Guia Resuelta De Secado 71v6q

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

Ingeniería en Alimentos LEM V Grupo: 2852 GUIA 3. Conceptos de secado con aire caliente. Alumno:  Melo Cruz Stephanie

Profesores: Virginia López García José Oscar Germán Ibarra

Semestre: 2018-II Fecha: Martes, 13 de febrero del 2018

P á g i n a 1 | 39

Tabla de contenido 1. Definición de secado......................................................................................... 4 2. Ventajas y desventajas del secado con aire caliente. ....................................... 4 3. Efectos del secado sobre las propiedades de los alimentos. ............................ 5 a)

Cambios en el color (Reacciones de Maillard y reacciones enzimáticas). . 5

b)

Cambio en la textura. ................................................................................. 6

c)

Encogimiento del producto. ........................................................................ 6

d)

Cambios en su valor nutricional. ................................................................ 7

e)

Cambios en el sabor. ................................................................................. 8

4. Variables que afectan a la velocidad de secado: .............................................. 9 a)

Temperatura, humedad y velocidad del aire de secado. ............................ 9

b)

Características del producto. ...................................................................... 9

c)

Área de o del producto. ................................................................ 10

5. Tratamientos previos al secado así como sus ventajas y desventajas. .......... 10 a)

Tratamientos térmicos. ............................................................................. 10

b) Tratamientos químicos con: ácido ascórbico, ácido cítrico, bisulfito de sodio, metabisulfito de sodio, dióxido de azufre, benzoato de sodio, etc. Y su efecto sobre la salud. ......................................................................................... 13 6. Definición de: .................................................................................................. 14 a)

Humedad base seca. ............................................................................... 14

b)

Humedad base húmeda. .......................................................................... 14

c)

Humedad de equilibrio. ............................................................................ 15

d)

Humedad libre. ......................................................................................... 15

e)

Humedad ligada fisicoquímicamente........................................................ 15

f)

Humedad ligada químicamente. .................................................................. 15

g)

Humedad no ligada. ................................................................................. 16

7. Métodos para la determinación de humedad en alimentos............................. 16 a)

Estufa ....................................................................................................... 16

b)

Termobalanza. ......................................................................................... 17

c)

Otro método diferente a los mencionados................................................ 18

8. Mecanismos de secado: ................................................................................. 21 a)

Definición de difusividad y su variación a lo largo del secado. ................. 21

b)

Difusión de agua en estado líquido y en estado de vapor. ....................... 22

c)

Capilaridad. .............................................................................................. 22

d)

Gradiente de presiones. ........................................................................... 23 P á g i n a 2 | 39

9. Curvas de velocidad de secado: ..................................................................... 24 a)

Periodo de acondicionamiento. ................................................................ 24

b)

Periodo de velocidad constante. .............................................................. 24

c)

Primer periodo de velocidad decreciente. ................................................ 26

d)

Segundo periodo de velocidad decreciente. ............................................ 26

10.

Parámetros a considerar en las pruebas de secado. .................................. 27

11. Ecuación para determinar la velocidad de secado en el periodo de velocidad constante. .............................................................................................................. 28 a) Efecto de la temperatura, humedad y velocidad del aire en la rapidez de secado. .............................................................................................................. 28 12. Ecuación para determinar el tiempo de secado en el periodo de velocidad constante. .............................................................................................................. 29 Método que emplea predicciones de coeficientes de transferencia para el periodo de velocidad constante. ........................................................................ 30 13. Ecuación para determinar el tiempo de secado en el periodo decreciente cuando la velocidad de secado disminuye de manera lineal. ................................ 31 14. Método para determinar el tiempo de secado en el periodo decreciente cuando la velocidad de secado disminuye de manera no lineal. ........................... 32 15.

Secadores de túnel y de charolas atmosféricos. ......................................... 33

a)

Ventajas y desventajas ............................................................................ 33

b)

Capacidades de producción. .................................................................... 33

c)

Partes principales. .................................................................................... 33

d)

Diferentes tipos. ....................................................................................... 34

e) Condiciones de trabajo (porcentaje de recirculación, velocidad, temperatura y humedad del aire de secado, carga de las charolas). ................ 35 f)

Métodos de calentamiento del aire. ............................................................. 35

g)

Eficiencia térmica. .................................................................................... 35

h)

Materiales de construcción. ...................................................................... 36

16.

Balances de materia y energía: ................................................................... 36

a)

Balance de agua aire y sólidos. ............................................................... 36

b)

Consumo de energía térmica. .................................................................. 37

17.

Referencias bibliográficas............................................................................ 38

P á g i n a 3 | 39

1. Definición de secado. Es una operación unitaria que se aplica a los alimentos, ya sean sólidos, líquidos en los que existe una mezcla solido-liquido continua y de un solo componente volátil, para la eliminación del componente volátil que normalmente es agua, pero no siempre. Su objetivo es retrasar la velocidad de las reacciones microbiológicas y enzimáticas. Es una operación simultánea de transferencia de calor y de masa. En general, el secado significa la remoción de cantidades de agua relativamente pequeñas de cierto material. La evaporación se refiere a la eliminación de cantidades de agua bastante grandes; además, ahí el agua se elimina en forma de vapor a su punto de ebullición. En el secado, el agua casi siempre se elimina en forma de vapor con aire (Geankoplis, 1998). 2. Ventajas y desventajas del secado con aire caliente. Desecación con aire caliente: El alimento se pone en o con una corriente de aire caliente. El calor se aporta al producto principalmente por convección El proceso de secado de alimentos no sólo rebaja su contenido en agua, sino que puede afectar otras características físicas y químicas de los mismos, como son destrucción de nutrientes, reacciones enzimáticas y no enzimáticas, entre otras. Ventajas

Desventajas

- Disminuye el peso del alimento. - Prolonga la vida útil por la reducción de su aw (de 24 hrs hasta 48 meses). - Producto más concentrado. - Se elimina la posibilidad de su deterioro biológico. - Produce a menudo otro alimento más apto para su consumo. - Se reduce el peso hasta su quinta parte y hasta quince veces menos masa. - Se reduce el volumen del alimento. - Aumenta la eficiencia en el transporte y almacenaje del producto. - Estabilidad microbiológica y fisicoquímica. - Rehidratación a las condiciones requeridas.

- Alteración de calidad nutricional. - Afecta profundamente las características del alimento (textura, sabor, color, etc). - Al rehidratarse, no presenta las características del producto fresco, ni en sabor ni en textura. - La eliminación del agua debe hacerse de modo que el perjuicio sobre su calidad sea el mínimo. - Es una operación que consume mucha energía y eso aumenta el costo del producto terminado. - Necesidad de un empacado y envasado adecuado.

P á g i n a 4 | 39

3. Efectos del secado sobre las propiedades de los alimentos. El secado aumenta la duración de la conservación del producto pero modifica su calidad: aspecto, textura, gusto y composición nutricional. Las degradaciones del producto están ligadas principalmente a la duración y temperatura de secado. Para cada producto se puede definir una temperatura máxima isible que se recomienda no sobrepasar. Muchas reacciones físico-químicas son activadas por la temperatura y en consecuencia el secado provoca una aceleración de estas reacciones. a) Cambios en el color (Reacciones de Maillard y reacciones enzimáticas). La actividad enzimática puede proceder de enzimas endógenas presentes de forma natural en la materia prima o de enzimas termo-resistentes procedentes de microrganismos. Si estas enzimas no son inactivadas por el calor pueden producir reacciones enzimáticas en alimentos con bajo contenido de agua. Es necesaria una cantidad mínima de agua para la actividad enzimática, es decir existe una correlación entre las reacciones enzimáticas y la actividad de agua. Aparentemente es necesaria la presencia de agua líquida para el transporte del sustrato hacia la enzima (la velocidad de las reacciones enzimáticas está limitada por la actividad de agua). El secado llevado hasta actividades de agua inferiores a 0,4 limita la actividad enzimática. Desde otro punto de vista, los productos más afectados por las reacciones de Maillard, pardeamiento no enzimático, son las frutas y los productos cárnicos, también pueden darse en algunos productos lácteos. Este tipo de reacciones está favorecido cuando más ácido es el producto, rico en ácido ascórbico (vitamina C), en glúcidos y en proteínas. Las reacciones de Maillard se reducen en la medida que el secado permita bajar rápidamente la actividad de agua, por debajo de 0,5 en la medida de lo posible, y que la temperatura del producto permanezca a niveles inferiores a la "temperatura crítica" de 50-55°C, aunque este nivel es función del producto. Un secado a baja temperatura no limita necesariamente el pardeamiento no enzimático pues el tiempo de secado es, en general, mayor. El producto permanece, por tanto, más tiempo a niveles de humedad que favorecen a la vez las reacciones de Maillard y el desarrollo microbiano. Además, la oxidación de los lípidos, debida al secado a baja temperatura, puede ser un factor limitante. Es preferible pues un secado rápido a alta temperatura, siempre que la temperatura permanezca por debajo de la temperatura "crítica". El pardeamiento no enzimático puede aparecer también durante el almacenamiento, por esta razón, puede ser interesante, particularmente en frutas, el empleo de anhídrido sulfuroso, antes o después del secado, para ralentizar estas reacciones. P á g i n a 5 | 39

b) Cambio en la textura. La temperatura y la velocidad de deshidratación ejercen un efecto determinante sobre la textura de los alimentos. Por lo general, las velocidades de deshidratación rápidas y las temperaturas más elevadas provocan mayores cambios, que velocidades de deshidratación más lentas y temperaturas más bajas. El tejido celular, vegetal o animal, en estado vivo presenta una firmeza típica. Las paredes celulares están bajo tensión y el contenido celular bajo compresión. La pared celular posee una resistencia y elasticidad, que la hace capaz de itir determinados esfuerzos y volver después a su estado original. Pero superado un cierto límite, la modificación de la estructura se hace irreversible. Al cesar la fuerza causante de la deformación, la célula no regresa a su estado original libre de tensiones. Este tipo de deformación plástica se produce, en mayor o menor medida, cuando se desecan tejidos vegetales o animales, con la excepción del secado por liofilización, en que las dimensiones originales de los tejidos congelados rápidamente se conservan inalteradas después del secado. La evaporación del agua hace que aumente la concentración de los solutos en la superficie, el agua de las soluciones diluidas de las capas más profundas se mueve hacia la superficie, a través de las paredes celulares como consecuencia del gradiente de concentraciones. Esta pérdida de fluido celular provoca una contracción del volumen de la célula. Las temperaturas elevadas, provocan cambios físicos y químicos complejos en la superficie del alimento que conducen a la formación de una capa superficial dura e impenetrable. Este fenómeno, que se denomina “acortezamiento” (“case hardening”), reduce la velocidad de deshidratación y da lugar a un alimento que es seco en la superficie y húmedo en su interior. Este efecto puede minimizarse controlando los parámetros de la deshidratación para evitar que se produzca un gradiente excesivamente elevado entre el contenido en agua de la superficie interior y el interior. c) Encogimiento del producto. La primera etapa en la contracción de los tejidos es la depresión de la capa superficial de células, produciendo un encogimiento hasta un núcleo húmedo e incompresible. A medida que prosigue el secado, las células de las capas superficiales se aplastan cada vez más. Continuando el secado, el encogimiento o P á g i n a 6 | 39

contracción empieza a manifestarse en toda la pieza, la parte externa se habrá secado y endurecido, mientras que el centro permanece húmedo y plástico. Las últimas fases de la contracción tienen lugar en el centro principalmente y las piezas (alimentos) adquieren formas distorsionadas irregulares. Si las condiciones de secado son lo suficientemente suaves para que las superficies no estén mucho más secas que el centro, la pieza se contraerá con la mínima distorsión en su forma. Sin embargo, si las condiciones iniciales de secado son rigurosas, las capas superficiales se secarán hasta alcanzar una rigidez y resistencia mecánica, mientras el interior de la pieza todavía permanece húmedo y con poca resistencia. Bajo estas circunstancias el volumen final de la pieza está ya prácticamente fijado cuando su humedad media es todavía alta. El resultado es que el tejido se resquebraja o rompe internamente por uno o varios sitios y se arruga. En frutas y vegetales el secado puede lograr una reducción en volumen de entre 75 y 85% dependiendo de la porosidad del alimento (Crapiste, 1991). d) Cambios en su valor nutricional. En los alimentos desecados hay pérdida de vitaminas, su grado de destrucción dependerá del cuidado con que se haya llevado la preparación del producto para su deshidratación, del proceso de secado seleccionado, del cuidado en su ejecución y de las condiciones de almacenamiento del producto desecado. Las pérdidas de vitaminas son mayores cuanto el secado se hace sin inactivación de enzimas .Las pérdidas de tiamina se producen durante el procesado, siendo mayores cuanto más alta es la temperatura de secado, también se producen pequeñas pérdidas de riboflavina y niacina. La vitamina C desaparece en su mayor parte, ya que el ácido ascórbico es sensible a las temperaturas altas en condiciones de humedad alta. La velocidad máxima de degradación del ácido ascórbico se encuentra cerca de la humedad crítica. Para optimizar la retención de ácido ascórbico se recomienda secar el producto a temperatura inicial baja, cuando el ácido ascórbico es más sensible a la temperatura, después la temperatura puede elevarse, cuando ha progresado el secado y el ácido ascórbico es más estable porque se ha reducido la humedad. El proceso de deshidratación puede afectar también a las proteínas, produciéndose una desnaturalización de las mismas, especialmente las de las membranas, lo cual reduce su rehidratabilidad, además su valor biológico puede reducirse según sea el método de secado elegido. La exposición prolongada a altas temperaturas puede hacer las proteínas menos útiles en la dieta. Los carbohidratos son el sustrato principal del pardeamiento enzimático y del no enzimático.

P á g i n a 7 | 39

El color de los alimentos varía también con el secado. El color depende de las circunstancias bajo las cuales es visto el alimento y de la capacidad de su superficie para reflejar, dispersar, absorber o transmitir la luz visible. Dado que el secado cambia las propiedades físicas y químicas del alimento, es de esperar que modifique su capacidad para dispersar, absorber y transmitir la luz, y por lo tanto, se modifique su color. Por otra parte, el secado altera los colorantes naturales de los alimentos. Los carotenoides son pigmentos liposolubles presentes en las hojas verdes y en los vegetales rojos y amarillos. Su estructura química insaturada los hace susceptibles de los mismos tipos de degradación que los lípidos: oxidación. Estas alteraciones de los carotenoides son mayores cuanto más alta es la temperatura y más largo el tratamiento de secado. Los antocianos también se alteran en este proceso. La clorofila, en condiciones de calor húmedo, se transforma en feofitina, por pérdida de una parte de su magnesio. e) Cambios en el sabor. La oxidación de los lípidos es responsable de la rancidez, del desarrollo de malos sabores y de la pérdida de vitaminas liposolubles y pigmentos de muchos alimentos, especialmente en los alimentos deshidratados. Entre los productos para los cuales este tipo de reacciones pueden ser un factor limitante se pueden citar:  

Productos con elevado contenido en lípidos y sobre todo en lípidos insaturados (carne de cerdo, de aves, pescados, patatas, etc.) Productos que presentan una gran superficie de intercambio con relación a su volumen, y que su contenido en lípidos sea suficientemente elevado: productos porosos, harina de pescado.

Desde el punto de vista de la conducción de la deshidratación, se limitará la aparición de estas reacciones de oxidación con un secado:  

A alta temperatura (la formación de corteza y el pardeamiento no enzimático son los factores limitantes) Conducido a actividades de agua del producto entre 0,2 y 0,5. La eliminación del oxígeno del alimento puede reducir la oxidación, aunque las cantidades necesarias para que se produzca esta oxidación son muy bajas. El efecto del oxígeno en la oxidación de los lípidos está íntimamente relacionado con la porosidad del producto, los productos liofilizados son más susceptibles de oxidación porque son más porosos.

Para prevenir la oxidación de los lípidos es importante reducir el nivel de oxígeno durante el procesado y almacenamiento. P á g i n a 8 | 39

4. Variables que afectan a la velocidad de secado: a) Temperatura, humedad y velocidad del aire de secado. En cuanto a la temperatura del aire, mientras mayor sea esta mayor será la velocidad de secado. Durante el proceso de secado, se origina un gradiente de temperatura con respecto al espesor del material, mismo que tiende a disminuir conforme se reduce el contenido de humedad. Cuanto menor sea la humedad relativa del aire, la velocidad de secado será mayor, ya que esta variable representa el porcentaje de saturación de este, la influencia de la humedad del aire de secado disminuirá a medida de que el secado avanza; sin embargo, esto se compensa en cierta medida ya que en una operación normal con recirculación constante de aire, la humedad del aire en el secador disminuye a medida que disminuye la velocidad de secado. La velocidad de la corriente de secado afectara a los coeficientes de transferencia de calor y materia de tal forma que el aumento de la velocidad de aire determina un aumento en la velocidad de secado para el periodo de velocidad constante. La única limitante la impone el producto ya que a una velocidad excesiva trae consigo el riesgo de que el aire arrastre parte del material. También es importante tener en cuenta la uniformidad de la corriente de aire, pues la mala distribución del aire, provoca diferencias de secado en bandejas distintas; esto produce incrementos desproporcionados en el ciclo de secado ya que en la práctica no se descarga el secador hasta que todo el material este seco. A medida que aumenta la velocidad superficial relativa del aire respecto al sólido, también aumenta la velocidad de secado en algunos casos. Sin embargo, a partir de un cierto valor la velocidad de secado no depende de dicha variable. b) Características del producto. La naturaleza del material (composición, geometría, etc.) influyen en el valor de aw (humedad relativa de equilibrio) que está muy relacionado con la ligazón del agua y de manera que influye también sobre la velocidad de secado. Por esta razón resulta de gran interés conocer la relación aw-humedad de equilibrio. El efecto de la geometría en la velocidad de secado está en función de la superficie específica,

P á g i n a 9 | 39

aquellas formas que presentan una mayor superficie especifica se secan más rápidamente, tal es el caso de las partículas en forma de placa. c) Área de o del producto. En cuanto a las dimensiones del producto, cuando las características de las partículas sólidas sean lo suficientemente uniformes y permitan la determinación de su superficie, se determina la variación de la velocidad de secado con el tamaño de las mismas si el aire circula a través del lecho del material. Así pues, el área superficial está relacionada al tamaño, pero también depende de la forma. El área superficial es complicada medir en formas irregulares y estas son calculadas por medio de métodos indirectos y computarizados asumiendo un área específica. Es sencillo el cálculo cuando se trata de formas cerradas y geometrías comunes. Para alimentos, la porosidad está fuertemente ligado al área superficial. El área de o es un parámetro importante en procesos que implican transferencia de calor y masa, ya que cuando existe una mayor área de o entre el medio desecador y el alimento el proceso se desarrollará con mayor eficiencia debido a la mayor transferencia de masa y calor. Es decir que el área superficial juego un papel importante en la pérdida de humedad. 5. Tratamientos previos al secado así como sus ventajas y desventajas. Tratamiento previo que consiste en un proceso físico y/o químico anterior al secado, que tiene como fin de evitar o reducir el deterioro del producto durante y después el secado o mejorar su calidad de alguna forma. El tipo de tratamiento previo y la intensidad con la que se aplica afectan a la textura del alimento; la adición de cloruro cálcico al agua del escaldado, el tipo de intensidad con que se realiza la reducción del tamaño y el pelado, son operaciones que afectan la textura de las frutas y verduras deshidratadas. a) Tratamientos térmicos. El escaldado o blanqueado es un tratamiento térmico, así como el acidificado, el sulfitado, uso de bicarbonato de sodio, azucarado, salado, y el agrietado. I.

Escaldado. El escaldado es un tratamiento térmico que se aplica, sobre todo, a productos vegetales. A diferencia de otros procesos, el escaldado no destruye los microorganismos ni alarga la vida útil de los alimentos. Es una técnica previa a un segundo tratamiento, como puede ser la congelación, el enlatado, la liofilización o el secado, y produce un ablandamiento en el alimento que facilita el pelado, en el caso de los tomates, la limpieza y su posterior envasado. P á g i n a 10 | 39

El escaldado consiste en una primera fase de calentamiento del producto a una temperatura que oscila entre 70ºC y 100ºC. A esta etapa le sigue otra, que consiste en mantener el alimento durante un periodo de tiempo, que varía entre 30 segundos y dos o tres minutos, a la temperatura deseada. El último paso es realizar un enfriamiento rápido. De lo contrario, se contribuye a la proliferación de microorganismos termófilos, resistentes a la temperatura. Hay dos enzimas muy distribuidas en las plantas que son resistentes al calor: la peroxidasa y la catalasa. Verificar la ausencia de su actividad es un claro indicador de la efectividad del escaldado (Gimferrer, 2012). II.

La acidificación (disminución del pH del alimento) es un método utilizado para reducir la severidad del tratamiento térmico requerido para alcanzar la esterilización comercial del producto. Es posible utilizar la acidificación siempre y cuando las características organolépticas del producto así obtenido sean aceptables.

En la acidificación es esencial que el ácido penetre el producto completamente antes de sellar el recipiente o de lo contrario habrá riesgo de sub-esterilización en las regiones en donde el ácido no haya penetrado. Los ácidos más utilizados con este fin son el acético, cítrico, láctico y fosfórico. En el caso de los vegetales utilizados para elaboración de encurtidos y salsas, los cuales tienen valores de pH mayores a 4.5, la naturaleza del producto permite desde el punto de vista organoléptico acidificarlas hasta un pH de 3.7 o menor (Talamás,2010). III.

Sulfitación o azufrado. En las frutas el baño con sulfito logra un mejor efecto de largo plazo que el baño con ácido: retarda la pudrición y el pardeamiento y reduce la pérdida de vitaminas A y C. Incluso es mejor que el segundo. Además es más rápido y fácil que el azufrar con azufre gaseoso.

El tiempo de inmersión de la fruta en una solución acuosa de metabisulfito de sodio o potasio a razón de 5 a 10 g por litro de 5 minutos para rebanadas y de 15 minutos para mitades a temperatura ambiente. Cuidado se debe tener para rellenar el recipiente a su nivel original con la correcta solución después de cada inmersión con producto. Después de cuatro lotes, la solución restante debe botarse y ser reemplazada con nueva solución. La solución se usa una sola vez por partida. Utilizar recipientes no sensibles a la corrosión, como acero inoxidable, vidrio, entre otros. P á g i n a 11 | 39

IV.

El bicarbonato de sodio estabiliza la clorofila (pigmento verde de las plantas) haciéndose más resistentes a la acción directa de los rayos solares cuando los productos son sometidos al secadero solar directo, conservando de ésta manera su color verde original.

También produce un ablandamiento de las capas exteriores del producto, facilitando la salida del agua durante el secado y eventualmente evitando el endurecimiento de la capa exterior. Generalmente se aplica este pretratamiento para hortalizas y leguminosas de color verde disolviendo 30 g de bicarbonato de sodio más 3 g de sal común por cada litro de agua. El contenido de bicarbonato de sodio en el agua deberá alcanzar un pH de 9, lo que se puede controlar con papel indicador de pH. V.

Agrietado. Este pretratamiento se utiliza principalmente con frutas que no se pelan antes de secarlas, como ciruelas, uvas e higos, para conseguir un agrietado de la cáscara, facilitando de ésta manera el secado.

El agrietado consiste en la inmersión de la fruta en una solución caliente (80ºC) de hidróxido de sodio a razón de 10 g por cada litro de agua por el lapso de 5 a 10 s, posteriormente lavar con agua potable y neutralizar durante 30 s con ácido cítrico a título de 2 g por litro de agua antes de llevar al secadero. VI.

Salado y almibarado. En el caso del salado nos referimos a la adición de cloruro de sodio (sal común) que dependiendo del producto a deshidratar, puede acentuar su sabor original. En el almibarado, es la adición de sacarosa (azúcar común).

La acción común del salado y almibarado es la disminución de la actividad de agua que inhibe el desarrollo microbiano o por lo menos lo retarda. Este procedimiento facilita la primera fase del secado. Pretratamiento

Escaldado

Acidificación Sulfitado

Ventajas Produce un ablandamiento en el alimento que facilita el pelado y limpieza. Preserva el color natural del producto. Disminuye el tiempo de remojo. Inactivación de las enzimas. Tiempo de inmersión corto (3-5 min). Conservan el color natural. Inhibe las reacciones de oscurecimiento.

Desventajas No destruye los microorganismos ni alarga la vida útil de los alimentos. Reducción parcial de algunos microorganismos. Algunos alimentos no se pueden escaldar. Si no se enfría rápidamente, puede haber cocción del producto. No es tan eficiente como el Sulfitado. Cambia el sabor del producto. Son muy pocos los permitidos en alimentos.

P á g i n a 12 | 39

Bicarbonato Agrietado Salado y almibarado

Tiempo de inmersión corto (5-15 min). Ablanda las capas exteriores del producto.

A concentraciones elevadas es toxico.

Solo es para productos con cascara. Ambos disminuyen la actividad de agua. Puede acentuar el sabor original.

Solo se utiliza Hidróxido de Sodio.

Se debe cuidar el Ph, para su efectividad.

Cambia el sabor del producto a altas concentraciones.

b) Tratamientos químicos con: ácido ascórbico, ácido cítrico, bisulfito de sodio, metabisulfito de sodio, dióxido de azufre, benzoato de sodio, etc. Y su efecto sobre la salud. Tratamiento químicos

Tratamiento quimico

Efecto a la salud

Ácido ascórbico

El ácido ascórbico es lo que conocemos como vitamina C. Aplicaciones como conservante (E300), aditivo en la industria de alimentos

En altas dosis puede causar nauseas, vómitos y diarreas, causando por lo tanto deshidratación en el individuo. Otros efectos son el dolor abdominal, acompañado de los calambres estomacales, el dolor de la cabeza persistente, que va desde moderado a severo y del mareo.

Ácido cítrico

Es un buen conservante y antioxidante natural que se añade industrialmente en el envasado de muchos alimentos como las conservas vegetales enlatadas.

El ácido cítrico puede generar erosión gradual del esmalte de los dientes, así como provocar gastritis. A estos graves daños se puede sumar el desarrollo de úlceras en la boca, la garganta, el esófago y el estómago

Bisulfito de sodio

El bisulfito de sodio, también conocido como sulfito de hidrógeno de sodio, es una sal inorgánica blanca, inodora que se utiliza como un aditivo en ciertos alimentos.

Puede causar una reacción asmática. Si se consume más de lo recomendado, causa diarrea, vómitos, ardor en la garganta, dificultad para respirar, presión arterial muy baja, etc.

Una reacción puede causar diversos grados de síntomas de dermatología, pulmonares, Este conserva los alimentos y se síntomas gastrointestinales y Metabisulfito utiliza ampliamente en la fabricación cardiovasculares, como náuseas, calambres de sodio de vino. abdominales, diarrea, dificultad para respirar y la hinchazón, la picazón y el enrojecimiento de la piel.

P á g i n a 13 | 39

Dióxido de azufre

Es un aditivo alimenticio muy utilizado al tener características conservantes y antibacterianas. Se conoce como E220 y se emplea en vinos, cervezas, zumos, caramelos, yemas de huevo y otros productos con huevo.

Benzoato de El benzoato de sodio sodio conservante de comida

es

El dióxido de azufre (SO2) es un gas incoloro, sofocante, de olor picante, inflamable y muy soluble en agua fría (85g en 100 ml a 25°C). Con niveles de pH menores de 4, produce ácido sulfuroso y iones de bisulfito y sulfito

El benzoato de sodio, pueden causar ataques de asma. Uno de los riesgos de una un dieta alta en sodio es tener presión arterial elevada, o hipertensión, lo que aumenta tu riesgo de sufrir una enfermedad cardíaca o renal o incluso un derrame cerebral.

6. Definición de: a) Humedad base seca. Es el cociente entre la masa de agua en el material y su masa seca. %𝐻𝑏𝑠 =

𝑚𝐻20 𝑥 100 𝑚𝑠

El contenido de humedad 𝐻𝑏𝑠 “compara” la masa de agua que contiene un material sólido con su masa seca. Por ejemplo un valor 𝐻𝑏𝑠 = 200% significa que la masa de agua presente en el material es 2 veces su masa seca. Cuando el material está constituido de materia seca y muy poca masa de agua se espera que el valor de contenido de humedad se aproxime a cero (0 % bs). En materiales con alto contenido de humedad, esta definición no permite identificar cuando el material se encuentra saturado de agua. (Martínez Enrique, 2010). b) Humedad base húmeda. Es el cociente entre la masa de agua dentro del material y su masa total. %𝐻𝑏ℎ =

𝑚𝐻20 𝑥 100 𝑚ℎ

Aquí, el contenido de humedad representa el porcentaje de masa de agua que contiene la muestra respecto a su masa total (mh). En esta ecuación la masa de agua es una fracción de la masa total, es decir la masa de agua es menor o igual a la masa total del material. La definición de Hbh permite identificar de manera “intuitiva” el punto en el cual el material solo está constituido por materia seca (=%) y el punto en el que solo está constituido de agua (100%) (Martínez Enrique, 2010).

P á g i n a 14 | 39

c) Humedad de equilibrio. Cuando la presión parcial del líquido que acompaña al sólido húmedo es igual a la presión de vapor en el fluido, se alcanza el equilibrio y la humedad del sólido se conoce como humedad de equilibrio W *. Es decir la humedad de equilibrio es una relación de la humedad libre y total del alimento. Es pues el límite al que puede llevarse el contenido de humedad de un material sólido por o con el fluido de humedad y temperatura determinadas, hasta alcanzar las condiciones de equilibrio. (Martínez, 2004). Para condiciones dadas del gas, la humedad de equilibrio es función de la naturaleza del material, la superficie del material y la temperatura del material. d) Humedad libre. Existe como líquido y ejerce su presión de vapor completa, por lo que se puede extraer fácilmente por evaporación, es la primera a eliminar en el secado. A la diferencia W - W* siendo la humedad que puede perder el sólido después de un o prolongado con el gas en condiciones dadas y constantes depende tanto de W como de

(Martínez, 2004)

La humedad libre es la diferencia entre el contenido total de agua del sólido y el contenido de agua en el equilibrio. Por tanto, si XT es el contenido total de humedad y X* es el contenido de humedad de equilibrio, la humedad libre X viene dada por:

En los cálculos de secado lo que interesa es X en vez de XT. (McCabe, 1991). e) Humedad ligada fisicoquímicamente. El agua ligada es la parte de la humedad que hay en un sólido y que está adsorbida sobre sus paredes o en su interior, por lo que no ejerce presión de vapor y no se elimina por evaporación completamente. En otras palabras, es la que no se puede retirar del alimento porque está unida a otros componentes. El valor de la de equilibrio del sólido en o con el gas saturado. Los sólidos con humedad ligada son los higroscópicos (Martínez, 2004). f) Humedad ligada químicamente. Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de vapor en el equilibrio menor que la del líquido puro a la misma temperatura (Treybal, 1980) Cuando la presión de vapor del sólido es menor a la del líquido puro a la misma temperatura. El agua puede estar unida Químicamente o físicamente al sólido. P á g i n a 15 | 39

Este tipo de humedad se da por: • El agua retenida en poros, capilares finos que no tienen fácil a la superficie del sólido. • El agua unida molecularmente a la sustancia como en los hidratos. • El agua puede contener una alta concentración del sólido disuelto. g) Humedad no ligada. Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de vapor en el equilibrio igual a la del líquido puro a la misma temperatura.

Figura 1. Tipos de humedad (Treybal, 1980).

7. Métodos para la determinación de humedad en alimentos. a) Estufa Según la NMX-F-083-1986. ALIMENTOS. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD EN PRODUCTOS ALIMENTICIOS. Para los efectos de esta Norma, se entiende por humedad, la pérdida en peso que sufre un alimento un alimento al someterlo a las condiciones de tiempo y temperatura prescritos. APARATOS Y EQUIPO. · Balanza con sensibilidad de 0.1 mg;

· Desecador;

· Cápsulas con tapa de 5, 8 ó 10 cm de diámetro;

· Pinzas para crisol;

· Horno o estufa eléctrica con control de temperatura;

· Grasa; · Material común de laboratorio. P á g i n a 16 | 39

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA. La preparación y conservación de las muestras se indica en la Norma correspondiente (ver 9.1). PROCEDIMIENTO. Pesar una cantidad de muestra conveniente en la cápsula previamente tarada; colocar la cápsula y la tapa en la estufa y mantener la temperatura adecuada al producto, durante el tiempo que sea conveniente (ver 9.2). Tapar la cápsula y transferirlas al desecador; dejar enfriar a la temperatura ambiente y pesar. Repetir el procedimiento indicado hasta obtener peso constante. CÁLCULOS.

En donde: P = Peso del recipiente con la muestra húmeda, en gramos. P1 = Peso del recipiente con la muestra seca. P2 = Peso de la muestra en gramos. REPETIBILIDAD. La diferencia máxima permisible entre dos determinaciones, como mínimo, efectuadas por el mismo analista con el mismo equipo y la misma muestra no debe ser mayor de 0.1%, en caso contrario repetir la determinación. b) Termobalanza. NMX-F-428-1982. ALIMENTOS. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD (MÉTODO RÁPIDO DE LA TERMOBALANZA). FUNDAMENTO La humedad es tomada como la pérdida de peso al secado, usando un instrumento de humedad, el cual emplea una balanza de torsión sensible para pasar la muestra y una lámpara infrarroja para secar. APARATOS Y EQUIPO · Balanza de determinación de humedad equipada con una lámpara infrarroja de 250 W. · Fuente de potencia tipo 120 V, C.A. · Amperímetro de 120 V, C.A. ó 2000 mA. · Platillos de aluminio. P á g i n a 17 | 39

PROCEDIMIENTO 4.1 Soltar el sujetador del plato para muestra, revisándolo para asegurarse de que el plato corre libremente sobre su soporte finamente punteado, y que esté limpio y seco. 4.2 Ajustar al 0 y 100 %. 4.3 Determinar 5 g de la muestra pesada en la misma balanza y distribuirla cuidadosamente y uniformemente en el platillo. 4.4 Con la fuente de potencia debidamente ajustada, bajar la tapa de la balanza. La muestra comenzará a perder humedad y la manecilla se moverá hacia arriba. Después de pasado un tiempo de 10 a 20 minutos, deberá tomarse la lectura, y si ésta permanece estable durante 2 minutos se registrará como porcentaje total de humedad. REPETIBILIDAD La diferencia entre los valores extremos de una serie de determinaciones efectuadas a unas mismas muestras por un mismo analista, no debe ser mayor de 0.5 % del valor promedio de todas las determinaciones. c) Otro método diferente a los mencionados. NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-116-SSA1-1994, BIENES Y SERVICIOS. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD EN ALIMENTOS POR TRATAMIENTO TÉRMICO. MÉTODO POR ARENA O GASA. 1 OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACION 1.1 Esta Norma Oficial Mexicana establece el procedimiento para determinar la humedad por tratamiento térmico con el método por arena o gasa y es aplicable a alimentos en general, con excepción de aquellos en los que se requiera una metodología específica. 2 FUNDAMENTO Este método se basa en que al añadir arena o gasa, se incrementa la superficie de o y la circulación del aire en la muestra, favoreciéndose así la evaporación durante el tratamiento térmico. 5 REACTIVOS Y MATERIALES 5.1 Reactivos

   

Los reactivos que a continuación se mencionan deben ser grado analítico, cuando se indique agua, debe entenderse agua destilada. Sílica gel con indicador de humedad. Arena de mar purificada con ácido y calcinada (tamaño de partícula, 0,1 a 0,3 mm) o gasa. Agua. P á g i n a 18 | 39

5.2 Materiales

    

Desecadores con placa. Cápsulas de níquel, aluminio o vidrio de 20 mm de altura y 50 mm de diámetro, con tapa de 52 mm de diámetro por 6 mm de altura y base cóncava o plana según se requiera. Varillas de vidrio de 4 mm de diámetro. Pinzas para crisol. Material común de laboratorio.

6 APARATOS E INSTRUMENTOS

   

Los aparatos que a continuación se indican deben estar calibrados y ser ajustados antes de su operación: Baño maría, o bien, placa calefactora eléctrica termostatizada. Balanza analítica con ± 0,1 mg de sensibilidad. Estufa con termostato para mantener una temperatura de 100 ± 2 °C.

7 PREPARACION DE LA MUESTRA 7.1 Preparación de las cápsulas. Para cada muestra preparar dos cápsulas y las tapas respectivas con las siguientes características: Cápsulas de níquel, aluminio o vidrio, con 30 g de arena como máximo, o gasa recortada al tamaño del fondo de la cápsula y una varilla de vidrio de longitud apropiada para reposar oblicuamente en la cápsula sin que se impida el tapado de ésta. Secar previamente las cápsulas entreabiertas (con arena o gasa, varilla y tapas), durante un mínimo de 2 horas a 100 ± 2°C, taparlas e introducir en un desecador y dejar enfriar a temperatura ambiente y pesar con precisión de 0,1 mg (masa M1) 7.2 Preparación de la muestra Justo antes de tomar la muestra, homogeneizarla bien, si es necesario, colocar el envase original en baño maría a 40ºC para poner en suspensión los componentes que hayan podido separarse. (Por ejemplo grasa y fibras). 8 PROCEDIMIENTO 8.1 Colocar en la cápsula preparada una cantidad de producto inferior a 10 g, volver a tapar la cápsula y pesar con precisión de 0,1 mg (masa M2). Para que se cumpla el grado de precisión, se recomienda utilizar una cantidad de muestra superior a 1 g y en los productos heterogéneos utilizar de 3 a 5 veces más de la cantidad mínima propuesta. P á g i n a 19 | 39

8.2 Después de pesar, mezclar bien la muestra con arena o colocarla sobre la gasa. Si es necesario, añadir unos centímetros cúbicos de agua destilada, lo cual facilita una mezcla uniforme. 8.3 Si la muestra lo requiere, evaporar a sequedad, sin tapa, por medio de un baño maría o placa calefactora a un máximo de 100°C. Durante la evaporación, el contenido de la cápsula debe removerse de vez en cuando al principio y más a menudo al final. Evitar las pérdidas de sustancia y arena. 8.4 Introducir en la estufa las cápsulas con la muestra previamente evaporada, colocar las tapas de manera que al final del tiempo de secado puedan taparse rápidamente, cerrar la estufa y secar durante 4 horas a 100° ± 2°C. Abrir la estufa, tapar las cápsulas y colocarlas en los desecadores, dejar enfriar hasta temperatura ambiente y pesar inmediatamente con precisión de 0,1 mg (masa M3). 9 EXPRESION DE RESULTADOS 9.1 Método de cálculo. El contenido de humedad en la muestra se calcula con la siguiente fórmula expresada en por ciento: M2 - M3 Humedad en %=--------------- x 100 = % Humedad M2 - M1 En donde: M1 = Peso de la cápsula con arena o gasa (g) M2 = Peso de la cápsula con arena o gasa más muestra húmeda (g) M3 = Peso de la cápsula con arena o gasa más muestra seca (g) Nota: Indicar el valor medio de la determinación por duplicado con un decimal. 9.2 Grado de precisión Repetibilidad: no debe exceder de 0,1 g por 100 g de muestra. Si el producto es homogéneo y la diferencia excede 0,1 g/100 g, debe repetirse la determinación. Sin embargo para ciertas materias heterogéneas las diferencias isibles pueden alcanzar de 0,3 a 0,5 g/100 g. P á g i n a 20 | 39

8. Mecanismos de secado: a) Definición de difusividad y su variación a lo largo del secado. La difusión molecular es la transferencia de masa provocada por el movimiento libre de las moléculas. En gases y líquidos la transferencia de masas también resulta del movimiento del volumen de los fluidos (convección) (Armando, 2008). En sistemas binarios (A, B), la masa proporción de masa transferida de un componente A por unidad de área superficial y tempo (flux, JA) se define por la primera Ley de Fick:

Donde CA es la concentración del componente A, z es la dirección de la difusión y DAB es la difusividad o coeficiente de difusión relativo al componente B. La concentración se expresa en kmol/m3 o kg/m3 y los correspondientes fluxes en kmol/(m2 ·s) o kg/(m2 ·s). La difusividad tiene unidades de m2 /s. La difusividad es una propiedad física del sistema (sustancias y materiales difusantes), La difusión en gases se puede abordar en términos de la teoría cinética, en cambio la difusión de sólidos se requiere un tratamiento empírico (Armando, 2008). A partir de modelos matemáticos de secado de frutas surgen naturalmente parámetros que influyen en el proceso, tales como el coeficiente externo de transferencia de materia km (m/s), la difusividad efectiva del agua en una fruta Def (m2 /s) y el número de Biot Bi (adim.). Uno de los más conocidos modelos de secado es el de Luikov (1966), que está basado en la termodinámica de los procesos irreversibles (Abalone et al., 2001; Luikov, 1966; Pandey et al., 1999; Wu e Irudayaraj, 1996). En su trabajo original (Lima, 1999) desarrolló modelos bidimensionales, analíticos y numéricos, para simular la difusión de agua en sólidos, los cuales fueron empleados para describir el secado de banana. En su investigación se destaca el denominado modelo (III), en el cual usa condición de contorno convectiva, fenómenos simultáneos de transferencia de humedad y disminución de volumen del fruto. En su modelo (III) el citado autor itió, entre otras consideraciones, que: a) El secado ocurre bajo condición de contorno convectiva, con humedad dependiente de la posición y del tiempo, en un sólido esferoidal. b) El número de Biot es itido como variable en el secado c) La disminución de volumen es linealmente proporcional a la pérdida promedio de humedad del sólido.

P á g i n a 21 | 39

Según Lima, el modelo (III) es el más realista de los analizados por él, dando resultados confiables para los parámetros transferencia de materia; porque están incluidos más efectos físicos que inciden en la cinética de secado, comparado con otros modelos de citado autor (Lima, 1999; Lima et al., 2002). Por otro lado, Karim y Hawlader (2005) desarrollaron un modelo de secado de frutas, prediciendo su temperatura y humedad. Como ellos itieron disminución de volumen, la difusividad Def resultó dependiente del contenido acuoso y de la temperatura (Bird et al., 2002; Crank, 1976). La consideración común, en todos ellos, es que el coeficiente de difusividad de la humedad dentro del solido es constante, a pesar de que este puede variar de manera importante en función de la temperatura de la partícula y de la cantidad de humedad (Kiranoudis y col., 1995; Marinos-Kouris y Maroulis 2006). Se puede concluir que la difusividad varia conforme cambia las condiciones de secado (temperatura y velocidad del aire), es decir no es intrínseca al material. b) Difusión de agua en estado líquido y en estado de vapor. La difusión se da en solidos de estructura fina y en los capilares, poros y pequeños huecos llenos con vapor. El vapor difunde hacia afuera hasta que alcanza la superficie donde alcanza la corriente global del aire. Desgraciadamente, la teoría de la difusión no tiene en cuenta el encogimiento, casos de endurecimiento o isotermas de adsorción. Siendo el coeficiente de difusión dependiente de la concentración y de la temperatura. La ley de Fick aplicada a un sistema unidimensional puede expresarse como: 𝜕𝑋 𝜕 2𝑋 = 𝐷𝑒𝑓 2 𝜕𝑡 𝜕𝑥 Donde X es el contenido de humedad libre, t es el tiempo, x es la dimensión espacial y Def es el coeficiente de difusión. La solución de la ley de Fick modificada para una lámina es: ∞

Γ=

𝑋 − 𝑋𝑠 8 1 = 2∑ 2𝑒 𝑋0 − 𝑋𝑠 𝜋 ℎ𝑛

2 𝜋2 𝐷 −ℎ𝑛 𝑒𝑓𝑡 ( ) 4𝐿2

𝑛=1

Dónde: hn = 2n-1; L es el espesor de la lámina; X es el contenido de humedad al tiempo t; X0 es el contenido de humedad inicial y Xs es el contenido de humedad en la superficie. c) Capilaridad. Teoría capilar. La teoría capilar se refiere al flujo de un líquido a través de los intersticios y sobre la superficie de un sólido debido a la atracción molecular entre el líquido y el sólido. Este fenómeno fue analizado primero por Buckinghan, quien introdujo el concepto de potencial P á g i n a 22 | 39

capilar como fuerza conductora para flujo capilar no saturado. La ecuación que describe este fenómeno es:

En la ecuación anterior, el potencial de flujo capilar ψ se considera proporcional al gradiente de concentración de humedad. Algunos investigadores han señalado que en el secado de sólidos granulares, el flujo de humedad es determinado totalmente por fuerzas capilares por lo que es independiente de la concentración de humedad. Como se ha demostrado través de experimentos, el flujo de humedad puede ser en la dirección del incremento de concentración, lo cual puede explicarse estableciendo que la fuerza conductora es un gradiente de tensión. El argumento es que tanto las leyes de tensión superficial y del flujo viscoso están basadas en la presión. Solamente para medios homogéneos y fuerzas del cuerpo despreciables, la tensión es proporcional al contenido de humedad. La humedad alojada en los intersticios de sólidos, así como el líquido que cubre la superficie y el agua libre en las cavidades celulares, están sujetos a movimiento por la gravedad y capilaridad mientras existan caminos o pasajes para la continuidad del flujo. En el área de secado de alimentos, la teoría de flujo capilar ha sido aceptada como uno de los mecanismos fundamentales, principalmente para la etapa de secado con alto contenido de humedad (Hernández, 2005). d) Gradiente de presiones. El secado es uno de los métodos más antiguos para deshidratar alimentos, el cual involucra de manera simultánea la transferencia de materia y energía. En la transferencia de materia se considera como la transición física del agua del estado líquido al de vapor, en donde la transferencia de masa tiene lugar cuando existe un gradiente de concentración o de presión. De esta manera los alimentos secos se pueden almacenar durante grandes periodos de tiempo sin que se alteren (Ratti y Mujumdar, 1993). Así pues, la transferencia de masa es primordialmente debida al gradiente total de presión establecido a causa de la rápida generación de vapor dentro del material. La mayor parte del agua es vaporizada antes de abandonar la muestra. Si la muestra esta inicialmente muy húmeda y la presión dentro de la muestra aumenta muy rápidamente, el líquido puede ser eliminado bajo la influencia de un gradiente total de presión. A mayor humedad inicial, mayor es la influencia del gradiente de presión sobre el total de masa eliminada. De este modo, existe una especie de bombeo de líquido, forzando el líquido hacia la superficie, frecuentemente como vapor. Esto contribuye a un secado muy rápido sin la necesidad de sobrecalentar la muestra (Fito, 2006). P á g i n a 23 | 39

La eliminación de agua en forma de vapor de la superficie del material durante el secado, depende de condiciones externas tales como: temperatura, humedad, flujo de aire, área de la superficie expuesta y presión. Estas condiciones son importantes durante las etapas iniciales de secado cuando la humedad de la superficie está siendo removida. En algunos materiales puede haber encogimiento, excesiva evaporación en la superficie, después de que la humedad inicial ha sido removida dando lugar a altos gradientes de humedad del interior a la superficie. Este fenómeno es causado por el sobre-secado y encogimiento y consecuentemente las altas tensiones dentro del material, dando como resultado agrietamiento y deformación. En el secado existe transferencia de calor hacia un sólido húmedo, un gradiente de temperatura se desarrolla dentro del solido mientras la evaporación de la humedad ocurre en la superficie. La evaporación produce una migración de humedad desde adentro del solido hacia la superficie, la cual ocurre a través de uno o más mecanismos, normalmente difusión, flujo capilar, presión interna causada por el encogimiento durante el secado. 9. Curvas de velocidad de secado: a) Periodo de acondicionamiento. Ya que el producto a secar esta frio en el momento inicial, su presión de vapor es también baja, por lo que se produce transferencia de masa a velocidad muy lenta. Por el contrario, el gradiente de temperatura entre el aire caliente y la superficie fría del producto es muy elevado, por lo tanto la transferencia de calor es muy activa. De este modo, el calor excedente calentara la superficie del producto, de lo que se deriva la disminución del gradiente de temperatura que cesara cuando se alcance el equilibrio estacionario. Q=Eλ Q=velocidad de transferencia de calor (potencia térmica) E= masa de agua eliminada λ=calor latente de vaporización b) Periodo de velocidad constante. Se caracteriza porque la velocidad de secado es independiente del contenido de humedad (Ver figura 2). Durante este período el sólido está tan húmedo que toda la superficie de secado está recubierta por una película continua de agua que se comporta como si el sólido no existiese. Si el sólido no es poroso, el agua separada durante este período es básicamente agua situada sobre la superficie del sólido. En un sólido poroso, la mayor parte de agua separada durante el período de velocidad constante corresponde a la existente en el interior del sólido. La evaporación desde un material poroso tiene lugar por el mismo mecanismo que en el caso del termómetro húmedo, y el proceso de un termómetro húmedo es esencialmente el de secado con velocidad constante. La temperatura del sólido durante el período de velocidad constante es la temperatura húmeda del aire. Durante el período de velocidad constante la velocidad de P á g i n a 24 | 39

secado por unidad de área, R, puede estimarse con bastante precisión a partir de las correlaciones desarrolladas para evaporación desde la superficie libre de un líquido. La velocidad de transferencia de calor se calcula: 𝑄 = ℎ𝑐 𝐴(𝑇𝑎 − 𝑇𝑠 ) Y la velocidad de transferencia de masa mediante: −𝑚𝑐 = 𝑘𝑔 𝐴(𝑌𝑠 − 𝑌𝑎 ) Dónde: Q [J/s] velocidad de transferencia de calor; hc[W/m2K] coeficiente convectivo de transferencia de calor superficial; A[m2] superficie de evaporación; Ta [°C] media aritmética de la temperatura de bulbo seco del aire del deshidratador; Ts [°C] media aritmética de la temperatura de bulbo húmedo del aire; mc[kg/s] cambio de masa en el alimento a lo largo de la deshidratación (velocidad de deshidratación); kg [kg/m2s] coeficiente de transferencia de masa; Ys [kg de vapor de agua/kg de aire seco]la humedad en la superficie del alimento (humedad de saturación) y Ya[kg de vapor de agua/kg de aire seco] humedad del aire. Durante el periodo de velocidad constante se produce un equilibrio entre la velocidad de transferencia de calor al alimento y la transferencia de masa (representada por el flujo de vapor que escapa de este). La siguiente forma expresa la relación existente entre ambas: −𝑚𝑐 =

ℎ𝑐 𝐴 (𝑇𝑎 − 𝑇𝑠 ) 𝜆

Dónde: λ [J/kg] calor latente de vaporización a la temperatura del bulbo húmedo.

Figura 2. Curva típica de velocidad de secado constante: Grafica de los datos de humedad libre en función del tiempo (Geankoplis, 1998).

P á g i n a 25 | 39

c) Primer periodo de velocidad decreciente. En este periodo a medida que el alimento se va deshidratando el gradiente de su contenido en agua va cambiando y la temperatura va aumentando desde la temperatura de bulbo seco a la del bulbo húmedo. Por otra parte el agua migra cada vez más difícilmente y es la transferencia interna de masa la que resulta limitante. Para el cálculo del tiempo que transcurrirá desde el comienzo del periodo decreciente hasta que se alcanza el contenido de agua en equilibrio se utiliza la siguiente ecuación: 𝑡=

𝜌𝑥(𝑀𝑐 − 𝑀𝑒 ) 𝑀𝑐 − 𝑀𝑒 ln ( ) 𝐾𝑔 (𝑃𝑠 − 𝑃𝑎 ) 𝑀 − 𝑀𝑒

Dónde: Me [Kg/kg de solidos totales], M [kg de solidos totales] es el contenido de agua transcurrido el tiempo t desde el comienzo del periodo decreciente; Mc [kg7kg de solidos totales] contenido en agua critico; Ps [atm] presión de vapor de saturación a la temperatura de bulbo húmedo y Pa [atm] presión parcial de vapor de agua. d) Segundo periodo de velocidad decreciente.

Figura 3. Curva típica de velocidad de secado constante: Curva de velocidad de secado en función del contenido de humedad libre. (Geankoplis, 1998).

En la figura 3 se muestra la curva de velocidad de secado para condiciones de secado constante. Empezando en el tiempo cero, el contenido inicial de humedad libre corresponde al punto A. Al principio, el sólido suele estar a una temperatura inferior de la que tendrá al final, y la velocidad de evaporación va en aumento. Al llegar al punto B, la temperatura de la superficie P á g i n a 26 | 39

alcanza su valor de equilibrio. Por otra parte, si el sólido está bastante caliente al principiar la operación, la velocidad de secado puede iniciarse en un punto A’. Este periodo inicial de ajuste en estado no estacionario suele ser bastante corto y por lo general se pasa por alto en el análisis de los tiempos de secado. La curva de la figura 3 la es recta entre los puntos B y C, por lo que la pendiente y la velocidad son constantes durante este periodo. Este periodo de velocidad constante de secado corresponde a la línea BC en la figura 3. En el punto C de ambas gráficas, la velocidad de secado comienza a disminuir en el periodo de velocidad decreciente, hasta llegar al punto D. En este primer periodo de velocidad decreciente, la velocidad corresponde a la línea CD en la figura 3, y por lo general es lineal. En el punto D la velocidad de secado disminuye con más rapidez aún, hasta que llega al punto E, llamado segundo periodo de velocidad decreciente, donde el contenido de humedad de equilibrio es 𝑋 ∗ , 𝑦 𝑋 = 𝑋 ∗ − 𝑋 ∗ = 0. En el secado de algunos materiales, la región CD no existe, o bien, constituye la totalidad del periodo de velocidad decreciente (Geankoplis, 1998). 10. Parámetros a considerar en las pruebas de secado. Para determinar experimentalmente la velocidad de secado de un material, se procede a colocar una muestra en una bandeja. Si se trata de material sólido se debe llenar por completo la base de la bandeja, de manera que sólo quede expuesta a la corriente de aire de secado la superficie de dicho sólido. La pérdida en peso de humedad durante el secado puede determinarse a diferentes intervalos sin interrumpir la operación, colgando la bandeja de una balanza adaptada a un gabinete o a un dueto a través del cual fluye el aire de secado. Al realizar experimentos de secado por lotes, deben tomarse ciertas precauciones para obtener datos útiles en condiciones que se semejen lo más posible a las que imperaran en operaciones a gran escala. La muestra no debe ser demasiado pequeña y se debe introducir en una bandeja similar a la que se usará en producción. La relación entre superficie de secado y superficie de no secado (superficie aislada) así como la profundidad del lecho del sólido deben ser idénticas. La velocidad, la humedad, la temperatura y la dirección del aire deben ser las mismas y constantes para simular un secado en condiciones constantes. Propiedades físicas  Las dimensiones y forma del alimento.  Presencia o no de piel o cascara.  Naturaleza del material: Solido o líquido.  Propiedades mecánicas: Dureza y Adhesividad. Propiedades químicas y bioquímicas ● Composición. ● Características de los elementos constitutivos del material. ● Comportamiento bioquímico del producto en función de las variables de proceso (T, a w, velocidad del aire, condiciones de operación). P á g i n a 27 | 39

11. Ecuación para determinar la velocidad de secado en el periodo de velocidad constante. Durante el período de velocidad constante la rapidez de eliminación de humedad del alimento está limitada sólo por la rapidez de evaporación de agua desde la superficie o desde el interior del mismo. Esta rapidez de secado continuará mientras la migración de humedad desde el interior hacia la superficie en la cual ocurre la evaporación sea más rápida que la evaporación que ocurre en la superficie. Velocidad periodo constante humedad critica Xc.

Donde: Wc= periodo de velocidad cte. A= área de superficie expuesta

este periodo va desde la humedad inicial Xo, hasta la

S= solido seco ∆x= variación de la humedad en base seca ∆t= variación del tiempo de secado

a) Efecto de la temperatura, humedad y velocidad del aire en la rapidez de secado. Como ya se dijo, antes, es preferible emplear mediciones experimentales de la velocidad de secado en vez de las ecuaciones de predicción. Sin embargo, estas ecuaciones son bastante útiles para predecir el efecto de los cambios de las variables del proceso de secado cuando se dispone de datos experimentales limitados (Geankoplis, 1998). 1. Efecto de la velocidad del aire. Cuando no hay transferencia de calor por conducción y radiación, la velocidad Rc de secado en la región de velocidad constante es proporcional a h, y por tanto, a G0.8, tal como lo expresa la ecuación (9.6-9). El efecto de la velocidad del gas es menos importante cuando sí hay conducción y radiación.

2. Efecto de la humedad del gas. Si la humedad del gas H disminuye para determinado valor T en el gas, la temperatura de bulbo húmedo Tw, tal como se obtiene de la gráfica de humedad, también disminuye. Entonces, al aplicar la ecuación (9.6-7) se ve que Rc aumenta. P á g i n a 28 | 39

Por ejemplo, si las condiciones originales son Rc1, T1, Tw1, H1 y Hw1, si H1 cambia a H2 y Hw2 varía a Hw2, Rc2 será:

Sin embargo, puesto que 𝜆𝑤1 ≅ 𝜆𝑤2

3. Efecto de la temperatura del gas. Si se eleva la temperatura del gas T, Tw también aumenta algo, pero no tanto como el aumento de T. Por consiguiente, Rc aumenta como sigue:

(9.6 - 14) 4. Efecto del espesor del lecho sólido que se está secando. Cuando sólo hay transferencia de calor por convección, la velocidad Rc es independiente del espesor X1 del sólido. Sin embargo, el tiempo t necesario para secar entre los contenidos de humedad fijos X1 y X2 será directamente proporcional a este espesor X1. La ecuación (9.6-2) muestra esta proporcionalidad, pues al aumentar el espesor por un valor constante de A, se elevará directamente la cantidad L S kg de sólido seco. 5. Efecto experimental de las variables de proceso. Los resultados experimentales tienden a confirmar las conclusiones señaladas para los efectos de espesor de material, humedad, velocidad del aire y T – Tw (Geankoplis, 1998). 12. Ecuación para determinar el tiempo de secado en el periodo de velocidad constante. 1. Introducción. El factor más importante en los cálculos del secado es probablemente el tiempo requerido para secar un material a partir de un contenido inicial de humedad libre X 1, hasta un contenido de humedad X2. Para el secado en el periodo de velocidad constante, es posible estimar el tiempo necesario mediante curvas de secado obtenidas con lotes experimentales, o por predicciones de coeficientes de transferencia de masa y de transferencia de calor. 2. Método de curva de secado. Para estimar el tiempo de secado de determinado lote de material, el mejor método consiste en obtener datos experimentales reales bajo condiciones de alimentación, área superficial relativa expuesta, velocidad del gas, temperatura y humedad, que P á g i n a 29 | 39

sean, en esencia, las mismas que tendrá el secador que se usará en la práctica. De esta manera, el tiempo requerido para el periodo de velocidad constante se determina directamente con la curva de secado de contenido de humedad libre en función del tiempo. 3. Método de curva de velocidad de secado para el periodo de velocidad constante. En lugar de la curva de secado, es posible emplear la curva de velocidad de secado. La velocidad de secado R se define en la ecuación (9.5-3) de la siguiente manera:

Esta expresión se reordena e integra con respecto al intervalo para secar desde X1 a t1 = 0 hasta X2 a t2 = t.

Si el secado se verifica dentro del periodo de velocidad constante, de manera que tanto X1 como X2 sean mayores que el contenido de humedad crítica XC, entonces R = constante = RC. Al integrar la ecuación (9.6-1) para el periodo de velocidad constante (Geankoplis, 1998).

Método que emplea predicciones de coeficientes de transferencia para el periodo de velocidad constante. 1. Introducción. En el periodo de secado de velocidad constante, las superficies de los granos del sólido en o con el flujo de aire de secado permanecen completamente húmedas. Como se dijo antes, la velocidad de evaporación de la humedad bajo ciertas condiciones del aire, es independiente del tipo de sólido, y de hecho, casi igual a la velocidad de evaporación de una superficie de líquido puro bajo idénticas condiciones. Sin embargo, las irregularidades de la superficie pueden aumentar la velocidad de evaporación. Durante este periodo de velocidad constante el sólido está tan mojado, que el agua actúa como si el sólido no existiera. El agua que se evapora de la superficie proviene del interior del sólido. La velocidad de evaporación en un material poroso se verifica por medio del mismo mecanismo que en un termómetro de bulbo húmedo, el cual opera esencialmente con secado de velocidad constante (Geankoplis, 1998). Para estimar el tiempo de secado en el periodo de velocidad constante, al sustituir en las ecuaciones: P á g i n a 30 | 39

13. Ecuación para determinar el tiempo de secado en el periodo decreciente cuando la velocidad de secado disminuye de manera lineal. En el periodo de secado de velocidad decreciente que se muestra en la figura 3, la velocidad de secado R no es constante, sino que disminuye cuando el secado pasa por la zona de contenido crítico de humedad libre XC. Cuando el contenido de humedad libre Xes cero, la velocidad también lo es. El tiempo de secado para cualquier región entre X1 y X2 se obtiene mediante la ecuación (9.6-1):

Cuando la velocidad es constante, la ecuación (9.6-1) se puede integrar para obtener la ecuación (9.6-2). Sin embargo, durante el periodo de velocidad decreciente R varía. La ecuación (9.6-1) se puede integrar gráficamente para cualquier forma de la curva de secado de velocidad decreciente, trazando 1/R en función de Xy determinando el área bajo la curva (Geankoplis, 1998). Métodos de cálculo para casos especiales en la región de velocidad decreciente. En algunos casos especiales que se presentan en la región de velocidad decreciente, la ecuación de tiempo de secado (9.6-1) puede integrarse analíticamente. 1. La velocidad está en función lineal de X. Si tanto X1 como X2 son inferiores a Xc y la velocidad R es lineal con respecto a X en esta región.

Donde a es la pendiente de la línea y b es una constante. Al diferenciar la ecuación (9.7-1) se obtiene dR = a dX, y sustituyendo en la ecuación (9.6-1).

Puesto que RI = aX, + b y R2 = aX, + b,

P á g i n a 31 | 39

Al sustituir la ecuación (9.7-3) en (9.7-2),

(Geankoplis, 1998). 14. Método para determinar el tiempo de secado en el periodo decreciente cuando la velocidad de secado disminuye de manera no lineal. La velocidad es una función lineal que pasa a través del origen. En algunos casos, una recta proyectada desde el contenido crítico de humedad que pasa a través del origen representa de manera adecuada a la totalidad del periodo de velocidad decreciente. En la figura 3 (curva b), esto correspondería a una recta desde C hasta E en el origen. La suposición anterior se establece con bastante frecuencia cuando se carece de datos más detallados. Entonces, para una recta a través del origen, donde la velocidad de secado es directamente proporcional al contenido de humedad libre: R = aX

(9.7 -5)

Al diferenciar, Dx = dR/a. Sustituyendo en la ecuación (9.6-1):

(9.7-6) La pendiente a de la línea es Rc/Xc, y para X1 = Xc cuando R1 = Rc:

(9.7-7) Al observar también que Rc/R2 = Xc/X2:

(9.7-8)

(9.7-9) (Geankoplis, 1998).

P á g i n a 32 | 39

15. Secadores de túnel y de charolas atmosféricos. a) Ventajas y desventajas Secador de túnel. Ventajas Desventajas Deshidratan grandes cantidades de Difícil control de variables producto en poco tiempo (5-6 hrs). Productos muy heterogéneos Son energéticamente eficaces. Costes de operación elevados por la mano de obra Secador de charolas atmosféricos Ventajas Desventajas Son económicos. Difícil control de variables De funcionamiento simple. Secado no homogéneo. Trabaja por lotes, secado rápido. Formación de costras. Proceso lento más de 12 hrs. b) Capacidades de producción. Secador de túnel 200 Kg/h

Secador de charolas Pequeñas instalaciones 10 a 250 Kg

c) Partes principales. Secador de túnel Secador de charolas Ventilador, Calefaccion, Entrada y salida de aire, Bandejas, deflectores y conductos para dirigir Entrada y salida de carretillas. el aire sobre el producto o a través de él ventilador de aire, calentador, cámara de secado, controlador de temperatura.

P á g i n a 33 | 39

1. Generador de aire: Debe de contar con un sistema que permita la entrada de aire a diferentes velocidades. 2. Calefactor:  Directo: el aire es calentado cuando se combina con gases de combustión de escape.  Indirecto: el aire o producto es calentado a través de placas de resistencia eléctrica (intercambiador de calor). 3. Alimentador: Más comunes utilizados en los secaderos para solidos húmedos son los transportadores de tornillo, mesas rotantes y bandejas vibratorias. 4. Termómetros, medidores de presión y humedad, básculas que censan la perdida de agua del alimento. d) Diferentes tipos.

Secador de túnel Flujo paralelo, flujo en contracorriente, de dos etapas con salida central y de flujo cruzado.

Secador de charolas Secadores de charolas al vacío Secadores con congelación liofilizadores.

o

P á g i n a 34 | 39

e) Condiciones de trabajo (porcentaje de recirculación, velocidad, temperatura y humedad del aire de secado, carga de las charolas). Secador de túnel Capas de un grosor de 25-150 mm

Secador de charolas Capas de un grosor de 2-6 cm. Velocidad del aire de 0.5-5 m/s

f) Métodos de calentamiento del aire. ● Directos, que utilizan gases calientes en o con el sólido húmedo para suministrar el calor y arrastrar el líquido vaporizado. ● Indirectos, en los que el calor se transmite al solido húmedo a través de la pared que lo contiene, eliminándose el líquido vaporizado independientemente del medio calefactor. ● secadores por radiación. g) Eficiencia térmica. Eficiencia térmica se define como la relación entre la cantidad de energía destinada al secado y la cantidad de agua evaporada durante el proceso. El consumo de energía en un secador no se debe medir solamente en unidades de combustible usadas n el proceso. Es importante que se relacione este consumo con la cantidad correspondiente de agua evaporada, de ahí la necesidad de definir un elementó que sirva de termino de comparación entre diferentes secadores. P á g i n a 35 | 39

El consumo de energía por unidad de agua evaporada varía con diversos parámetros: variación de húmeda del producto durante el secado (tasa de secado), las condiciones ambientales y el tipo de secador empleando. El tipo de secador que se utilice ejerce gran influencia sobre el rendimiento térmico de secado. h) Materiales de construcción. Existe más de un material que se puede emplear alternativamente en el equipo de secado y podría servir para una aplicación específica. Sin embargo se recomienda el acero inoxidable ya que se maneja un producto alimenticio, el material que se utilice en la construcción deberá ser resistente a la corrosión, a la humedad y temperatura con que se esté operando. Siendo este material el más adecuado para la construcción del secador. 16. Balances de materia y energía: a) Balance de agua aire y sólidos. Balances simples de calor y materia. En la figura 4 se muestra el diagrama de flujo para un secador de tipo continuo, en el que el gas de secado fluye a contracorriente al flujo de sólidos. El sólido entra a velocidad LS kg de solido seco/h, con un contenido de humedad libre de X1 y temperatura Ts 1 y sale a X2 y TS2. El gas entra a velocidad G kg de aire seco/h, con humedad H2 kg H2O/kg de aire seco y temperatura TG 2. El gas sale a TG1 y H1.

Figura 4. Proceso de flujo para un secador continúo a contracorriente. El balance de materia con respecto a la humedad,

Se selecciona un valor básico de T0 °C para el balance de calor. Una temperatura conveniente es 0 °C (32 °F). La entalpía del sólido húmedo está constituida por la entalpía del sólido seco más la del líquido como humedad libre. En general, se suele despreciar el calor de hurnidificación. La entalpía del gas H´G en kJ/kg de aire seco es

P á g i n a 36 | 39

Donde 𝜆0 es el calor latente del agua a T0 °C, 2501 kJ/kg (1075.4 btu/lbm) a 0 °C, y CS es el calor húmedo, que se expresa en kJ/kg de aire seco K.

La entalpía del sólido húmedo H´S en kJ/kg de sólido seco, donde (TS – T0) °C = (TS – T0) K es

Donde S es la capacidad calorífica del sólido seco en kJ/kg de sólido seco K y A es la capacidad calorífica de la humedad líquida en kJ/kg H20 K. Se desprecia el calor de humidificación o adsorción. El balance de calor para un secador es

Donde Q es la pérdida de calor en el secado en kJ/h. Para un proceso adiabático, Q = 0, y si se añade calor, Q es negativa (Geankoplis, 1998). b) Consumo de energía térmica. Predicción del tiempo de secado. Para predecir el tiempo requerido para llevar a cabo una reducción determinada del contenido de agua del producto, se debe predecir la velocidad de eliminación de agua (Bird, 1992). Para el periodo de velocidad constante, ésta se puede describir mediante: 𝑚̇𝐶 =

𝑊0 − 𝑊𝐶 𝑡𝐶

Donde: 𝑚̇𝐶 = eliminación de agua durante el periodo de velocidad constante (𝑠 −1 ) 𝑊𝐶 = contenido de agua critico (kg agua/kg solidos secos) 𝑊0 = contenido de agua inicial (kg agua/kg sólidos secos) 𝑡𝐶 = tiempo de secado para el periodo de velocidad constante (s) Durante este periodo, se transmite energía térmica desde el aire caliente hasta la superficie del producto, mientras que el vapor de agua se transporta desde la superficie del producto hasta el aire caliente (Bird, 1992). El valor de la energía térmica transmitida viene descrita por: 𝑞 = ℎ𝐴(𝑇𝑎 − 𝑇𝑆 ) P á g i n a 37 | 39

Donde: q= flujo de calor (W) h= coeficiente de transmisión de calor por convección (𝑊⁄[𝑚2 . °𝐶]) A= área superficial de producto expuesto al aire caliente (𝑚2 ) 𝑇𝑎 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 (°𝐶) 𝑇𝑆 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 (°𝐶)

17. Referencias bibliográficas.

Armando Ulloa José. TESIS “Difusividad de cloruro de sodio, sorbato de potasio y bisulfito de sodio en rebanadas de mango (mangifera indica) auto estabilizadas en el envase por la tecnología de obstáculos”. CIATEJ. Guadalajara, Jal. (2008), pp-54 Bird Byron R., E. Stewart Warren y N. Lightfoot Edwin. Fenómenos de transporte. Un estudio sistematico de los fundamentos del transporte de materia, energía y cantidad de movimiento. Editorial Reverté. España (1992). Fito Maupoey Pedro. Introducción al secado de alimentos por aire caliente. Editorial Universitat Politécnica de Valéncia. España (2006). Hernández Rodríguez José, Quinto Diez Pedro. Secado de medios porosos: una revisión a las teorías actualmente en uso. Científica Vol. 9 Núm. 2 (2005) pp. 63-71. http://www.redalyc.org/html/614/61490203/ Geankoplis, Christie. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Compañía Editorial CONTINENTAL. México. (1998). Gimferrer Moratí Natália. Escaldado de alimentos para mayor inocuidad. CONSUMER.ES. (2012) http://www.consumer.es/seguridad-alimentaria/ciencia-ytecnologia/2009/05/25/185488.php Martínez de la Cuesta J. Pedro, Rus Martínez Eloísa. Operaciones de separación en Ingeniería Química. Métodos de cálculo. Editorial Prentice Hall. España. (2004)

P á g i n a 38 | 39

Martínez Enrique L., Leonel Lira C. Análisis y aplicación de las expresiones del contenido de humedad en sólidos. Centro nacional de metrología. Simposio de Metrología. SM2010-S5B-1. (2010). NMX-F-083-1986. ALIMENTOS. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD EN PRODUCTOS ALIMENTICIOS. FOODS. MOISTURE IN FOOD PRODUCTS DETERMINATION. NORMAS MEXICANAS. DIRECCIÓN GENERAL DE NORMAS. NMX-F-428-1982. ALIMENTOS. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD (MÉTODO RÁPIDO DE LA TERMOBALANZA). FOODS. DETERMINATION OF MOISTURE (THERMOBALANCE RAPID METHOD). NORMAS MEXICANAS. DIRECCIÓN GENERAL DE NORMAS. NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-116-SSA1-1994, BIENES Y SERVICIOS. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD EN ALIMENTOS POR TRATAMIENTO TÉRMICO. MÉTODO POR ARENA O GASA. Talamás Abbud Ricardo, et al. Los tratamientos térmicos en alimentos ácidos empacados. Synthesis. Aventuras del pensamiento, Tomo 54. (2010). P.p. 1-3 Bibliografía de Internet. Secador de charolas. https://cetiquimica2.files.wordpress.com/2014/03/exp1_profesor_tgoquim_alim_oper_de _conserv_ceti.pdf Osmosis: https://es.slideshare.net/VanessaVillngm/sistemas-de-secado Deshidratación de los alimentos. https://www.slideshare.net/gallorocky/deshidratacinde-los-alimentos Proceso de Secado. http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/cabrera_v_a/capitulo5.pdf

P á g i n a 39 | 39