Se presenta un estudio de la influencia del secado en algunas propiedades de la calabaza, así como de la cinética de la operación.

1. Operaciones Unitarias II
Estudio del secado convectivo de
calabaza
(Cucurbita maxima)
Angélica García Rendón
25 de noviembre de 2016

2. Estudio del secado convectivo de calabaza
(Cucurbita maxima)
• Autores:
Raquel P.F. Guiné: CI&DETS, Dep. Indústrias Alimentares, ESAV,
Instituto Politécnico de Viseu, Portugal
Susana Pinho: Dep. Indústrias Alimentares, ESAV, Instituto Politécnico
de Viseu, Portugal
Maria João Barroca: CERNAS, ISEC, Instituto Politécnico de Coimbra,
Portugal
• Revista: ELSEVIER
• Volumen: food and bioproducts processing 89
• Año: 2011
• Páginas: 422–428

3. Índice
Objetivos de estudio
Materiales y métodos
• Proceso de secado
• Determinación de la composición química
• El uso de modelos empíricos describen las cinéticas de secado
Resultados y discusión
• Optimización del Analizador Halógeno de Humedad
• Composición química
• Modelos cinéticos empíricos
• Modelo de difusión
Conclusiones

4. Objetivos de estudio

5. Los principales objetivos de este trabajo son estudiar
la influencia de la operación de secado en algunas
propiedades químicas de la calabaza, además del
estudio de las cinéticas de secado al aplicar
diferentes tipo de modelos cinéticos a los datos
experimentales de secado.

6. Con respecto al primer objetivo, se realizaron ensayos con secado
convectivo a diferentes temperaturas (30 a 70 °C) y se compararon
con la verdura fresca. Las propiedades químicas analizadas fueron:
• Humedad
• Total y reducción de azúcares
• Acidez
• Proteínas
• Lípidos
• Fibra cruda
• Cenizas

7. En relación al segundo objetivo, los datos experimentales
(variación de humedad conforme al secado respecto al
tiempo) fueron adecuados a diferentes modelos cinéticos.
Además, las difusividades fueron estimadas a partir de las
condiciones de operación presentes.

8. Materiales y métodos

9. Proceso de secado
La calabaza usada fue “abóbora menina”. Para obtener las
muestras, las calabazas fueron peladas y cortadas en
cilindros y secadas en una cámara ventilada (Fig. 1) con un
flujo de aire de 300 m3/h a una temperatura constante de
30°C a 70°C, hasta que se alcanzó un contenido de
humedad seguro por debajo del 5% (base húmeda).
Periódicamente, tres muestras eran removidas de cada
estufa para medir el contenido aproximado de agua.

10. Fig. 1 – Esquema de la cámara usada en los experimentos

11. Determinación de la composición química
Para analizar los efectos de la condición operacional de
temperatura, sólo las muestras sometidas a las temperaturas más
bajas y altas (30°C y 70°C) fueron caracterizadas en términos de
composición química. Se analizaron la calabaza fresca y seca con
respecto a las propiedades antes mencionadas. Los análisis
químicos fueron realizados por triplicado.

12. El contenido de humedad se determinó utilizando el Analizador
Halógeno de Humedad. El total de azúcares, azúcares reductores y
acidez se estimó según metodologías previamente establecidas. El
contenido de proteína se determinó con el método micro-Kjeldhal.
Los lípidos se cuantificaron gravimétricamente después de la
extracción en un equipo Soxhlet y la fibra cruda con la digestión con
ácido y soluciones alcalinas.

13. El uso de modelos empíricos describen las
cinéticas de secado
Los datos obtenidos experimentalmente paras las cinco diferentes
temperaturas estudiadas fueron graficados en la forma de humedad (MR)
en relación con el tiempo:
MR =
W − We
W0 − We
Donde W, We y W0 son, respectivamente, el contenido de humedad al
tiempo t, el contenido de equilibrio de la humedad y la cantidad inicial de
humedad expresadas en base seca (g de agua/g de sólido seco).
Se considera 0.02 g de agua/g de sólido seco, y corresponde con el secado
por un periodo largo de tiempo cuando se ha logrado el equilibrio con la
atmósfera del entorno.

14. Resultados y discusión

15. Optimización del Analizador Halógeno de
Humedad
La humedad de la calabaza fresca se determinó primeramente en
secado al horno hasta que se alcanzó un peso constante. El valor
promedio obtenido de las tres experimentaciones (91.57%, 92.20%
y 91.80% (base húmeda), fue 91.86% y se usó como referencia para
la selección de los parámetros más adecuados de operación para
este alimento. Los análisis hechos por el estudio cinético se
establecieron a 120°C.

16. Composición química
Se puede observar que los valores obtenidos experimentalmente
concuerdan con los referidos en la bibliografía. Sin embargo, la
calabaza analizada es menos ácida. De las calabazas frescas y
deshidratadas a las temperaturas más altas y bajas evaluadas, es
posible observar que las composiciones químicas de ambas son muy
similares, lo que significa que el valor de temperatura escogido no
influye en el valor nutricional del producto final.

17. Por otro lado, los cambios observados al comparar los productos
frescos con los deshidratados presentan cambios significativos. Al
comparar los productos a 30°C, se puede percibir que el secado
induce reducciones del 14% en proteínas, 65% en azúcares y 36%
en fibras.
Estos resultados revelan que el calor proporcionado durante el
proceso de secado origina una degradación de azúcares en una
extension que causa la desnaturalización de proteínas.

18. Modelos cinéticos empíricos
La Fig. 2 ilustra el contenido de humedad de la calabaza durante el secado
con aire convectivo a diferentes temperaturas. Las curvas evidencían un
decreciemiento en el tiempo de estabilización al aumentar la temperatura.
Las muestras tomaron 8, 5.5, 4, 3.5 y 2 h, para que las temperaturas de
30°C a 70°C alcanzaran una humedad de 3.5%, 4.6%, 4.1%, 3.2% y 2.7%
(base húmeda), respectivamente.
Contenidodehumedad
Kgdeagua/kgdesolidoseco
Tiempo de secado (h)
Fig. 2 – Curvas de secado batch de la calabaza a diferente
temperaturas

19. Además, el porcentaje más alto de pérdida de peso se da en las
primeras etapas del secado, así que en los primeros 30 minutos, la
pérdida de humedad incrementa entre 40% a 62% cuando la
temperatura se eleva de 30° a 70°C.
Por otra parte tenemos que la constante de secado (K) aumentó
significativamente con el incremento de temperatura, y esto se pudo
observar en todos los rangos de temperaturas muestreados.

20. Los resultados obtenidos de adecuar los datos experimentales a
modelos cinéticos empíricos nos permiten decir que los modelos
que mejor describen la cinética de deshidratación de la calabaza en
los rangos de temperatura de 30°C a 70°C son Page y Modified Page.
Relacióndehumedad
Tiempo de secado (h)
Fig. 3-Ajuste de los datos experimentales a 30°C con
diferentes modelos

21. Modelo de difusión
Para el rango de temperaturas estudiadas, la difusividad varía entre
4.08×10−8m2/s a 30°C y 2.35×10−7m2/s a 70°C.
El valor obtenido para el coeficiente de difusión a una temperatura
infinita, 𝐷𝑒
0 fue de 0.028m2/s, y la energía de activación para la
difusión de humedad, E, fue de 33.74 kJ/mol.

22. En la Fig. 5 se muestra el efecto de difusividad de la calabaza en el
rango de temperaturas estudiadas. Los puntos experimentales
fueron obtenidos para cada temperatura, aplicando una regresión
lineal de los datos en la forma de ln(MR) contra tiempo. La línea que
expresa la variación de difusividad con la temperatura se obtuvo al
aplicar una regresion linear a los datos de ln(De) contra 1(T +
273.15). De la Fig. 5 es possible verificar el incremento en la
difusividad cuando la temperatura se incrementa.
Fig. 5-Variación del coeficiente de difusividad con la
temperatura

23. Conclusiones
De los análisis químicos realizados, fue posible concluir que el
proceso de secado induce una reducción importante en los
azúcares, fibras y proteínas, cuando el producto es deshidratado a
30°C o 70°C en comparación con la calabaza fresca.
Se observó que el incremento de la temperatura de secado en el
proceso de 30°C a 70°C lleva a la disminución del 75% en el tiempo
de secado.

24. Gracias por su atención!