Pallai et al., 1987).
El recipiente cilíndrico es llenado con partículas sólidas relativamente grandes
(Dp>1 mm), si la velocidad de inyección del fluido es lo suficientemente alta
provocará una corriente de partículas que ascienden rápidamente a través de una
cavidad central o “spout” formada dentro del lecho de sólidos. Después de
alcanzar cierta altura sobre el nivel del lecho las partículas caen sobre la región
anular, es decir la zona localizada entre la pared del recipiente y la cavidadcentral, donde éstas viajan rápidamente hacia abajo y en cierto grado hacia el
interior del lecho flojamente empacado (Barret et al., 1985; Epstein y Grace, 1984).
8/19/2019 zanahoria tesiss
33/143
AN TE CEDENTES
16
Figura II.4. Esquema de un secador de lecho por fuente (Spouted bed) (Epstein yGrace, 1984).
De esta forma el lecho global de partículas se encuentra formado por una parte
central diluida con movimiento ascendente de sólidos en flujo paralelo con el fluido
y de una fase anular densa con movimiento descendente de sólidos en
contracorriente con el fluido que percuela al interior de la zona anular. Un
movimiento cíclico sistemático de sólidos es entonces establecido, provocando
que esta técnica posea un patrón hidrodinámico único, siendo más conveniente
que la fluidización convencional para ciertas aplicaciones (Barret et al., 1985).
Se han propuesto en la literatura varias modificaciones al lecho convencional de
manera de subsanar algunas de sus limitantes entre las que se encuentra el lecho
por fuente fluidizado.
8/19/2019 zanahoria tesiss
34/143
AN TE CEDENTES
17
II.4.2 LECHO POR FUENTE FLUIDIZADO
Con el objetivo de aumentar la velocidad de secado en la zona anular del lecho se
ha propuesto una modificación al lecho por fuente convencional que permita
incrementar la aireación del lecho anular, el cual es llamado lecho por fuente
fluidizado (figura II.5).
La técnica de secado en lecho por fuente-fluidizado ofrece ventajas como
coeficientes altos de transferencia de calor y masa y buen mezclado de partículas
que mejoran la homogenización del proceso y el incremento en la proporción de
secado (Zielinska y Markowski, 2007).
Figura II.5. Esquema de un secador de lecho por fuente-fluidizado.
Zielinska y Markowski (2007) reportan el secado de zanahoria en un secador lecho
por fuente-fluidizado, que en términos estrictos con base a Chaterjee, (1970)
respecto a la descripción del equipo no se puede considerar como tal debido a que
el flujo de aire se suministra a través de un distribuidor de flujo entre la sección
8/19/2019 zanahoria tesiss
35/143
AN TE CEDENTES
18
cilíndrica y cónica del equipo formándose un lecho fluidizado con mayor flujo de
aire en el centro del cuerpo del secador. Ellos corroboran la necesidad de
disminuir la velocidad de aire conforme el proceso de secado transcurre por el
efecto sobre las partículas de zanahoria, lo que complica la aplicabilidad práctica
del secador.
Cárdenas (2007) deshidrató cubos de zanahoria en un secador de lecho por
fuente fluidizado con flujos de aire independientes por el canal central y la zona
anular, sin embargo reporta que debido al encogimiento es imposible mantener la
velocidad de aire de secado constante por lo que es necesario disminuir los flujos
de aire por ambas zonas conforme disminuye la cantidad de humedad del sólido.
Para evitar el problema de la disminución del flujo de aire durante el secado
Almeida et al. (2004) realizaron el secado de cubos de guayaba por lotes en dos
etapas; la primera etapa en lecho fijo y la segunda en lecho por fuente, pero aun
así reportan una importante reducción de los valores de densidad y diámetro de
partícula en la segunda etapa de secado.
Pallai et al. (1987) sugieren el secado de zanahoria en dos etapas en continuo
empleando el secador lecho por fuente; sin embargo, debido al encogimiento
significativo de las partículas reportan que es necesario reducir el flujo de aire de
secado y la temperatura entre la primera y segunda etapa, encontrando resultados
favorables tanto en calidad del producto como eficiencia de secado.
Con base a lo anterior, en este trabajo se estudia el secado por lotes de cubos de
zanahoria en dos etapas en lecho por fuente, manteniendo en cada una de ellas
condiciones constantes para facilitar el control de la operación.
8/19/2019 zanahoria tesiss
36/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
37/143
AN TE CEDENTES
20
madurez como el estado con el máximo valor del cociente de sacarosa y hexosas
(fructosa y glucosa).
Sin embargo, durante el almacenamiento un comportamiento común es el
incremento en el contenido de hexosas (fructosa y glucosa) y descenso de
sacarosa (Le Dily et al., 1993). Por otro lado, Lavelli et al. (2006) reporta el
descenso de la concentración de azúcares de 40 % y 5% después de días de
almacenamiento a 4 y 10 °C. En el caso del contenido de carotenos, no ocurrió
degradación a las temperaturas indicadas, por tanto puede emplearse como índice
de madurez.
II.5.1 EL CONSUMO DE ZANAHORIA EN MÉXICO
Esta hortaliza ha mostrado un importante crecimiento en México desde 1975, a tal
grado que se han duplicado tanto las áreas sembradas como la producción.
(Claridades agropecuarias, 2000)
La zanahoria es una de las hortalizas más consumidas en México, siendo el
consumo en fresco el que ha prevalecido a lo largo de las últimas décadas comoel mayor demandante de este producto (Claridades Agropecuarias, 2000).
Sin embargo, para la última década el consumo de hortalizas empacadas como
mínimos procesados y enlatados han tenido un realce importante como resultado
de los modelos de desarrollo actuales, y las nuevas perspectivas de consumo de
la población nacional (García, 2004). Dichas tendencias implican el desarrollo de
tecnología para la disponibilidad de productos diferenciados en el mercado, siendo
el secado una de las alternativas mayormente explotadas para la conservación de
los alimentos (Flores, 2007).
8/19/2019 zanahoria tesiss
38/143
AN TE CEDENTES
21
En el mercado existe gran cantidad de variedades que se pueden clasificar de
diversas maneras: color, origen, forma etc., aunque la más eficaz y concreta es
realizar una clasificación por su longitud. Con base a ésta última, la zanahoria se
puede clasificar como sigue (SIAP, 2003):
Zanahoria Nantes: Tipo de raíces de tamaño medio, con un peso cercano a 150 g,
de un largo variable entre 15 a 20 cm y un grosor de 3 cm, de forma cilíndrica, y
de color naranja intenso. Son las zanahorias que dominan el mercado para
consumo freso en muchos países.
Zanahoria Emperador: Tipo de raíces largas y delgadas, con un peso cercanos a
150 g y de un largo superior a 20 cm, de forma aguzada, de color naranja intensoy acentuado sabor dulce.
Zanahoria Baby: Como su nombre lo indica, este tipo presenta raíces pequeñas,
con un peso de pocos gramos y un largo inferior a 10 cm, de forma cilíndrica con
punta redondeada, y de color naranja intenso.
8/19/2019 zanahoria tesiss
39/143
AN TE CEDENTES
22
II.5.2 PRODUCCIÓN DE ZANAHORIA
Datos de la FAO (FAOSTAT, 2010) indican que los principales países productores
son China, Rusia, Estados Unidos, Polonia y Japón, los cuales en conjunto
producen poco más del 50 % de total mundial. Con datos analizados a partir delaño 2000 a 2008, China es el principal productor a nivel mundial, en el último año
reportado por FAO este país aportó alrededor del 30 % del total mundial con una
producción de 9,292.32 miles de toneladas, mientras que Estados Unidos ocupa el
tercer lugar en producción. Es importante resaltar que el área destinada al cultivo
en este país es menor que en China, pero los rendimientos son los más altos de
los países analizados.
México aunque está dentro de los primeros 20 productores a nivel mundial, la
producción alcanzada en el mismo año fue de 386.04 miles de toneladas. En la
figura II.7 se presentan los principales países productores y la participación de
México respecto a la producción de zanahoria en el año 2008.
Figura II.7. Principales países productores de zanahoria durante el año 2008
(FAOSTAT, 2010).
8/19/2019 zanahoria tesiss
40/143
AN TE CEDENTES
23
Respecto a la producción nacional (figura II.8) de zanahoria se ha mantenido
constante entre los años 2000 a 2008 que es el año hasta donde se tiene datos
de acuerdo con el Sistema de Información Agropecuaria de Consulta (SIACON
2010). En México, la producción de zanahoria se lleva a cabo en cerca de 25
estados, aunque sólo cinco en conjunto han concentrado cerca del 86% de la
superficie sembrada y cosechada, así como de la producción, estos estados son
Guanajuato, Puebla, Zacatecas, México y Querétaro.
Figura II.8. Producción de zanahoria por estado de la República Mexicana en el
año 2008 (SIACON 2010).
En la Revista Claridades Agropecuarias del año 2000 reporta que de la producción
nacional de zanahoria, cerca del 88 % de la producción total es consumida por la
población nacional. Del cual aproximadamente el 90 % se destina par el consumo
en estado fresco para los diversos usos que los consumidores particulares pueden
hacer de ella. El porcentaje restante es destinado para el uso de la agroindustria,
sobre todo en elaboración de ensaladas, sopas instantáneas, así también como
complemento de chiles enlatados.
8/19/2019 zanahoria tesiss
41/143
AN TE CEDENTES
24
II.5.3 COMPOSICIÓN QUÍMICA
El consumo de zanahoria ha aumentado por sus cualidades nutritivas debido al
contenido de vitaminas, minerales y fibra (cuadro II.1). Los carbohidratos son los
compuestos mayoritarios, la sacarosa es el azúcar predominante, seguido por la
glucosa y la fructosa. (Alasalvar et al., 2001; Suojala, 2000).
Cuadro II.1.Composición química de la zanahoria (valores nutricionales por 100 g).
Parámetro Unidad Cantidad
Agua % 90
Carbohidratosg 7.3
Proteínas g 0.6
Fibra g 3.4
Lípidosg
0.24
Vitaminas Unidad Cantidad Minerales Unidad Cantidad
A, retinol µg 774 Sodio mg 60
B1, Tiamina mg 0.07 Potasio mg 290
B2,Riboflavina mg 0.05 Magnesio mg 17
B3,Niacina mg 0.9 Calcio mg 37
B6, piridoxina mg 0.1 Fósforo mg 36
C, ácidoascórbico
mg 6.5 Hierro mg 0.5
E, Alfatocoferol
mg 0.4 Zinc mg 0.4
Vitamina K µg 19
Folato µg 16.4
Carotenoides µg 11326.1
Alonso, 2004; Fineli ® National Institute for Health and Welfare http://www.fineli.fi/food.php.
8/19/2019 zanahoria tesiss
42/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
43/143
AN TE CEDENTES
26
Los carotenoides más comunes son: Fucoxantina, Luteína, Violaxantina,
Neoxantina, α- caroteno, β-caroteno, Zeaxantina, licopeno, Capsantina, Bixina y
Criptoxantina (Badui, 2006).
En la zanahoria existen seis tipos de carotenos - , β-, - , y -carotenos,licopeno, β-zeacaroteno; de los cuales, β- carotenos son los predominantes
(Simon y Wolff, 1987; Heinonen, 1990; Surles, 2004). Actualmente la demanda de
β- caroteno ha incrementado debido a su actividad de provitamina A y los efectos
benéficos a la salud. Es la mayor fuente de provitamina A, provee el 17 % del
consumo total de vitamina A (Block, 1994).
II.5.5 BETA CAROTENO
El beta caroteno (figura II.9) es parte de la familia de los carotenoides, que como
ya se mencionó son encontrados en muchas frutas y vegetales, al igual que en
algunos productos animales como las yemas de huevo. Los carotenoides fueron
por primera vez aislados a inicios del siglo XIX, y han sido sintetizados para su uso
como colorantes desde 1950 (Badui, 2006).
Figura II.9. Estructura de α-Caroteno, β-Caroteno y -Caroteno.
8/19/2019 zanahoria tesiss
44/143
AN TE CEDENTES
27
Biológicamente el beta caroteno es el más importante al ser el precursor de la
vitamina A. Tiene propiedades antioxidantes y puede ayudar a la prevención de
cáncer y otras enfermedades.
El beta caroteno (C40H56), tiene dos anillos de ionona unidos a través de una
cadena intermedia isoprenoide con nueve dobles ligaduras conjugadas que
contribuyen a la estabilidad y el color de los carotenoides. La abertura de los
anillos o el aumento de la conjugación de los enlaces produce un cambio de color
hacia el rojo, mientras que la epoxidación o la pérdida de conjugación produce
colores amarillos. La diferencia entre los isómeros y estriba en la posición de
una doble ligadura en al anillo -ionona como se observa en la figura II.9, mientras
que el isómero tiene solamente un grupo cíclico cerrado (Badui, 2006).
Debido a su estructura, los carotenos están sujetos a cambios como la
isomerización y oxidación durante el procesamiento y almacenamiento, entre las
consecuencias están la pérdida de color, actividad biológica y de sus
características organolépticas. La oxidación se genera por radicales libres,
generados por altas temperaturas, presencia de oxígeno, metales, enzimas;
exposición a la luz, severidad del tratamiento térmico; material de empaque ycondiciones de almacenamiento (Rodriguez-Amaya ,2001). La pérdida de estos
pigmentos se presenta generalmente durante el secado de frutas y vegetales
(Badui, 2006 y Phanindra et al., 2001).
8/19/2019 zanahoria tesiss
45/143
AN TE CEDENTES
28
II.5.6 ENZIMAS PRESENTES EN LA ZANAHORIA
Anthon y Barret (2002) reportaron la presencia de peroxidasa (POD), pectin
metilesterasa (PME) y poligalacturonasa (PG) en la zanahoria. Mencionan que la
polifenoloxidasa (PFO) solo se encuentra en la cáscara, la cual es generalmentedesechada durante el proceso industrial al que se destine la zanahoria.
La PG y la PME están involucradas en la degradación de pectinas, afectando la
viscosidad y textura del producto. La PFO es la responsable del oscurecimiento y
desarrollo de colores desagradables. La POD cataliza la decoloración de
carotenoides en ausencia de ácidos grasos insaturados y de antocianinas,
además de ser resistente a la inactivación por calor (Badui, 2006).
La enzima peroxidasa (EC 1.11.1.7) cataliza las reacciones de oxidación usando
peróxidos u oxígeno como aceptor de hidrógeno. El mecanismo de las
peroxidasas está basado en la formación del complejo enzima – donador de
hidrógeno (Hemeda y Klein, 1991). Los donadores de hidrógeno pueden ser
fenoles, aminas u otros compuestos orgánicos. Los productos que son formados
durante la oxidación depende de la identidad de los donadores de hidrógeno
(Soysal y Soylemez, 2005).
La enzima pectinmetilesterasa (EC 3.1.1.11) cataliza la de-esterificación del
polímero ácido poligalacturonico metil ester para formar ácido pectico, metanol y
iones de hidrogeno como parte de enzimas pecticas de hidrolización, y conduce a
la formación de un gel pectato de calcio (Nguyen et al., 2002).
Konno et al. (1981) ha reportado actividad de la enzima exopoligalacturonasa (EC
3.2.1.67) en la zanahoria. El papel fisiológico de las enzimas poligalacturonasas es
romper el enlace glucosídico - (1-4) del ácido galacturónico de las pectinas por
una acción que se puede llevar a cabo tanto en el interior del polímero (endo)
como a partir de los extremos (exo) (Badui, 2006). Esta enzima presenta alta
8/19/2019 zanahoria tesiss
46/143
AN TE CEDENTES
29
estabilidad térmica lo que sugiere actividad residual después de tratamientos
térmicos (Anthon y Barret, 2002).
Para prevenir cambios durante el almacenamiento, frutas y vegetales son
generalmente sujetos a algún tipo de tratamiento térmico para inactivar estas
enzimas. Tratamientos como escalde, pasteurización, esterilización comercial son
comúnmente usados, sin embargo también se propone el uso de alta presión o
campos eléctricos pulsados (Anthon y Barret, 2002).
La estabilidad térmica de los carotenos y las enzimas antes mencionadas pueden
emplearse como indicadores de termodegradación en métodos de conservación
como el secado.
Fano et al. (2008) determinó el efecto del atemperado sobre el proceso de
deshidratación por lecho fluidizado de cubos de zanahoria reflejado en la
retención de carotenos, actividad residual de las enzimas invertasa, peroxidasa y
polifenoloxidasa y rehidratación. De los resultados obtenidos el esquema de
secado que presenta más ventajas en tiempo de proceso es 20 x 20 (relación al
tiempo de secado x tiempo de reposo) a 70 °C de temperatura del aire, en el que
se logra retener aproximadamente 95 % del contenido total de carotenos, y
respecto a la actividad enzimática residual obtuvo porcentajes de 22% de
peroxidasa y 50 % de invertasa.
Cardenas, (2007) realizó la deshidratación de cubos de zanahoria en lecho
fluidizado, lecho por fuente fluidizado con y sin tubo central. Evaluó parámetros de
calidad como la retención de carotenos no encontrando degradación de éstos en
ninguno de los secadores probados. De igual forma evaluó la actividad residual de
peroxidasa, obtuvo cerca del 60% de retención en el secador de lecho por fuente
fluidizado con tubo central contra 40 % en lecho fluidizado para condiciones
similares de secado. También evaluó la actividad de pectinmetilesterasa
8/19/2019 zanahoria tesiss
47/143
AN TE CEDENTES
30
observando una retención de alrededor del 100 % en el secado de lecho por
fuente fluidizado con tubo central con respecto a 94 % en lecho fluidizado.
Así también a continuación se mencionan otros trabajos donde se realizó la
deshidratación de zanahoria empleando diferentes técnicas de secado evaluando
como parámetro de calidad el contenido de carotenos:
Regier et al. (2005) investigaron la estabilidad de β-caroteno durante la
deshidratación por convección con aire y gas inerte, microondas-vacío y
liofilización de zanahoria. Después del secado por convección a temperaturas
debajo de 70 °C, el contenido de β-caroteno no cambió independiente del medio
de secado. El secado por liofilización no mostró ventaja frente al secado porconvección respecto a la retención de carotenos. En microondas-vacío se obtuvo
alta retención de carotenos en un corto tiempo de cerca de 2 horas.
Wang y Xi, (2005) realizaron el secado de zanahoria en un sistema de microondas
de dos etapas, evaluando el contenido de β-caroteno y la capacidad de
rehidratación. El contenido de β-caroteno disminuyo con un incremento en la
potencia aplicada durante la segunda etapa y duración de la primera etapa.
Suvarnakuta, et al. (2005) evaluaron la degradación de β-caroteno bajo diferentes
procesos de secado como vapor sobrecalentado a baja presión (LPSSD), vacío y
por convección. El secado por LPSSD y en vacío provocan menor degradación de
β-caroteno que en el caso de convección. La pérdida de β-caroteno dependió más
de la temperatura de la zanahoria que del contenido de humedad determinados a
lo largo de cada uno de los procesos de secado.
Phanindra et al. (2001) investigaron el efecto de la combinación del secado por
liofilización y convección en la calidad de la zanahoria. El contenido total de
carotenoides fue afectado significativamente durante el proceso. El secado por
convección produce encogimiento, dureza y baja rehidratación. El producto
8/19/2019 zanahoria tesiss
48/143
AN TE CEDENTES
31
liofilizado es poroso y presentó buena rehidratación. La calidad de la zanahoria a
través del secado por combinación de métodos fue superior al secado por
convección y similar a la liofilización en lo que respecta a apariencia y
rehidratación.
Zhen- Wei et al. (2004) compararon el efecto del secado sobre rebanadas de
zanahoria empleando microondas-vacío , liofilización y convección. Los resultados
muestran que la retención de carotenos con el secado por microondas-vacío fue
próximo a liofilización y mejor que por el método convencional de convección.
Como se puede apreciar en los trabajos antes mencionados, existen reportes
donde se compara varios procesos de deshidratación de zanahoria y donde en lamayoría se utilizó la concentración de β-caroteno como parámetro de calidad y en
otros además de éste, se analiza la actividad enzimática residual. Es por este
motivo que en el presente trabajo se hace un estudio comparativo del daño
térmico sufrido por la zanahoria en términos de degradación enzimática como
peroxidasa y pectinmetilesterasa, además del contenido de carotenos durante el
secado en una etapa y dos etapas en lecho por fuente con el objetivo de mejorar
la calidad del producto deshidratado.
8/19/2019 zanahoria tesiss
49/143
32
I I I . JUSTIFICACIÓN
El uso de secadores que funcionan por convección es una alternativa para
métodos de secado como el secado por liofilización o con vacío debido a los altos
costos de inversión y de mantenimiento. Los secadores de lecho por fuente y
lecho por fuente-fluidizado se han aplicado para el secado de vegetales como la
zanahoria con el objetivo de mejorar la calidad del producto final. Dentro de las
principales ventajas del uso de estos secadores esta la reducción de los tiempos
de secado al mejorar el contacto de sólido-gas, logrando menor daño térmico en el
producto deshidratado. Sin embargo, debido al gran efecto de encogimiento que
se produce durante este proceso, no es posible mantener la velocidad de aire
constante en el secado por lotes y se hace necesario reducirla conforme el tiempo
de operación transcurre, lo que dificulta la operación del equipo.
En el caso de la zanahoria, el proceso de secado cobra importancia debido a la
gran termolabilidad que tienen sus componentes, principalmente el contenido de
beta carotenos, cuyo contenido es apreciado nutricionalmente por losconsumidores. Por tanto, en el presente proyecto se realizó el secado por lotes de
cubos de zanahoria en dos etapas, aprovechando las ventajas del secador de
lecho por fuente convencional y lecho por fuente-fluidizado en conjunto, bajo
condiciones constantes de operación respecto al flujo de aire para minimizar el
efecto de encogimiento respecto al control de la operación. Asi mismo, se evaluó
la degradación térmica del producto con la retención de betacarotenos, actividad
enzimática de peroxidasa y pectinmetilesterasa, capacidad de rehidratación y color
del producto deshidratado.
8/19/2019 zanahoria tesiss
50/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
51/143
34
V. MATERIALES Y MÉTODOS
V.1 MATERIA PRIMA
Zanahoria (Daucus carota L.) tipo Nantes obtenida de un mercado local.
V.2 MATERIALES Y REACTIVOS DE GRADO ANALÍTICO
Espectrofotómetro UV-Vis Jenway 6305
Espectrofotómetro colormate HDS
Molino de café marca Braun KSM2
Estufa de vacío marca Lindberg/Blue M
Cubicador de papas a la francesa manual marca Acosta
Material de uso común en el laboratorio
Eter de petróleo (Marca REALYT´S)
Acetona (Marca REALYT´S)
Arena de mar (lavada y seca) (Marca Mallinckrodt)
Agua desionizada
Sulfato de sodio anhidro (Marca REASOL) β-caroteno puro (Marca SIGMA)
Peróxido de Hidrógeno (Marca REASOL)
Hidróxido de sodio 0.01 N (Marca J.T. Baker)
Hidróxido de sodio 0.1 N (Marca J.T. Baker)
Cloruro de sodio (Marca Monterrey, S.A.)
Pectina cítrica (Marca REASOL)
o-dianisidina (Marca SIGMA)
Aceite comestible
8/19/2019 zanahoria tesiss
52/143
MATERIALES Y MÉTODOS
35
V.3 EQUIPO DE SECADO
V.3.1 SECADOR DE LECHO POR FUENTE CONVENCIONAL SEMIPILOTO
La deshidratación de cubos de zanahoria en dos etapas se realizó en secadores
de lecho por fuente de diferente dimensión debido a que al deshidratar la carga
inicial se reduce el tamaño de la partículas conforme transcurre el proceso de
secado. Por tanto, en el esquema de dos etapas se requiere de un secador más
pequeño para alimentar la carga procedente de la primera etapa de secado.
El secador de lecho por fuente convencional a utilizar en la primera etapa de
secado está formado por una columna cilíndrica de acrílico de 60 cm de alto, de
25 cm de diámetro interno colocado sobre una base cónica de acero inoxidable de
60° de ángulo interno (figura V.1).
Figura V.1. Secador de lecho por fuente convencional nivel semipiloto.
La columna de acrílico sostiene en la parte superior una malla metálica de acero
inoxidable de 4 mm de apertura con el fin de impedir la salida de material
deshidratado. Esta malla tiene una perforación circular en la que se inserta la tolva
de alimentación de acero inoxidable de 15 cm de diámetro y ángulo de 60°
internos.
8/19/2019 zanahoria tesiss
53/143
MATERIALES Y MÉTODOS
36
El flujo de aire necesario para la fuente es manejado por un turbo ventilador de
5 HP, controlado por medio de una válvula de compuerta y medido con un medidor
de orificio el cual fue calibrado con un anemómetro de propela (Anexo 1). El
sistema de calentamiento consiste de un quemador de gas LP controlado con una
válvula de aguja y la temperatura del aire en la entrada es medida con un
termopar tipo K.
Las velocidades superficiales de aire inyectado al secador para la fuente se
midieron determinando las diferencias de presión del flujo de aire a través de un
medidor de orificio conectado a un manómetro en U para el soplador con base a la
curva de calibración del Anexo 1.
V.3.2 SECADOR DE LECHO POR FUENTE FLUIDIZADO NIVEL LABORATORIO
Dado el encogimiento sufrido por los cubos de zanahoria en la primera etapa de
secado, la segunda etapa se realiza en un secador de lecho por fuente nivel
laboratorio, que por limitaciones del ventilador para el aire por la fuente fue
necesario trabajarlo como lecho por fuente fluidizado para poder formar la fuente y
permitir la libre circulación de las partículas.
El cuerpo del equipo está formado por una columna cilíndrica de acrílico de 50 cm
de alto, 14.3 cm de diámetro interno, colocado sobre una base cónica de acero
inoxidable perforada en toda su superficie que conduce de manera independiente
tanto el aire adicional a través del espacio anular del lecho, como el aire central
para formar la fuente (figura V.2). El flujo de aire necesario para la fuente y el
ánulo es manejado por ventiladores independientes con sus respectivas válvulas
de control.
8/19/2019 zanahoria tesiss
54/143
MATERIALES Y MÉTODOS
37
Figura V.2. Secador de lecho por fuente- fluidizado nivel laboratorio.
El sistema de calentamiento tanto para el aire anular como para la fuente está
formado por un sistema de resistencias eléctricas, operadas por un control
automático de tipo proporcional derivativo con sensor tipo K para mantener las
temperaturas de entrada de aire al valor especificado.
La velocidad del aire alimentado al secador para la fuente y para la región anular
se determina con las diferencias de presión del flujo de aire a través de medidores
de orificio conectados a manómetros de agua, previamente calibrados con un
anemómetro de propela (Anexo 2 a y b).
La columna de acrílico sostiene en la parte superior una malla metálica de acero
inoxidable de 4 mm de apertura con el fin de impedir la salida de material
deshidratado. Esta malla tiene una perforación circular en la que se inserta la tolva
de alimentación de acero inoxidable con 15 cm de diámetro y ángulo de 60°
internos.
8/19/2019 zanahoria tesiss
55/143
MATERIALES Y MÉTODOS
38
Lavado
Remoción de corona y punta ypelado manual
Cubicado-cribado
Secador lecho por fuente convencional nivel semipiloto de 25 cm diámetro
Uso = 1.65 m/sTs = 60, 70 y 80 °C
Análisis de β-caroteno y actividadenzimática residual, color
Rehidratación
Zanahoria tipo Nantes
Caracterización de partículas, análisis deβ-caroteno y actividad enzimática
Encogimiento
V.4 DESARROLLO EXPERIMENTAL
El desarrollo experimental para la deshidratación de cubos de zanahoria en una
sola etapa se resume en el diagrama de bloques de la figura V.3, las condiciones
de operación indicadas en este diagrama fueron establecidas después de realizar
pruebas preliminares indicadas en el apartado VI.:
Figura V.3. Diagrama de bloques del desarrollo experimental del secado en unasola etapa. Uso = Velocidad de operación inicial del aire por el “spout”; Ts =Temperatura de entrada del aire de secado por el “spout”.
8/19/2019 zanahoria tesiss
56/143
MATERIALES Y MÉTODOS
39
Lavado
Remoción de corona y punta ypelado manual
Cubicado-cribado
1ª etapa de secadoSecador lecho por fuente convencional nivel semipiloto de 25 cm diámetro
Us = 1.65 m/sT = 60, 70 y 80° C
Análisis de β-caroteno y actividadenzimática residual, color
Rehidratación
Zanahoria tipo Nantes
Caracterización de partículas, análisis deβ-caroteno y actividad enzimática
2 ª etapa de secado
Secador lecho por fuente fluidizado nivel laboratorio de 14.3 cmdiámetroUs = 0.68 m/s; Ts= 60, 70 y 80° C
Ua = 1.35 m/s; Ta = Ts
Encogimiento
El desarrollo experimental para la deshidratación de cubos de zanahoria en dos
etapas se resume en el diagrama de bloques de la Figura V.4:
Figura V.4. Diagrama de bloques del desarrollo experimental del secado en dosetapas. Us = Velocidad de operación del aire por el “spout”; Ua = Velocidad deoperación del aire por el ánulo; Ts = Temperatura de entrada del aire de secadopor el “spout”; Ta = Temperatura de entrada del aire de secado por el ánulo.
8/19/2019 zanahoria tesiss
57/143
MATERIALES Y MÉTODOS
40
V.4.1 ACONDICIONAMIENTO DE LA MUESTRA
La materia prima se lavó para eliminar impurezas y suciedad, luego se procedió a
remover la corona y punta y se eliminó la cáscara con un pelador manual.
Posteriormente, la zanahoria se cortó en mitades, y luego en rodajas para obtenerfinalmente los cubos. Previamente el cubicador de papas a la francesa se
acondicionó con cuchillas para obtener rodajas y otras cuchillas para obtener los
cubos. El rendimiento aproximado de la zanahoria fresca después de obtener
cubos fue de 75 %. Los cubos obtenidos fueron de aproximadamente 0.8 cm x 0.8
cm x 0.8 cm y se procedió a cernir en una criba con malla de 9.51 mm de abertura
para obtener los cubos más uniformes que quedaron sobre la malla. De éstos, se
tomó una muestra para determinar β-caroteno, actividad enzimática, color y
características físicas de las partículas antes de cada experimento de secado.
En ambos procesos de secado los cubos de zanahoria se deshidrataron hasta una
humedad final de aproximadamente 0.1 base seca, para lo cual en la segunda
etapa del esquema de dos etapas y en un sola etapa se realizaron corridas largas
de secado con el fin de fijar el tiempo aproximado en el que la carga deshidratada
contenía la humedad planteada. En las corridas largas de secado se utilizaron las
condiciones de temperatura, velocidad de aire, carga inicial de cubos de zanahoriamencionados en las figuras V.3 y V.4 y conforme el proceso de secado transcurría
se retiraron muestras a intervalos de tiempo para determinar el contenido de
humedad y volumen de partícula.
V.4.2 SECADO EN UNA SOLA ETAPA
El secado de cubos de zanahoria en dos etapas se comparó con un esquema de
una sola etapa en el secador de lecho por fuente convencional semipiloto a las
mismas temperaturas de proceso. En este caso, fue necesario ir reduciendo la
velocidad de aire conforme el secado transcurrió. La carga inicial de cubos de
zanahoria fue de 1.98 kg al igual que en el secado de dos etapas tal como se
determinó de pruebas preliminares y se realizaron corridas a 60, 70 y 80°C donde
se evaluaron los parámetros de calidad indicados para el esquema en dos etapas.
8/19/2019 zanahoria tesiss
58/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
59/143
8/19/2019 zanahoria tesiss
60/143
MATERIALES Y MÉTODOS
43
V.5 DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOSCUBOS DE ZANAHORIA
V.5.1 VOLUMEN DE PARTÍCULA
La determinación del volumen se realizó en cubos de zanahoria fresca y durante
cada etapa de secado con el método reportado por Mohsenin (1970) modificado
que consiste en la inmersión de las partículas en una probeta con volumen
conocido de aceite para conocer el volumen de aceite desplazado.
Del muestreo de cubos de zanahoria realizado en cada esquema de secado, para
la zanahoria fresca y seca se pesaron y colocaron 10 cubos de zanahoria en una
probeta de 50 ml con 25 ml de aceite comestible. Para la zanahoria deshidratada
al 10 % de humedad, se pesaron y colocaron los 10 cubos en una probeta de 25
ml con 15 ml de aceite. La determinación del volumen de partícula se realizó por
triplicado para todas las muestras, los valores promedio y la desviación estándar
fueron calculados. El volumen se calculó de acuerdo a la ecuación:
Donde:Vp = Volumen de partícula
Vda = Volumen desplazado de aceite
Np = Número de partículas
V.5.2 DENSIDAD DE PARTÍCULA (DENSIDAD APARENTE)
La densidad aparente en cubos de zanahoria se determinó a partir de datosobtenidos del volumen de partícula y aplicando la ecuación (10).
da
p
pV
mρ (10)
p
da
pN
V V
(9)
8/19/2019 zanahoria tesiss
61/143
MATERIALES Y MÉTODOS
44
Donde:
p = Densidad de partícula
mp = Masa de las partículas
Vda = Volumen desplazado de aceite
V.5.3 DETERMINACIÓN DEL RADIO EQUIVALENTE
La determinación del radio de esfera equivalente (r eq) se calculó con la ecuación
(11), donde el volumen de partícula (ecuación 9) fue considerado como el volumen
equivalente de una esfera (VC) dado el cambio de geometría del cubo de
zanahoria durante el proceso de secado
3 c
eq4π
3Vr
Para el cálculo del coeficiente de difusión de cada etapa de secado se utilizó el r eq
medio logarítmico obtenido al inicio y final para cada una de ellas.
V.6 DETERMINACIÓN DE HUMEDAD
La determinación de humedad se realizó tanto en la zanahoria fresca como en los
cubos retirados a diferente tiempo en cada esquema de secado y en la zanahoria
deshidratada final. El método seguido para esta determinación consistió en triturar
10 cubos de zanahoria, pesarlos y colocarlos en una caja de aluminio a peso
constante y mantenerlos en un horno de secado a una temperatura de 100 ± 2 °C
durante toda la noche. Posteriormente se dejaron enfriar en un desecador hasta
temperatura ambiente y se determinó el peso. El contenido de humedad se calculó
de la pérdida de peso respecto de la muestra fresca (Regier et al., 2005, Liu et al.,
2007).
(11)
8/19/2019 zanahoria tesiss
62/143
MATERIALES Y MÉTODOS
45
V.7 DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES HIDRODINÁMICAS
V.7.1 VELOCIDAD MÍNIMA DE FLUIDIZACIÓN
La determinación de la velocidad mínima de fluidización se realizó a temperatura
ambiente para cubos de zanahoria fresca, mediante el siguiente método:
inicialmente se determinó la caída de presión en una columna de acrílico de 9 cm
de diámetro interno montado en el secador nivel laboratorio utilizando una lámina
perforada como distribuidor de flujo. Se hizo pasar un flujo de aire que se
disminuyo gradualmente y se registro la caída de presión en cm de agua del lecho
vacío en un manómetro en U.
Posteriormente en la columna de acrílico se colocó cierta cantidad de cubos dezanahoria hasta una altura determinada y se suministró aire suficiente para
fluidizar los cubos de zanahoria. El flujo de aire de fluidización se disminuyó
gradualmente y se registró la caída de presión correspondiente para cada
velocidad de flujo con un manómetro en U. Este procedimiento se continuó hasta
cerrar por completo el flujo de aire. La velocidad mínima de fluidización se obtiene
en el cambio de pendiente de la curva descendente de la caída de presión en
función de la velocidad superficial del aire (Kunii y Levenspiel,1991).
Para el cálculo de la velocidad mínima de fluidización se procedió de la siguiente
manera: se realizó una gráfica de los valores de caída de presión obtenidos a
través del lecho, corregido por la caída de presión del equipo vacío a cada flujo de
aire, en función de la velocidad superficial del aire calculada con la ecuación (12)
de calibración del soplador (Anexo 2b) corregido por el diámetro de columna de
acrílico utilizada:
2
2
12627.01285.0
d
d P Uo
Donde
d1 = diámetro de la cámara a la cual está calibrado el soplador (14.3 cm)
d2 = diámetro de la columna de acrílico (9 cm)
(12)
8/19/2019 zanahoria tesiss
63/143
MATERIALES Y MÉTODOS
46
P = caída de presión registrada en el medidor de orificio (cm de agua)
Uo = velocidad superficial del aire (m/s)
V.7.2 VELOCIDAD MÍNIMA DE FORMACIÓN DE LA FUENTE
La determinación de la velocidad mínima de formación de la fuente se realizó a
temperatura ambiente para la zanahoria fresca, mediante el siguiente método: la
velocidad mínima de formación de la fuente se determinó a partir de la curva de
caída de presión del lecho en función de la velocidad superficial de un lecho de
cubos de zanahoria corregido por la caída de presión del equipo vacío. En el
cuerpo del secador de lecho por fuente convencional semipiloto se colocó 1.98 kg
de cubos de zanahoria hasta una altura que cubriera el lecho cónico, que es la
cantidad de material de zanahoria fresca usada en las corridas de secado, y sesuministra aire suficiente para formar la fuente de los cubos de zanahoria. El flujo
de aire se disminuye gradualmente y se registra la caída de presión
correspondiente para cada velocidad de flujo, este procedimiento se continuó
hasta cerrar por completo el flujo de aire. Para el cálculo de velocidad superficial
del aire y caída de presión en el lecho se procede como en el caso de la
determinación de velocidad mínima de fluidización.
La velocidad superficial en el secador lecho por fuente semipiloto se obtiene de la
ecuación del soplador previamente calibrado (Anexo 1), la cual es la siguiente:
)(1015.0)(0015.0 2 P P Uo
La misma determinación se realizó con la zanahoria alimentada a la segunda
etapa de secado en el secador lecho por fuente nivel laboratorio con la ecuación
de calibración respectiva (Anexo 2a):
4242.0)(1046.0 P Uo
(13)
(14)
8/19/2019 zanahoria tesiss
64/143
MATERIALES Y MÉTODOS
47
V.8 DETERMINACIÓN DE CURVAS DE SECADO
Las curvas de secado en la primera etapa de secado en el secador lecho por
fuente convencional semipiloto se obtuvieron retirando 10 cubos de zanahoria
cada 10 minutos durante el tiempo de secado en esta etapa y posteriormente se
determino el contenido de humedad de cada muestra. De igual manera en la
segunda etapa en el secador lecho por fuente fluidizado nivel laboratorio se
retiraron 10 cubos de zanahoria cada 10 minutos durante la primera hora de
secado; cada 20 minutos en la segunda hora; cada 30 min durante la tercer hora y
cada 60 min en horas posteriores.
Para el secado en una sola etapa se retiraron 10 cubos en tiempos similares al
esquema en dos etapas. Para poder comparar las curvas de secado de los
diferentes lotes y en diferentes condiciones de operación se determinó la humedad
adimensional, definida como la relación del contenido de humedad base seca al
tiempo (X) con respecto al contenido inicial de humedad base seca (Xo) y se
construyó la gráfica correspondiente respecto al tiempo.
V.9 DETERMINACIÓN DE CURVAS DE VELOCIDAD DE SECADO
Después de verificar que el secado se lleva a cabo en el período decreciente, la
determinación de las curvas de velocidad de secado tanto en una sola etapa como
en dos etapas de secado se obtuvo ajustando un polinomio de grado 4 ó 5 a los
puntos experimentales de la curva de secado, se obtuvo la primera derivada de
dicho polinomio y se sustituyeron valores de humedad base seca. Posteriormente
se realizó la gráfica de la derivada en función de la humedad base seca para
evaluar el efecto de la temperatura de secado.
8/19/2019 zanahoria tesiss
65/143
MATERIALES Y MÉTODOS
48
V.10 DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES DIFUSIVOS
El valor del coeficiente de difusión efectiva de la humedad a través del sólido para
cada etapa de secado se determinó en el período de velocidad decreciente de
secado aplicando la segunda ley de Fick considerando la partícula como una
esfera:
- Se llevó a cabo una recopilación de datos de contenido de humedad a
diferentes intervalos de tiempo durante cada etapa y esquema de secado.
- Se aplicó la segunda ley de Fick considerando la partícula como una esfera
dado el cambio de geometría del cubo de zanahoria durante el proceso de
secado, con la ecuación (5) indicada en el apartado II:
22
2
6 eqef
r
D
eo
e e X X
X X
Donde:
X = contenido de humedad a cualquier tiempo (kg agua/kg de sólido seco)
Xe = contenido de humedad en equilibrio (kg agua/kg de sólido seco)
Xo = contenido de humedad inicial (kg agua/kg de sólido sec