instituto politécnico nacional estudio de la

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior De Ingeniería Química E

Industrias Extractivas

ESTUDIO DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA Y SECADO CON MICROONDAS DE REBANADAS

DE ZANAHORIA (DAUCUS CAROTA)

TESIS

PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO QUIMICO INDUSTRIAL

Héctor Javier Ramírez López

Asesor: M. en C. Alfredo García de la Cruz

Ciudad de México Septiembre 2016

PRESENTA:

SEP SECRETARiA DE

EDUCACIÓN PÚBLICA

T-123-16

Al C. Pasante:

Instituto Poi itécnico Nacional 1· 1~:scuela Supcriur Je lnge1.1ieria Quimica.: lnJu~Lrias t>:l~acLivas ; , ~

DEPARTAiVJL~NTU DI: EV;\Lll;\ClON y s1.:uurrvi11:~ 10 ,"\C.•\Ub\1lCU '

83-2016 ANOS IPN

Ciudad de México, 19 de agosto del 2016.

HÉCTOR JAVIER RAMÍREZ LÓPEZ Boleta:

2012320697 Carrera:

/Q/ Generación: 2011-2015

Mediante el presente se hace de su conocimiento que la Subdirección Académica a través de este

Departamento autoriza que el C. M. en C. Alfredo García de la Cruz, sea asesor ~n el tema que propone

usted desarrollar como prueba escrita en la opción Tesis Individual, con el título y contenido siguiente:

asignado.

"Estudio de /a deshidratación osmótica y secado con microondas de rebanadas de zanahoria (Daucus carota)".

t '

Resumen. Introducción.

J.- Generalidades. 11.- Materiales y métodos.

111.- Experimentación IV.- Análisis de resultados.

Observaciones y conclusiones. Referencias.

e Lrn año, a partir de esta fecha, para prP.sP.ntarlo a revisión ror el lrrrarln

M. en C. Alfred~rcía de la Cruz Director de Tesis

Ced. Prof. 2402844

---z/ ~ 7], ,:-;: ¿,¿, > lng. Víctor Manuel Feregrino Hernández

Subdirector Académico

c.c.p.- Evaluación y Seguimiento Académico c.c.p.- Control Escolar CRG/rcr

SEP SECRETARÍA DE

EDUCACIÓN PÚBLICA

T-123-16

Al C. Pasante: HÉCTOR JAVIER RAMÍREZ LÓPEZ PRESENTE

Fscucla Surcrior ck lnge~1icria Química e !ndustn<1s l~xl~ac1ivas . -_ Instituto Politécnico Nacional ,. '

Dl:PART!\~1ENTO DE EVALUACION Y SL~Cil_L!ll.1H-:.NTO :\CADEivl!CO . ,-

872016 ANOS IPN

Ciudad de México, a 02 de septiembre de 2016

Boleta: 2012320697

Carrera: IQI

Generación: 2011-2015

Los suscritos tenemos el agrado de informar a usted, que habiendo procedido a revisar el borrador de la

modalidad de titulación correspondiente denominado:

"Estudio de la deshidratación osmótica y secado con microondas de rebanadas de zanahoria (Daucus carota)".

encontramos que el citado Trabajo de Tesis Individual, reúne los requisitos para autorizar el Examen Profesional y

PROCEDER A SU IMPRESIÓN según el caso, debiendo tomar en consideración las indicaciones y correcciones que al

respecto se le hicieron.

~ M. en C. Alfredo García de la Cruz

ler. Vocal

c.c.p.- Expediente CRG/rcr

Atentamente JURADO

M. en C. María del R ~1io Dávalos Gutiérrez 2º~al

Jiménez Vieyra Secretaria

M. '"C. Hone"''º ~º' Gmiffn' 3er. Vocal

----------~

! i

1

r f

Esta tesis se la dedico a mis padres

Silvia López Zamora Héctor José Ramírez Toledo

Agradecimientos En primer lugar quiero agradecer a mis padres Silvia y Héctor por todo su esfuerzo y apoyo sin el cual este objetivo no se hubiera cumplido y por ser por tantos años esa figura de fortaleza, perseverancia y humanidad que me ha servido para ser un poco de lo que ellos son. A mis tíos Guadalupe y Alejandro y a mis primos Alejandro y Diana por aceptarme en su casa como un miembro más de su familia durante tanto tiempo, apoyándome sin esperar nada a cambio, gracias por enseñarme que la ayuda ajena puede ser totalmente desinteresada. Dicen que los amigos son la familia que cada persona escoge, les quiero agradecer a ellos Erick, Daniel, Amaury, Andrea, Ángel, Oswaldo, Aarón, Lucí, Abner, Átzin, Miriam, Liz, Chucho, por hacer que este trayecto tan largo fuera lo más placentero posible, a su lado he vivido algunas de las mejores experiencias de mi vida y no me imagino todo este camino sin ustedes en él.

A mi hermana Marcia porque en ella encuentro siempre un apoyo incondicional sin importar la situación, sé que tanto en mis éxitos como en mis fracasos estará siempre presente. A mi novia Laura, por todo el apoyo que me ha brindado, por disminuir los problemas con la paz de su persona, por tantos desvelos, por compartir sus alegrías y tristezas conmigo y sobre todo por ayudarme a crecer como persona. A mis roomies Alonso, Oswaldo, Jordi, Daniel, Abner, Laura, Yirshack, Alexis, Cristian y Rafa porque muchas veces el ir lejos de casa es sinónimo de soledad, les agradezco por demostrarme todo lo contrario.

Reconocimientos

A mi asesor Alfredo García de la Cruz por toda la experiencia y ayuda que me brindo para la realizacion de esta tesis, por su apoyo y amistad que me permitieron aprender mucho más que lo estudiado en el proyecto, porque el IPN no sería una de las mejores instituciones sin los mejores profesores y él es una prueba de ello.

A la excelsa, gloriosa y maravillosa Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas por abrirme sus puertas y permitirme crecer dentro de ellas, así como por albergar todo mi esfuerzo, logros, decepciones, tristezas y sobre todo alegrías a lo largo de mi carrera.

Al Instituto Politécnico Nacional por ser una de las mejores instituciones del país que generación tras generación forja profesionales morales y capaces de un mejor futuro bajo el lema “La técnica al servicio de la patria”. A todos mis maestros que estoy seguro entregaron sus conocimientos sin otro motivo que el de transmitirlos para formar personas más preparadas, quiero reconocer a aquellos profesores que dejaron una huella en mí no solo por su conocimiento sí no por su tacto y excelencia como persona, Monserrat, Lino, Eduardo, Gerardo, Alfredo, Lourdes, Rodolfo.

CONTENIDO RESUMEN

INTRODUCCIÓN 1

CAPÍTULO I 4

GENERALIDADES. 4 I.1 ZANAHORIA (DAUCUS CAROTA). 4 I.2 DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA. 8 I.3 SECADO. 11 I.4 CINÉTICA DE SECADO. 13 I.5 MICROONDAS. 17 I.6 SECADO CON MICROONDAS. 20

CAPÍTULO II 23

MATERIALES Y MÉTODOS. 23 II.1 MATERIA PRIMA. 23 II.2 MÉTODOS. 23 II.2.1 Determinación de sólidos totales. 23 II.2.2 Determinación de humedad inicial y final. 23 II.3 EQUIPO. 23 II.4 DISEÑO DE EXPERIMENTOS. 24 II.5 METODOLOGÍA DE SUPERFICIE DE RESPUESTA. 28

CAPÍTULO III 29

EXPERIMENTACIÓN. 29 III.1 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. 29 III.1.1 Selección de la materia prima. 29 III.1.2 Preparación de la materia prima. 29 III.1.3 Deshidratación osmótica. 30 III.1.4 Secado con microondas. 30

CAPÍTULO IV 31

ANÁLISIS DE RESULTADOS. 31

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 52

BIBLIOGRAFÍA 53

Lista de figuras Figura I. 1 Flor de Zanahoria .............................................................................................. 4 Figura I. 2 Zanahoria.......................................................................................................... 5 Figura I. 3 Curva de cinética de secado ........................................................................... 14 Figura I. 4 Curva de velocidad de secado ........................................................................ 15 Figura II. 1 Modelo general de un proceso o sistema ....................................................... 25 Figura III. 1 Diagrama de proceso de la DO y secado con microondas. ........................... 29 Figura III. 2 Pesado de la muestra ................................................................................... 30 Figura IV. 1 Curva de cinética de secado del experimento 2. ........................................... 32 Figura IV. 2 Ajuste de la curva de cinética de secado del experimento 2. ........................ 33 Figura IV. 3 Curva de velocidad de secado del experimento 2 ......................................... 34 Figura IV. 4 Fotografía del producto seco del experimento 2. .......................................... 34 Figura IV. 5 Curva de cinética del experimento 4. ............................................................ 35 Figura IV. 6 Ajuste de la curva de cinética de secado del experimento 4. ........................ 36 Figura IV. 7 Curva de velocidad de secado 4 ................................................................... 37 Figura IV. 8 Fotografía del producto seco del experimento 4. .......................................... 37 Figura IV. 9 Curva de cinética de secado del experimento 11. ......................................... 38 Figura IV. 10 Ajuste de la curva de cinética de secado del experimento 11. .................... 39 Figura IV. 11 Curva de velocidad de secado del experimento 11. .................................... 40 Figura IV. 12 Fotografía del producto seco del experimento 11. ...................................... 40 Figura IV. 13 Curva de cinética de secado del experimento 12. ....................................... 41 Figura IV. 14 Ajuste de la curva de cinética de secado del experimento 12. .................... 42 Figura IV. 15 Curva de velocidad de secado del experimento 12. .................................... 43 Figura IV. 16 Fotografía del producto seco del experimento 12. ...................................... 43 Figura IV. 17 Curva de cinética de secado del experimento 13. ....................................... 44 Figura IV. 18 Ajuste de la curva de cinética de secado del experimento 13. .................... 45 Figura IV. 19 Curva de velocidad de secado del experimento 13 ..................................... 46 Figura IV. 20 Fotografía del producto seco del experimento 13 ....................................... 46 Figura IV. 21 Fotografía de la comparación de la muestra deshidratada osmóticamente y

secada con microondas del experimento 13. ............................................................ 47 Figura IV. 22 Gráfica de superficie de respuesta de la humedad del producto en función

de la humedad después de la deshidratación osmótica y el intervalo de tiempo. ...... 48 Figura IV. 23 Gráfica de superficie de respuesta de la humedad del producto en función

de la humedad después de la deshidratación osmótica y nivel de potencia. ............. 49 Figura IV. 24 Gráfica de superficie de respuesta de la humedad del producto en función

de la humedad después de la deshidratación osmótica y el espesor de la rebanada. ................................................................................................................................. 50

Figura IV. 25 Gráfica de superficie de respuesta de la humedad del producto en función de la humedad después de la deshidratación osmótica y el tiempo de deshidratación osmótica. .................................................................................................................. 51

Lista de tablas Tabla I. 1 Aporte por cada 100 gramos de porción comestible. .......................................... 6 Tabla I. 2 Producción de zanahoria a nivel nacional y principales estados productores. .... 7 Tabla II. 1 Características del horno de microondas utilizado .......................................... 24 Tabla II. 2 Diseño experimental ....................................................................................... 27 Tabla II. 3 Factores fijados ............................................................................................... 28 Tabla IV. 1 Tabla de resultados ....................................................................................... 31

RESUMEN

Se llevaron a cabo 10 experimentos preliminares para obtener el mejor

tiempo de deshidratación osmótica de la zanahoria y seleccionar la concentración

de la solución hipertónica, se secaron con diferentes niveles de potencia y tiempos

utilizados para el secado en el horno. Con los datos obtenidos anteriormente se

realizó un diseño factorial (2k) de experimentos en el cual las variables o factores

estudiados fueron: tiempo de deshidratación osmótica, espesor de la muestra, nivel

de potencia e intervalos de tiempo de secado.

Con el diseño anterior se realizaron 20 experimentos, 16 fueron obtenidos

por (24 =16) por tener 4 factores, los cuales constaron de los limites inferiores y

superiores de cada una de las variables o factores y 4 puntos centrales que son los

valores intermedios de estas. Con lo anterior se obtendrán gráficas conocidas como

superficies de respuesta, por medio de las cuales se obtendrán las mejores

condiciones de operación, utilizando el software Statistica 8.0

Para analizar las curvas de cinética de secado, su ajuste y las curvas de

velocidad de secado, se empleó el software Origin 8.0, por medio del cual se pueden

obtener ecuaciones que describan el comportamiento de dichas curvas.

Los mejores resultados se muestran en la Tabla IV.1, en la cual se observa

la ecuación generada, el coeficiente de correlación y la humedad final del producto

seco.

Introducción

ESIQIE- IPN pág. 1

INTRODUCCIÓN

Tradicionalmente, algunas frutas en los países en desarrollo son secadas al

sol y la calidad de estos productos es a menudo pobre ya que es difícil controlar la

velocidad de secado y el grado de daño a las células en el tejido de la fruta.

Las frutas y verduras son fuentes importantes de nutrientes esenciales en la

dieta tales como vitaminas, minerales y fibra. Dado que el contenido de humedad

de las frutas y verduras frescas es superior al 80%, son productos clasificados como

altamente perecederos (Orsay y colaboradores, 2006). Mantener el producto fresco

es la mejor manera de mantener su valor nutricional, pero la mayoría de las técnicas

de almacenamiento requieren temperaturas bajas, que son difíciles de controlar a

lo largo de la cadena de distribución. Por otro lado, el secado es una alternativa

apropiada para el manejo post-cosecha, especialmente en países del tercer mundo,

donde existen mala distribución a temperatura baja en los establecimientos y el

manejo de las instalaciones. Cabe señalar que más del 20 % de la cosecha mundial

de perecederos son secados para aumentar la vida de anaquel y promover la

seguridad alimentaria (Grabowski y colaboradores, 2003). Frutas, vegetales y sus

productos son secados para mejorar la estabilidad de almacenamiento, reducir los

requerimientos de embalaje y reducir el peso del transporte.

La conservación de frutas y verduras a través del secado se remonta a

muchos siglos y es utilizando los rayos del sol y las técnicas de secado solar. La

mala calidad y contaminación del producto conducen al desarrollo de tecnologías

alternativas de secado (Bezyma y Kutovoy 2005). El método más aplicable de

secado incluye liofilización, a vacío, osmótico, en gabinete o bandeja, lecho

fluidizado, lecho de chorro, óhmico, con microondas y la combinación de ellos

(George y colaboradores, 2004). A excepción de la liofilización, la aplicación de calor

durante el secado por conducción, convección y radiación son las técnicas básicas

utilizadas para forzar al agua a vaporizarse, mientras que el aire forzado es aplicado

para estimular la eliminación de vapor. Un gran número de alimentos y biomateriales

son deshidratados en una variedad de equipos con diferentes condiciones de

procesamiento. La elección del método de secado depende de varios factores tales

como el tipo de producto, la disponibilidad del secador, el costo de la

deshidratación y la calidad final del producto deshidratado. El consumo de

energía y calidad de los productos secos son otros parámetros críticos en la

selección de un proceso de secado. Para reducir el uso de combustibles fósiles, la

energía eléctrica es una fuente alterna de energía para aplicaciones de secado

Introducción

ESIQIE- IPN pág. 2

especialmente donde la electricidad es generada por una fuente de energía

renovable como la energía hidroeléctrica o la eólica (Raghavan y Orsat 1998,

Raghavan y colaboradores, 2005).

El secado con microondas es una adición relativamente nueva a la familia de

técnicas tradicionales de deshidratación, la cual incluye secado por convección con

aire (gabinete, túnel, lecho fluidizado, capa fina), secado por aspersión, secado en

tambor, secado a vacío, liofilización con espuma. Otras técnicas recientes incluyen

secado por impacto, secado en lecho fluidizado, deshidratación electro-acústica,

etc. (Kudra, 1992).

La aplicación de microondas para el secado ofrece una ventaja distinta, por

ejemplo la absorción proporcional de la energía hasta obtener un contenido de

humedad residual. Proteínas, lípidos y otros componentes pueden también

absorber energía de microondas, pero son relativamente menos sensibles (Mudgett

y Westphal, 1989). Una segunda ventaja de la aplicación de microondas para el

secado de vegetales es la generación interna de calor. Durante el secado la

humedad se elimina desde el interior a la superficie. En sistemas convencionales,

el calor que es aplicado en la superficie tiene que ser transportado al interior a través

de una capa resistente a la humedad en el secador por la evaporación del agua en

el gradiente de humedad. La rápida absorción de energía causa una rápida

evaporación del agua, creando un flujo de salida que rápidamente se elimina en

forma de vapor (Lyons y colaboradores, 1972). En adición para mejorar la velocidad

de secado, este flujo de salida puede ayudar a prevenir el colapso (encogimiento)

de la estructura del tejido, la cual prevalece en la mayoría de las técnicas

convencionales de secado con aire. Así mejores características de rehidratación

pueden ser esperadas en productos secados con microondas (Al-Duri y McIntyre,

1991).

Los objetivos del presente trabajo son:

Objetivo general:

Estudiar la deshidratación osmótica y el secado con microondas de zanahoria

(Daucus carota) en rebanadas.

Introducción

ESIQIE- IPN pág. 3

Objetivos específicos:

Obtener las condiciones de operación de la deshidratación osmótica

(concentración de la solución hipertónica, tiempo de deshidratación,

temperatura de la solución).

Obtener las mejores condiciones de operación del secado con microondas

(nivel de potencia, intervalos de tiempo, espesor) utilizando metodología de

superficie de respuesta.

Obtener la menor humedad en el producto final.

Comprobar los tres periodos de velocidad de secado en la curva de cinética

de secado.

Capítulo I Generalidades

ESIQIE- IPN pág. 4

CAPÍTULO I

Generalidades.

I.1 Zanahoria (Daucus carota).

La zanahoria es una raíz vegetal, casi siempre naranja con una textura

leñosa. Tiene un tallo corto en el que se forman las flores. Las flores son blancas

(Figura I.1) con largas brácteas en su base, agrupadas en inflorescencias en umbela

compuesta, como sombrillas. La raíz principal tiene una función de almacenamiento

y posee numerosas raíces secundarias que sirven como órganos de absorción. El

color anaranjado de las zanahorias se debe a un colorante llamado caroteno, que

constituye la vitamina A. Las más aceptadas son las que presentan gran proporción

de corteza exterior. Se trata de una planta muy rústica, es decir, que crece casi en

cualquier sitio y no requiere muchos nutrientes ni cuidados adicionales. Prefiere los

climas templados. Las mejores temperaturas para su crecimiento están entre los 16

y 18ºC. La mínima soportable es de 9ºC. Soporta heladas ligeras. Por el contrario,

las temperaturas elevadas, de más de 28ºC, aceleran el envejecimiento de la raíz y

la pérdida del color [4].

Figura I. 1 Flor de Zanahoria


ESIQIE- IPN pág. 5

Es probable que los antepasados silvestres de la zanahoria (Figura I.2) hayan

venido de Irán, país que continúa siendo el centro de diversidad de la especie

silvestre Daucus carota. El cultivo selectivo durante siglos de una subespecie

natural de ésta, Daucus carota subespecie sativus, ha dado lugar a la hortaliza

común [1].

Figura I. 2 Zanahoria

La zanahoria o Daucus Carota es una hortaliza perteneciente a la familia de

las Apiaceas. Su nombre proviene del árabe Isfannariya, debido a que ellos

introdujeron su cultivo en la Península Ibérica. Otro término con el que se reconoce

en algunos lugares es Carlota, de origen latino, proveniente de la expresión griega

Carrota que significa quemar. Estos últimos también la definían como Philón, amar,

ya que veían en ella ciertos poderes afrodisíacos [1].

Se trata de una raíz comestible de color naranja, aunque dependiendo de las

variedades, se puede encontrar en otros colores como el morado, con forma

esférica o cilíndrica, cuyo tamaño oscila entre los 10 y 25 cm, pesando de 100 a 250

gramos [1].

La zanahoria, al igual que otras verduras y hortalizas, está formada en su

mayor parte por agua, pero destacan en su composición (Tabla I.1) por sus

propiedades beneficiosas para el ser humano las vitaminas, minerales y

carbohidratos. Estas sustancias actúan sobre el organismo previniendo

enfermedades degenerativas o cardiovasculares, gracias a su acción antioxidante,

https://es.wikipedia.org/wiki/Ir%C3%A1n


ESIQIE- IPN pág. 6

así como beneficiando los sistemas digestivo o inmunológico, la vista y regulando

el desarrollo de la piel o los huesos [2].

En la tabla I.1 se muestra lo que aportan 100 gramos de porción comestible.

Tabla I. 1 Aporte por cada 100 gramos de porción comestible.

Aporte por ración Minerales Vitaminas

Energía [Kcal] 39.40 Calcio [mg] 27.24 Vit. B1 Tiamina [mg] 0.06

Proteína [g] 1.25 Hierro [mg] 0.47 Vit. B2 Riboflavina [mg] 0.05

Carbohidratos [g] 6.90 Yodo [mg] 6.53 Eq. Niacina [mg] 0.77

Fibra [g] 2.60 Magnesio [mg] 11.24 Vit. B6 Piridoxina [mg] 0.14

Grasa total [g] 0.20 Zinc [mg] 0.28 Ac. Fólico [𝜇𝑔] 13.93

AGS [g] 0.04 Selenio [𝜇𝑔] 1.30 Vit. B12 Cianocobalamina 0.00

[𝜇𝑔]

AGM [g] 0.00 Sodio [mg] 61.00 Vit. C Ac. Ascórbico [mg] 6.48

AGP [g] 0.12 Potasio [mg] 321.00 Retinol [𝜇𝑔] 0.00

AGP/AGS 3.02 Fósforo [mg] 19.00 Carotenoides 8,731.00

(Eq. 𝛽 carotenos) [𝜇𝑔]

(AGP + AGM)/ 3.10

AGS

Vit. A Eq. Retinol [𝜇𝑔] 1,455.17

Colesterol [mg] 0.00 Vit. D [𝜇𝑔] 0.00

Alcohol [g] 0.00

Agua [g] 89.10

[2]

Llegó a España a través del Norte de África, durante la época de dominio

musulmán de la Península Ibérica. Desde aquí se extendería por el resto de Europa,

cultivándose variedades moradas, blancas y amarillas. Aparece en textos británicos

durante el siglo XV, en una relación de bienes monásticos, aunque la generalización

de su producción debería esperar al siglo siguiente. Durante el siglo XVII

comenzaría a cultivarse la zanahoria que conocemos en la actualidad, robusta y de

tonos anaranjados, su procedencia sería de Holanda. Gracias a la facilidad y rapidez

de su cultivo, así como al crecimiento de los mercados de productos hortícolas, dos

siglos más tarde, se generalizaría su cultivo en el Viejo Continente. También en el

siglo XVII la época de introducción de la zanahoria en América [2].

La parte comestible es la raíz o tubérculo principal que presenta una función

almacenadora de grandes cantidades de azúcares. La forma de la zanahoria es


ESIQIE- IPN pág. 7

gruesa y alargada (similar a un cono) con una longitud que puede cambiar

dependiendo de la variedad, aunque generalmente oscila entre los 15-17 cm,

pudiendo llegar a los 20 [2].

La zanahoria (Daucus carota L.) es conocida por su contenido de nutrientes,

caroteno y carotenoides, además de cantidades apreciables de vitaminas

B1, B2, B6 y B12, y minerales. Las diversas modalidades de extender la vida de

anaquel son fermentación, en escabeche, enlatado o almacenamiento en frío,

liofilización, etc. (Mudahar y colaboradores, 1989).

La zanahoria (Daucus carota L.) es una de las principales verduras cultivadas

en el mundo. La zanahoria se cocina y se seca para ser utilizada en sopas

instantáneas o comidas y consumidas crudas (FAO, 2003).

La zanahoria es el vegetal más comúnmente utilizado para la nutrición

humana. Debido a su rico contenido en vitaminas y minerales, y otros nutrientes

valiosos, la dieta diaria debe ser fortificada con los beneficios saludables y de

protección de la zanahoria. Las zanahorias son una excelente fuente de beta-

carotenos para prevenir el cáncer (Ong y Chytil, 1983), vitamina A y potasio, y

contienen pectina para reducir el colesterol, vitamina C, vitamina B6, tiamina, ácido

fólico, y magnesio. Las zanahorias también poseen fuertes cualidades antisépticas,

que se pueden utilizar como un laxante, vermicide (agente de expulsión de

lombrices), cataplasma y para el tratamiento de enfermedades hepáticas. Seca, en

jugo, y en polvo, es como se han utilizado las zanahorias en el uso comercial.

En la Tabla I.2 se muestra la producción nacional y los principales estados

productores durante el periodo 2010-2014.

Tabla I. 2 Producción de zanahoria a nivel nacional y principales estados

productores.

Producción 2010 (ton) 2011 (ton) 2012 (ton) 2013 (ton) 2014 (ton)

Nacional 346,465 404,725 336,756 347,540 331,069

Michoacán 10,263 8,594 8,057 6,525 6,964

Puebla 62,879 66,935 60,081 52,580 64,387

Querétaro 21,490 23,876 14,184 16,349 25,193

Veracruz 13,680 9,795 14,240 10,350 8,102

Zacatecas 93,332 107,810 88,919 72,856 57,389

[5]


ESIQIE- IPN pág. 8

La descomposición post-cosecha es el principal factor que limita la extensión

de la vida de anaquel de los vegetales y casi el 17% del producto total se deteriora

durante el manejo post-cosecha. Una gran cantidad de tecnologías se utilizan para

minimizar el deterioro post-cosecha. La refrigeración y el almacenamiento en

atmósfera controlada son métodos de conservación que se utilizan comúnmente

(Negi y Roy, 2000). Alternativamente, la capacidad de mantener a la zanahoria se

puede mejorar mediante el secado y posteriormente el almacenamiento. Aunque a

temperatura más alta ocasiona la marchitez y una apariencia pobre en la zanahoria,

en muchos países agrícolas, grandes cantidades de zanahoria se secan para

mejorar el tiempo de conservación, los pesos de envío más bajos, reducir al mínimo

la pérdida de la flor y el valor nutritivo.

I.2 Deshidratación osmótica.

La deshidratación osmótica es considerada como un pretratamiento

(Lombard y colaboradores, 2008). La técnica consiste en remojar los alimentos en

una solución hipertónica de sal, azúcar o una combinación de ellas para reducir el

contenido de humedad mientras que aumenta el contenido de sólidos solubles

debido a la alta concentración del soluto en el vegetal. La fuerza impulsora para la

remoción de agua es la diferencia de presión osmótica entre la fruta y la solución

hipertónica. La deshidratación osmótica, comúnmente utilizada para remover parte

del contenido de humedad de la fruta antes del secado, podría mejorar las

propiedades físicas y funcionales (Torreggiani y Bertolo, 2004). En una aplicación

particular de la deshidratación osmótica produce una mejor textura de la fruta y el

aumento de la estabilidad del color durante el almacenamiento.

La influencia de las principales variables del proceso, tales como la

concentración y composición de la solución osmótica, temperatura, tiempo de

inmersión, pre-tratamientos, agitación, naturaleza de los alimentos y su geometría,

relación solución/alimento, en el mecanismo de transferencia de masa y la calidad

del producto han sido estudiados extensivamente (Kaymak-Ertekin y Sultanoglu,

2000; Rastogi y Raghavarao, 1994).

Una fuerza motriz para la remoción de agua se estableció debido a una

diferencia de presión osmótica entre el alimento y su solución alrededor. La

estructura celular compleja de los alimentos actúa como una membrana

semipermeable. Dado que, la membrana no es completamente selectiva, da lugar

a transferencias de masa en contracorriente:


ESIQIE- IPN pág. 9

(1) difusión de agua de los alimentos hacia la solución resultando en la

remoción de una cantidad sustancial de agua;

(2) la difusión de soluto de la solución hacia el alimento (Raoult-Wack y

colaboradores, 1992; Raoult-Wack, 1994; Dixon y colaboradores, 1976; Dixon y

Jen, 1977; Lerici y colaboradores, 1985; Giangiacomo y colaboradores, 1987;

Torreggiani y colaboradores, 1988).

(3) También hay un tercer flujo de solutos naturales tales como azúcares,

ácidos orgánicos, minerales, sales, etc., del alimento hacia la solución (Lazarides y

colaboradores, 1997; Waliszewski y colaboradores, 2002). Todos estos

intercambios de masa pueden tener un efecto en la calidad organoléptica y/o

nutricional del producto deshidratado (Sablani y colaboradores, 2002; Singh y

colaboradores 1999).

Actualmente, la investigación de procesamiento osmótico ha hecho

considerables progresos a través de una mejor comprensión del fenómeno que tiene

lugar a nivel celular durante la deshidratación osmótica. En frutas y verduras, las

barreras celulares para el transporte másico son la membrana y la pared celular. El

movimiento de soluto osmótico puede tener lugar por difusión en el interior del área

de la pared celular o por la penetración del medio osmótico en el interior de los poros

del tejido. Se espera que el movimiento del agua se produzca principalmente

siguiendo la vía apoplastica, donde el agua atraviesa la membrana plasmática y

luego se difunde a través de la pared celular hasta que llega a esa zona de tejido

en el que los poros se llenan con la solución osmótica. Por lo tanto, los factores que

afectan tanto a la permeabilidad de la membrana y la estructura de la pared celular

antes del tratamiento osmótico deben ser comprendidos de las posibles

consecuencias sobre la cinética de la deshidratación (Mavroudis y colaboradores,

2004).

Grandes cambios en la estructura del tejido vegetal podrían ser producidos

por la deshidratación osmótica y el secado con aire, como fue ampliamente revisado

por Lewicki (Lewicki, 1998; Lewicki y Jakubczyk, 2004). En particular, la textura del

material está entre elástica-viscoplástica y rígida, volviéndose frágil y quebradiza.

Estos cambios son bienvenidos cuando el producto final es una botana tales como

anillos de piña, en el cual lo "crujiente" es un atributo sensorial que influye

grandemente en la evaluación de la calidad por los consumidores (Shewfelt, 1999).

El flujo de agua que sale del alimento es mucho más grande que el flujo de

la sustancia osmoactiva. Esto es debido al hecho de que los tejidos vegetales


ESIQIE- IPN pág. 10

permeables tienen una mayor resistencia a que entren sustancias osmoactivas de

mayor tamaño (debido al peso molecular), mientras que las moléculas de agua de

menor peso molecular migran hacia la solución. Por lo tanto, el peso del producto

alimenticio se reducirá, al igual que la actividad de agua (aW). Se ha informado que

hasta un 50% de reducción en el peso de frutas o verduras frescas puede ser

obtenida por ósmosis (Kar y Gupta, 2001; Rastogi y Raghavarao, 1997; Ponting y

colaboradores, 1966; Farkas y Lazar, 1969).

La deshidratación osmótica es el proceso por el cual el agua se remueve

parcialmente de los materiales celulares cuando éstos se colocan en una solución

concentrada de soluto soluble. La deshidratación osmótica, que es eficaz incluso a

temperatura ambiente y conserva el color, sabor y textura del alimento durante el

calentamiento, se utiliza como un pre-tratamiento para mejorar las propiedades

nutricionales, sensoriales y funcionales de los alimentos. (Kaymak-Ertekin y

Sultanoglu, 2000; Rastogi y Raghavarao, 1994).

La deshidratación osmótica es un proceso viable para la eliminación parcial

de agua en la que se colocan materiales celulares (tales como frutas y verduras) en

una solución concentrada de soluto soluble. (Raoult-Wack y colaboradores, 1992;

Raoult-Wack, 1994; Dixon y colaboradores, 1976; Dixon y Jen, 1977; Lerici y

colaboradores, 1985; Giangiacomo y colaboradores, 1987; Torreggiani y

colaboradores, 1988).

La deshidratación osmótica es eficaz incluso a temperatura ambiente, así el

daño por calor a la textura, color y sabor de los alimentos son minimizados

(Torreggiani, 1993) la deshidratación osmótica se utiliza como una etapa previa a la

deshidratación de los alimentos antes de que se sometan a un procesamiento

adicional tal como la congelación (Ponting, 1973), liofilización (Hawkes y Flink,

1978), el secado a vacío (Dixon y Jen, 1977) y secado con aire (Nanjundaswamy y

colaboradores, 1978). La deshidratación osmótica, como propuesto por Ponting y

colaboradores (1966) y Farkas y Lazar (1969) se mostró para permitir la

remoción de hasta el 50% del peso inicial de la fruta.

La deshidratación osmótica es un proceso que implica la remoción del agua

de alimentos remojados, principalmente frutas y verduras, en una solución

hipertónica tal como el jarabe de azúcar concentrado. Se producen dos importantes

flujos simultáneos a contracorriente durante la deshidratación osmótica, un flujo

importante de agua sale del alimento hacia la solución y simultáneamente una

transferencia de soluto de la solución al interior del alimento (Madamba, 2003;

Raoult-Wack y colaboradores, 1992). También hay un tercer flujo de solutos



naturales tales como azúcares, ácidos orgánicos, minerales, sales, etc., del alimento

a la solución (Lazarides y colaboradores, 1997; Waliszewski y colaboradores, 2002).

Todos estos intercambios de masa pueden tener un efecto en la calidad

organoléptica y/o nutricional del producto deshidratado (Sablani y colaboradores,

2002; Singh y colaboradores 1999).

La deshidratación osmótica es uno de los medios de remoción de la humedad

eficientes energéticamente de un producto alimenticio, ya que el agua no tiene que

pasar por un cambio de fase para ser eliminada del producto. Se afirma que algunas

de las ventajas de la ósmosis directa en comparación con otros procesos de secado

incluyen menor daño por calor al color y sabor, y menor decoloración de la fruta por

el oscurecimiento enzimático oxidativo (Krokida y colaboradores, 2001; Saurel y

colaboradores, 1994). Por otro lado, la cantidad de agua eliminada de muestras de

alimentos es limitada y puede ser necesaria tiempos de inmersión prolongados para

lograr los niveles de humedad deseada en el producto final. La solución osmótica

usada debe tener una baja aw y por otra parte el soluto debe ser inofensivo con buen

sabor. Hay varios factores que se sabe que afectan la deshidratación osmótica.

Estos son el tipo de agente osmótico utilizado, la concentración y temperatura de la

solución osmótica, la relación de la solución a las propiedades del material y

propiedades físico-químicas de los alimentos (Lerici y colaboradores, 1985). La

sacarosa se ha recomendado para la deshidratación osmótica de frutas debido a su

eficacia, conveniencia y sabor deseado (Lenart, 1996).

I.3 Secado.

El secado de frutas y verduras es un tema de gran importancia. Las frutas y

verduras secas han ganado importancia comercial y su crecimiento a escala

comercial se ha convertido en un importante sector de la industria agrícola. La falta

de procesamiento adecuado provoca daños y desperdicio de frutas de temporada

en muchos países, que se estima entre 30% y 40% en los países en desarrollo. Es

necesario eliminar el contenido de humedad de las frutas a un cierto nivel después

de la cosecha para evitar el crecimiento de mohos y la acción bacteriana (Karim y

Hawlader, 2005).

Tanto la reducción en la carga de humedad y aW inducen a una estabilidad

mejorada hacia el deterioro microbiano, la degradación enzimática, y reacciones no

enzimáticas (Belitz y Grosch, 1999), el secado de alimentos es particularmente

importante para las materias primas con un alto contenido de humedad y una vida

de anaquel limitada, tales como frutas y verduras. Aparte de propósitos de



conservación, la reducción de humedad puede resultar en propiedades mejoradas

del proceso tales como capacidad de molienda y de fluidez mejoradas. En muchos

casos, sin embargo, los alimentos sometidos a procesos de deshidratación

convencionales tales como secado por convección muestran una degradación

particular con respecto a las propiedades químicas tales como la pérdida de

compuestos volátiles que contribuyen al sabor y aroma, o calidad física. En frutas

y verduras, la pérdida de agua esta generalmente acompañada con un

encogimiento suficiente, llevando a la deformación del producto y una textura

indeseable (Raghavan y Silveira, 2001; Especialmente en el caso de

endurecimiento resultado de la rápida velocidad de evaporación siendo mayor que

la velocidad de difusión de agua a la superficie del producto, dejando un centro

húmedo y una superficie externa seca que actúa como barrera para la humedad,

es un defecto común en frutas secadas convectivamente.

Varios estudios reportaron sobre los efectos positivos del secado con

microondas (MW) en la textura y el color (Yongsawatdigul y Gunasekaran, 1996;

Funebo y Ohlsson, 1998; Venkatachalapathy y Raghavan, 1999), y en la calidad

nutricional (Cui y colaboradores, 2005) de frutas y vegetales deshidratados. La

retención de los componentes del aroma puede mejorarse significativamente

siempre que éstos no estén asociados con la fase acuosa (Böhm y colaboradores,

2002), y los efectos de hinchamiento debido a la expansión interna de la

microestructura durante el secado son responsables de la rehidratación y de las

propiedades de textura mejoradas. El secado con MW generalmente es aplicado

en combinación con pre y post-secado convectivo. Cuando algún endurecimiento

en la superficie de la materia prima ocurre durante el pre-secado convectivo, la

capacidad reducida (restringida) del vapor de agua liberado es la responsable de

una cierta expansión del volumen (hinchamiento estructural). Debido a un

conocimiento limitado de la influencia de los parámetros de tratamiento previo y

operacional durante el secado con MW, desviaciones en la microestructura

deseada son frecuentemente observados (Böhm y colaboradores, 2002).

Los parámetros de calidad de la zanahoria son de consideración primordial

durante el empleo de diferentes mecanismos de secado (Chou y Chua, 2001).

Varios métodos de secado han sido desarrollados para los sólidos, y cada método

de secado tiene sus propias ventajas y desventajas. El secado al sol es de los

métodos más comunes utilizados para la conservación de productos agrícolas en

los países tropicales. Sin embargo, esta tecnología es extremadamente

dependiente del clima, y tiene los problemas de contaminación con polvo, tierra,

partículas de arena e insectos. El secado de los alimentos con aire caliente es de

baja eficiencia energética y tiene un tiempo de secado largo durante el periodo de



velocidad decreciente. Debido a la baja conductividad térmica de los materiales

alimenticios en este período, la transferencia de calor de los alimentos durante el

calentamiento convencional es limitada. Para eliminar este problema, prevenir la

pérdida significativa de la calidad, y lograr el procesamiento térmico rápido y eficaz

se han usado otras técnicas, tales como microondas y secado con infrarrojo.

Muchos estudios se realizaron para procesar la zanahoria: secado con aire

(Doymaz 2004; Mulet y colaboradores, 1989), secado al sol (Ratti y Mujumdar,

1997), por convección y secado con microondas (Prabhanjan y colaboradores,

1995) secado en lecho fluidizado (Hatamipour y Mowla, 2002) en horno de

microondas y combinación de microondas con lámpara de halógeno (Sumnu y

colaboradores, 2005), proceso con microondas de dos etapas (Wang y Xi, 2005),

combinación de secado por liofilización, calentamiento con microondas y secado

con aire o a vacío (Cui y colaboradores, 2004).

El comportamiento de secado de diferentes materiales se ha propuesto en la

literatura por varios investigadores tanto por razones teóricas y de aplicación

durante los últimos 60 años. Se han realizado muchos estudios para el modelado

del comportamiento del secado y la determinación de la cinética de secado de

diferentes verduras y frutas como cebolla (Sarsavadia y colaboradores, 1999), uva

(Dincer, 1996), papa (Diamante y Munro, 1993 ), pistache (Midilli, 2001), kiwi

(Maskan, 2001), chile rojo (Akpinar y colaboradores, 2003), rosa mosqueta

(Erenturk y colaboradores, 2004a, 2004b) y las raíces de Echinacea (Erenturk y


I.4 Cinética de secado.

En la Figura I.3, se muestra una curva típica de secado por convección. En

el período inicial de secado, el cambio del contenido de humedad en el material con

el tiempo es ilustrado por la curva A-B. Después de un lapso de tiempo la relación

X = f (t) tiene un carácter lineal, en este período observe la línea B-C la velocidad

de secado que es igual a la pendiente de esta línea es constante. La caída lineal

del contenido de humedad con el tiempo tiene lugar hasta el punto crítico C.

Después la línea recta llega a ser una curva (C-D) que se aproxima asintóticamente

al contenido de humedad de equilibrio del material (Xeq) (Strumillo y Kudra, 1986).



Figura I. 3 Curva de cinética de secado

El primer período de secado (comparar la línea BC en la Figura I.3) es

llamado período de velocidad de secado constante. Siguiendo el punto crítico C el

segundo período de velocidad comienza período de velocidad decreciente de

secado (Strumillo y Kudra, 1986).

Muy útil para propósitos prácticos en el diagrama de la curva de velocidad de

secado wD = f(X) representada en la Figura I.4. La velocidad de secado es definida

como la cantidad de humedad removida desde el material seco por unidad de

tiempo por unidad de superficie de secado (Strumillo y Kudra, 1986).

dtA

dXmwD (I.1)

O como

dt

dXN (I.2)

wD= Masa velocidad

m= Masa

dX= Diferencial de humedad

A= Área

dt= Diferencial de tiempo

N= Velocidad de secado



La Figura I.4 muestra cómo se pueden separar los dos períodos

característicos de secado. La explicación de la forma de la curva de secado está

estrechamente ligada con el fenómeno de transferencia de calor y masa. Previo al

secado la superficie del material está totalmente cubierta de una capa delgada

líquida que puede ser tratada como humedad no ligada. Por el contacto de la

superficie con el aire, la evaporación del líquido ocurre. Considerando la resistencia

a la transferencia de masa se tienen las condiciones externas y la capa límite del

gas limitando la velocidad de secado. Así la velocidad de evaporación puede ser

expresada por un coeficiente de transferencia de masa y un gradiente de humedad

del aire.

)( YYkw sgD (I.3)

kg= Coeficiente de velocidad de secado

Donde Ys y son las humedades del gas en la superficie de la capa líquida y

en la principal corriente de gas, respectivamente (Strumillo y Kudra, 1986).

Figura I. 4 Curva de velocidad de secado

El estudio de la cinética de secado es esencial para diseñar un correcto

proceso de secado que permita además obtener un producto de calidad. Por otro

lado un buen modelo matemático del proceso de secado puede considerarse



como una herramienta muy eficiente para salvar obstáculos, tales como, daños

al producto, consumo excesivo de energía, desgaste del equipo o la disminución

del rendimiento (Olivas y colaboradores, 1999).

El modelado matemático puede jugar un papel importante en el diseño y

control de los parámetros de proceso durante el secado, y la realización de

simulaciones usando modelos cinéticos precisos puede contribuir a la optimización

del proceso (Khraisheh y colaboradores, 2000). Los modelos de procesos validados

por experimentos deberían predecir la influencia de los parámetros más relevantes

sobre el tiempo de secado, y ayudar a mejorar la eficiencia energética de diferentes

combinaciones de los procesos de secado (Zhang y colaboradores, 2006). El

modelo cinético tradicional observado durante el secado con aire cambia

drásticamente cuando se aplican las microondas.

Los modelos de secado en capa fina son de gran valor práctico para los

ingenieros en la evaluación potencial preliminar en operaciones de secado por

microondas. Las correlaciones son matemáticamente simples con los parámetros

característicos, es decir, de secado constante, proporcionando una combinación,

pero lo suficientemente informativo, medida de las propiedades de transporte

(difusividad de humedad, difusividad térmica, coeficientes de transferencia de calor

y masa). Las ecuaciones de secado en capa fina describen los fenómenos de

secado de una manera unificada, independientemente del mecanismo de control.

Se han utilizado para estimar los tiempos de secado de varios productos y

generalizar las curvas de secado (Midilli y colaboradores, 2002).

Varios modelos empíricos para la cinética de secado en el periodo de

velocidad decreciente están disponibles en la literatura. Estas ecuaciones son muy

variables. Muchos investigadores han utilizado con éxito estas ecuaciones para

explicar la cinética de secado de varios productos agrícolas. Por ejemplo,

albaricoque (Togrul y Pehlivan, 2002, 2003), uva (Doymaz y Pala, 2002;

Pangavhane y colaboradores 1999; Yaldiz y colaboradores, 2001), papel verde,

calabaza, ejotes y cebolla (Yaldiz y Ertekin, 2001), berenjena (Ertekin y Yaldiz,

2004), papa (Diamante y Munro, 1993), arroz con cáscara (Basunia y Abe 2001),

zanahoria (Doymaz 2004; Prabhanjan y colaboradores, 1995 ), champiñón y polen

(Midilli y colaboradores, 1999), cebada (Afzal y Abe, 2000), pistache (Midilli, 2001;

Midilli y Kucuk, 2003) albaricoques, duraznos, higos y ciruelas (Togrul y Pehlivan,

2004).



Las zanahorias secas se utilizan en sopas deshidratadas y en forma de polvo

en pastas y salsas. Dado que una zanahoria fresca tiene un contenido de agua entre

80% y 90% (Prakasha y colaboradores, 2004) su volumen es reducido a una quinta

parte y su vida de anaquel aumenta de manera significativa cuando se seca. Estas

ventajas hacen que las zanahorias secas sean un producto fácil de transportar y

almacenar. Varios estudios se han realizado en relación con el secado de zanahoria.

Prakasha y colaboradores (2004), investigaron las características de secado de las

zanahorias usando un secador de gabinete solar, secador de lecho fluidizado, y

secador con microondas. Cui y colaboradores (2004), estudiaron la cinética de

secado con microondas a vacío de rodajas de zanahoria en capa fina mediante la

introducción de un modelo teórico. Litvin y colaboradores (1998), secaron

rebanadas de zanahoria mediante la combinación liofilización con un tratamiento

corto con microondas y secado con aire o a vacío. Tein y colaboradores (1998),

realizaron un estudio comparativo entre el secado con microondas a vacío de

rodajas de zanahoria y secado con aire y liofilización sobre la base del potencial de

rehidratación, color, densidad, valor nutritivo y propiedades de textura. Doymaz

(2004), investigó los efectos de la temperatura del aire, velocidad del flujo de aire y

espesor de la muestra en la cinética de secado de cubos de zanahoria.

I.5 Microondas.

Las ondas electromagnéticas de longitudes de onda de unos cuantos

milímetros hasta algunos centímetros y con frecuencias que van del rango de 300

MHz – 300 GHz son conocidas como microondas. Las microondas calientan el

alimento volumétricamente y más rápidamente que el calentamiento convencional.

La velocidad de calentamiento durante el calentamiento convencional es más

pequeña ya que no hay una generación de calor volumétrico dentro del material

como un flux de calor radiante desde que la flama calienta el material durante el

calentamiento convencional. Las propiedades dieléctricas como la pérdida

dieléctrica y la constante dieléctrica juegan un rol importante durante el

calentamiento con microondas. La pérdida dieléctrica del material es la responsable

de convertir la energía eléctrica en calor en el volumen total. Las microondas son

ampliamente usadas para el procesamiento de varios materiales incluyendo el

procesamiento de alimentos y polímeros, secado, cocción, pasteurización,

esterilización y descongelamiento de varios productos alimenticios (Ayappa y

colaboradores, 1991, 1992; Aciemo y colaboradores, 2004; Badeka y

colaboradores, 1999; Basak, 2003, 2004; Cunningham y colaboradores, 2008a, b;

Gunasekaran y colaboradores, 2005; Khraisheh y colaboradores, 2004; Litvin y

colaboradores, 1998; Massoudi y colaboradores, 1979; McLoughlin y

colaboradores, 2003; Megahey y colaboradores, 2005; Mudgett, 1989; Ohlsson y



Risman, 1978; Rosenberg y Bogl, 1987a, b; Taher y Farid, 2001; Turkkan y

colaboradores, 2008; Yongsawatdigul y Gunasekaran, 1996).

El amplio uso de las microondas en la industria alimenticia se debe a la

reducción de tiempos y costos de procesamiento, el aumento de la uniformidad y el

rendimiento de los productos, a la mejora de la micro-estructura única y protección

del alimento del oscurecimiento de la superficie y de la corteza (Aciemo y

colaboradores, 2004; Badeka y colaboradores, 1999; Gunasekaran y

colaboradores, 2005; Litvin y colaboradores, 1998). Realizaron experimentos en el

descongelamiento con microondas de carne picada congelada y concluyeron que

el tiempo de descongelamiento es menor en un 20% de lo requerido en el

descongelamiento tradicional.

Mudgett (1989), reportó que las características del calentamiento con

microondas de productos alimenticios pueden variar considerablemente con la

frecuencia del procesamiento, la temperatura, la composición química y el estado

físico del producto. Cunningham y colaboradores (2008a, b) y Khraished y

colaboradores (2004), estudiaron el efecto de las microondas en la muestra de un

alimento amiláceo y llegaron a la conclusión de que las muestras secas por

microondas conservan más nutrientes y tienen mejor rehidratación que la muestra

secada por convección. Las propiedades del pastel mejoraron cuando este fue

horneado en un horno de microondas comparado con aquel horneado en un horno

convectivo (Megahey y colaboradores, 2005). Las propiedades dieléctricas que

afecten al calentamiento con microondas, aumentan con el incremento de la

temperatura a ciertas frecuencias (Gunasekaran y colaboradores, 2005). Yang y

Gunasekaran (2001), Gunasekaran y Yang (2007a, b), han hecho una cantidad

significativa de estudios experimentales en el calentamiento con microondas

pulsado y reportaron que este calentamiento debería preferirse sobre el

calentamiento con microondas continúo cuando uniformemente la temperatura

dentro de la muestra sea crítica.

En diversas aplicaciones de calentamiento con microondas, la comprensión

completa de la física de propagación de las microondas es requerida. Una gran

cantidad de investigaciones anteriores sobre el calentamiento con microondas de

las sustancias puras se llevó a cabo para desarrollar el modelo matemático para el

análisis del calentamiento con microondas (Ayappa y colaboradores, 1992; Basak

y Meenakshi, 2006; Lin y colaboradores, 1995; McMinn y colaboradores, 2003;

Oliveira y Franςa, 2002; Pandit y Prasad, 2003; Romano y colaboradores, 2005;

Zhou y colaboradores, 1995). Dos enfoques diferentes se han utilizado para evaluar

los efectos de la distribución electromagnética: (I) solución usando las ecuaciones



de Maxwell (Ayappa y colaboradores, 1991, 1992; Basak y Meenakshi, 2006,

Oliveira y Franςa, 2002.) y (II) la solución a través de la ley de Lambert (Lin y

colaboradores, 1995; Zhou y colaboradores, 1995). El mecanismo exacto debido al

efecto combinado de calentamiento con microondas y el transporte térmico para las

muestras puras y de multifase se estudió extensivamente por Ayappa y

colaboradores. (1991, 1992). Predijeron perfiles de temperatura transitoria en

placas de multicapas, resolviendo simultáneamente las ecuaciones de Maxwell con

la ecuación de conducción de calor.

La tecnología de microondas se ha aplicado en muchos procesos de secado

durante varias décadas. En el secado con microondas, el calor se genera

directamente mediante la transformación de la energía electromagnética en energía

cinética, de este modo se genera calor en el interior del material a secar. Algunos

de los ejemplos exitosos de secado con microondas se encuentran en procesos

para el secado y sinterización de la cerámica, el secado de papel, liofilización y la

vulcanización del caucho. Además, excelentes revisiones de secado con

microondas son presentados por Mujumdar (1995), Metaxas y Meridith (1983) y

Datta y Anantheswaran (2001).

Las microondas (MW) se utilizan ampliamente para el calentamiento

volumétrico de materiales dieléctricos (Ayappa y colaboradores, 1997). La mayoría

de los materiales comestibles y sales son dieléctricos por naturaleza y las

microondas se utilizan a menudo para el calentamiento de los materiales

congelados para un procesamiento más rápido (Ayappa, 1997; Basak y Ayappa

2001; 2002). Comúnmente en las industrias suelen practicarse estrategias

eficientes de calentamiento con microondas para un procesamiento más rápido.

Durante el calentamiento con microondas, la absorción espacial de energía

depende de la geometría de la muestra, longitud de onda de las microondas dentro

del medio de la muestra para una frecuencia e intensidad de la radiación fijas

(Barringer, 1994). Un mayor efecto de calentamiento dentro de una muestra se

atribuye por una mayor absorción de energía dentro de ella.

El uso de microondas en el calentamiento de alimentos ha sido

principalmente causado por los cambios en algunas actitudes del consumidor y

estilos de vida hacia alimentos de tipo ''listos para comer'' o ''de cocción rápida''.

Con este propósito, las microondas ofrecen un rápido aumento de temperatura en

los alimentos debido a su capacidad para generar energía térmica en el interior del

alimento, sin necesidad de ningún medio como vehículo para la transferencia de

calor. Un producto con conductividad térmica baja puede llegar rápidamente a altas

temperaturas, lo que no ocurre en el calentamiento convencional.



I.6 Secado con microondas.

El secado con microondas se caracteriza por un rápido calentamiento y el

desarrollo de alta presión y temperatura en el interior del sólido. Esto conduce a un

rápido transporte de la humedad, con potenciales ahorros significativos de tiempo,

aunque la presión interna se debe limitar para evitar la ruptura del alimento. El

modelamiento indica que la potencia y el contenido de humedad a los cuales son

aplicadas las microondas se pueden optimizar en términos económicos. La decisión

de utilizar microondas en una aplicación de secado debe basarse en la rentabilidad

adecuada de la inversión mientras que el diseño del secador debe abordarse en

conjunto con especialistas en mecánica.

Hoy el secado con microondas se utiliza principalmente para el secado de la

pasta y el horneado posterior de galletas. Sin embargo, otras aplicaciones

industriales de secado con microondas existen. El secado con microondas de frutas

y verduras apenas se lleva acabo a escala industrial. Sin embargo, a nivel de

investigación una serie de intentos exitosos del secado con microondas se han

realizado. En la deshidratación de rodajas y puré de plátano, los cuales son

“espumados” por el mezclado con un agente espumante, las velocidades de secado

pueden incrementarse 16 veces usando la energía de microondas en lugar de aire

caliente solamente (Drouzos y Schubert, 1996). Un aumento similar en la velocidad

de secado se observó en la producción industrial de pasas por el secado al sol,

mientras que el pretratamiento químico disminuye la resistencia a la difusión en la

cáscara y un pre secado con microondas crea un hinchamiento parcial de la

estructura, de esta manera ir mejorando la difusión de la humedad interna durante

el secado al sol (Tulasidas y colaboradores, 1996; Kostaropoulos y Saravacos,

1995). El secado con microondas de hongos en baja densidad de potencia en

combinación con aire caliente resultó en una mejora de la difusividad de la

humedad, mejores propiedades de rehidratación y se conservan las propiedades

organolépticas (Riva y colaboradores, 1991).

El secado con microondas es un método de deshidratación eficiente en

tiempo y energía y puede mejorar la calidad del producto, en algunos casos (García

y colaboradores, 1988; Prabhanjan y colaboradores, 1995). Este método se ha

combinado con el secado con aire caliente, secado a vacío, liofilización etc., y se

aplica en numerosas prácticas de secado en las últimas décadas (Orsay y

colaboradores, 2006; Raghavan y colaboradores; 2005; Sanga y colaboradores,

2000; Vadivambal y Jayas, 2007; Zhang y colaboradores, 2006).



El principio de secado con microondas es aplicar un campo electromagnético

al producto, causando agitación en las partículas iónicas y las moléculas de agua

aumentando así la temperatura del producto para evaporar el agua contenida y

secarlo. En este proceso, la intensidad del campo electromagnético, el volumen, la

masa, el contenido de humedad y las propiedades del producto son los factores más

importantes que pueden determinar los parámetros de secado. Sólo cuando el nivel

de potencia de las microondas está bien modulado con los factores que influyen en

todo el proceso de secado de los productos se puede lograr de manera eficiente los

efectos deseados del secado. Una baja potencia de microondas puede dar lugar a

una baja temperatura de secado y una lenta velocidad de secado; mientras que una

alta potencia de microondas puede conducir a una alta temperatura no deseable,

puede mejorar la distribución desigual de la energía de las microondas, y puede

dañar la calidad del producto final.

Durante un proceso de secado con microondas, el volumen, la masa y el

contenido de humedad del producto están en constante cambio. El volumen del

producto se está encogiendo, la masa se está reduciendo, y el contenido de

humedad es decreciente.

Además, las velocidades de estos cambios son diferentes con las etapas de

secado variando. Estas diferencias y cambios requieren una potencia de

microondas variable durante el proceso de secado para una mejor eficiencia global

de secado. Para lograr este propósito, los requerimientos de potencia durante el

secado con microondas deben ser investigados y una relación de la potencia

requerida con respecto a los otros parámetros de secado debe ser construida, la

cual puede ser utilizada para ajustar la potencia de microondas y proporcionar una

referencia útil cuando se combina el secado con microondas con otros métodos de

secado.

Los hornos de microondas se han empezado a utilizar ampliamente debido a

su capacidad para recalentar alimentos rápida y convencionalmente, pero el hecho

de que pueden causar temperatura no uniforme en los alimentos se convierte en un

problema (Mudgett, 1986; Zhang y Datta, 2001). Esta desigualdad en el

calentamiento se atribuye al hecho de que la fuerza del campo eléctrico en la

cavidad no es uniforme (Risman y colaboradores, 1987; Sakai y colaboradores,

2003) y que la generación de calor en el interior del alimento cambia dependiendo

del tamaño y forma del alimento (Vilayannur y colaboradores, 1998a, 1998b), y sus

propiedades dieléctricas (Ayappa y colaboradores, 1991; Büffler y Stanford, 1991;

Oliveira y França, 2002). Entre estos factores, las propiedades dieléctricas de los

alimentos son valores físicos que determinan la generación de calor cuando los



alimentos son irradiados con las microondas, y cambian en respuesta a los

ingredientes y la temperatura de los alimentos (Liu y Sakai, 1999; Mao y


Se requieren muestras de alimentos en la investigación de esta desigualdad

de calentamiento, pero resultó difícil obtener alimentos reales o materiales

alimenticios que ofrecían ciertas propiedades dieléctricas consistentes. En algunas

investigaciones anteriores, agar gel (Padua, 1993a, 1993b), pasta sintética (Chen

y colaboradores, 1996; Sakai y colaboradores, 1996), geles de proteínas de suero

de leche (Lau y colaboradores, 2003), etc., se han utilizado para crear alimentos

modelo. Sin embargo, debido a que las propiedades dieléctricas de estos

alimentos modelo son diferentes de las de los alimentos reales, las distribuciones

de temperatura no siempre coinciden con las de los alimentos reales bajo la

condición de calentamiento con microondas. Con base en esto, se han creado

muestras de alimentos desde el punto de vista del establecimiento de las

propiedades dieléctricas, y se examinaron sí podrían ser utilizados como alimentos

modelo en cuanto a los cambios de temperatura durante el calentamiento con

microondas.

Capitulo II Materiales y métodos


CAPÍTULO II

Materiales y métodos.

II.1 Materia prima.

Las zanahorias frescas fueron adquiridas en un mercado local, se pelaron y

se cortaron en forma de rebanadas con diferentes espesores.

Se preparó una solución osmótica de sal al 10% p/p a 40ºC

II.2 Métodos.

II.2.1 Determinación de sólidos totales.

Se utiliza el método gravimétrico, el cual consiste en eliminar el contenido de

humedad de la materia prima por un tratamiento térmico y se calcula por medio de

la siguiente diferencia:

Sólidos totales = masa de la muestra – masa de la humedad

II.2.2 Determinación de humedad inicial y final.

Esta determinación fue hecha en la rebanada antes (realizada la D.O.) y

después del proceso de secado en una termobalanza hasta obtener un peso

constante, es decir, por la técnica de termogravimetría.

II.3 Equipo.

El horno de microondas doméstico es de la marca Daewoo modelo KOR-

6L7B sin modificaciones, en la Tabla II.1 se muestran sus características técnicas:



Tabla II. 1 Características del horno de microondas utilizado

Fuente de alimentación

120 V – 60 Hz

Consumo de potencia

1100 W

Potencia de salida

700 W

Frecuencia

2450 MHz

Dimensiones (AN x AL x PX) en pulgadas

17.6 x 10.6 x 12.6

Dimensiones Internas (AN x AL x PX) en pulgadas

11.6 x 8.3 x 11.9

Capacidad efectiva del horno

0.7 ft3.

Fuente: Fabricante

II.4 Diseño de experimentos.

Uno de los problemas más comunes que un investigador puede enfrentar es

la determinación de la influencia de una o más variables sobre una variable de

interés (De Barros y colaboradores, 1995).

El primer paso que hay que hacer en el diseño de un experimento es

determinar cuáles son los factores y las respuestas de interés para el sistema que

se desea estudiar. Los factores, esto es, las variables controladas por el

experimentador tanto pueden ser cualitativos como cuantitativos. Dependiendo del

problema, puede tener más de una respuesta de interés. Eventualmente estas

respuestas también pueden ser cualitativas. Algunas veces, en un determinado

experimento, se sabe que existen factores que pueden afectar las respuestas, pero



no se tienen condiciones o no están interesados en controlar (De Barros y


En general los experimentos se usan para estudiar el desempeño de

procesos y sistemas. El proceso o sistema puede representarse como se muestra

en la Figura II.1. El proceso puede por lo general visualizarse como una

combinación de máquinas, métodos, personas u otros recursos que transforman

cierta entrada (con frecuencia cierto material) en una salida que tiene una o más

respuestas observables. Algunas variables del proceso x1, x2,..., xn son

controlables, mientras que otras z1, z2,..., zm son no controlables (Montgomery,

2008).

Figura II. 1 Modelo general de un proceso o sistema

Después es necesario definir claramente que objetivo se pretende alcanzar

con los experimentos, porque eso determinara el tipo de diseño experimental que

se debe utilizar (De Barros y colaboradores, 1995).

El diseño de experimentos es altamente efectivo para aquellos procesos, que

su rendimiento se ve afectado por varios factores. Con esta técnica se puede

conseguir entre otras cosas, mejorar el rendimiento de un proceso, reducir la

variabilidad o los costos de producción, así como aumentar la calidad de los

productos o servicios (Tanco, 2008).

En muchos experimentos interviene el estudio de los efectos de dos o más

factores. En general, los diseños factoriales son los más eficientes para este tipo de

experimentos. Por diseño factorial se entiende que en cada ensayo o réplica

completa del experimento se investigan todas las combinaciones posibles de los

niveles de los factores. Por ejemplo si el factor A tiene a niveles y el



factor B tiene b niveles, cada réplica contiene todas las ab combinaciones de los

tratamientos. Cuando los factores están incluidos en un diseño factorial, es común

decir que están cruzados [6].

La necesidad de estudiar conjuntamente varios factores obedece a la

posibilidad de que el efecto de un factor cambie según los niveles de otros factores,

esto es, que los factores interactúen, o exista interacción. También se utilizan los

arreglos factoriales cuando se quiere optimizar la respuesta o variable dependiente,

esto es, se quiere encontrar la combinación de niveles de los factores que producen

un valor óptimo de la variable dependiente [6].

El número de pruebas necesarias para la ejecución de un diseño factorial

completo (2k) aumenta rápidamente con k, el número total de factores investigados.

Por ejemplo con cuatro factores, un diseño completo nos daría 24=16 pruebas (De

Barros y colaboradores, 1995).

El efecto de un factor se define como el cambio en la respuesta producido

por un cambio del nivel de un factor. Con frecuencia se le llama efecto principal

porque se refiere a los factores de interés primario en el experimento [6].

Los diseños factoriales se usan ampliamente en experimentos que incluyen

varios factores cuando es necesario estudiar el efecto conjunto de los factores sobre

una respuesta. Sin embargo, hay varios casos especiales del diseño factorial

general que son importantes debido a su uso generalizado en el trabajo de

investigación y porque constituyen las bases de otros diseños de gran valor práctico

[6].

El más importante de estos casos especiales es el de k factores, cada uno

con sólo dos niveles. Estos niveles pueden ser cuantitativos, como dos valores de

temperatura, presión o tiempo, o bien cualitativos, como dos máquinas, dos

operadores, los niveles alto y bajo de un factor, o quizá la presencia o ausencia de

un factor. Una réplica completa de este diseño requiere 2 x 2 x... x 2 =

2k observaciones y se le llama diseño factorial 2k [6].

El diseño 2k es de particular utilidad en las etapas iniciales del trabajo

experimental, cuando probablemente se estén investigando muchos factores. Este

diseño proporciona el menor número de corridas con las que pueden

estudiarse k factores en un diseño factorial completo. Por consiguiente, estos

diseños se usan ampliamente en los experimentos de tamizado o selección de

factores [6].



Para llevar a cabo la experimentación de este estudio se utilizó un diseño

factorial completo 24 donde se analizaron los siguientes factores: nivel de potencia

de las microondas, tiempo de secado, espesor de la muestra y tiempo de

deshidratación osmótica (DO). Se realizaron 16 experimentos y 4 puntos centrales

obteniendo un total de 20 experimentos que se muestran en la Tabla II.2.

Se observa en la Tabla II.3 que el cambio de condiciones en el primer factor

analizado se varía en cada experimento; en el segundo factor las combinaciones

varían cada dos experimentos y así sucesivamente hasta el cuarto factor. De esta

manera se obtendrán 16 experimentos donde se realizan las combinaciones

posibles de los factores sin repetirse en ningún caso, mostrándose también los

cuatro puntos centrales de la experimentación.

Tabla II. 2 Diseño experimental

No. De

Experimento

Nivel de

Potencia

(%)

Tiempo de

secado

(s)

Espesor

(mm)

Tiempo D.O.

(min)

1 - - - -

2 + - - -

3 - + - -

4 + + - -

5 - - + -

6 + - + -

7 - + + -

8 + + + -

9 - - - +

10 + - - +

11 - + - +

12 + + - +

13 - - + +

14 + - + +

15 - + + +

16 + + + +

17 0 0 0 0

18 0 0 0 0

19 0 0 0 0

20 0 0 0 0



Para poder comprender el diseño mostrado anteriormente se deben conocer

los valores que fueron utilizados en cada una de las variables. Esto se muestra en

la Tabla II.3 Tabla II. 3 Factores fijados

Niveles Nivel de

Potencia

(%)

Tiempo de

secado

(s)

Espesor

(mm)

Tiempo D.O.

(min)

- 20 20 3 15

0 30 30 5 20

+ 40 40 7 25

II.5 Metodología de superficie de respuesta.

La metodología de superficie de respuesta (MSR) es una técnica de

optimización basada en el empleo del diseño factorial introducida por G. E. P. Box

en la década de los 1950’s y desde entonces ha sido usada con gran éxito en el

modelado de diversos procesos industriales (De Barros y colaboradores, 1995).

El Método de superficies de respuesta es una colección de técnicas

matemáticas y estadísticas útiles en el modelo y el análisis de problemas en los que

una respuesta de interés recibe la influencia de diversas variables, donde el objetivo

es optimizar esta respuesta y, a continuación, determinar el modelo matemático que

mejor se ajusta a los datos obtenidos.

En la mayoría de los problemas del método de superficie de respuesta, la

forma de relación entre la respuesta y las variables independientes es desconocida.

Por lo tanto, el primer paso es encontrar una proximidad adecuada de la verdadera

relación funcional entre “y” y el conjunto de variables independientes. Por lo general

se emplea un polinomio de orden inferior en alguna región de las variables

independientes. Si la respuesta está bien modelada por una función lineal de las

variables independientes, entonces la función de aproximación es un modelo de

primer orden. Si hay curvatura en el sistema, entonces debe usarse un polinomio

de orden superior, un modelo de segundo orden.

En casi todos los problemas de superficie de respuestas se usa uno de los

modelos ya sea de primer ó segundo orden. Desde luego es probable que un

modelo polinomial sea una aproximación razonable de la verdadera relación

funcional en el espacio completo de las variables independientes

Capitulo III Experimentación


CAPÍTULO III

Experimentación.

III.1 Procedimiento experimental.

A continuación se muestra en la Figura III. 1 las etapas del proceso

experimental.

Figura III. 1 Diagrama de proceso de la DO y secado con microondas.

III.1.1 Selección de la materia prima.

Se debe seleccionar evitando que la zanahoria presente algún tipo de daño

físico, por ejemplo, que este blanda o demasiado madura y seca.

III.1.2 Preparación de la materia prima.

Una vez seleccionada la materia prima se debe lavar con detergente de uso

común y abundante agua para remover la suciedad que pueda tener y así eliminar

bacterias presentes en la cáscara de la zanahoria.

Capitulo III Experimentación


Una vez que se lavó la zanahoria, se debe retirar la cáscara utilizando un

cuchillo o un pelador, se corta en rebanadas con el espesor seleccionado para que

la solución hipertónica penetre toda la superficie que está expuesta en el proceso

de DO.

III.1.3 Deshidratación osmótica.

Se introducen las rebanadas de zanahoria en una solución hipertónica de sal

de mesa (NaCl) previamente preparada al 10% en peso, a una temperatura de 40ºC

por un tiempo establecido, se debe procurar que toda la superficie de la zanahoria

este sumergida en la solución.

III.1.4 Secado con microondas.

Lavar, secar y pesar las cajas de Petri vacías registrando el peso de cada una de ellas.

Se pesan las rodajas (Figura III.2) después de haber sido sumergidas en la solución osmótica y habiendo sido secadas con papel absorbente.

Se introducen las cajas de Petri con las rebanadas de zanahoria en el horno de microondas para el inicio de la operación.

Seleccionar el nivel de potencia de cada experimento.

Seleccionar el intervalo de tiempo.

Poner a funcionar el horno.

Después de transcurrido el lapso de tiempo pesar cada una de las cajas de Petri y anotar su respectivo peso.

Esta operación se realiza hasta obtener un peso constante sin que se queme la zanahoria.

Figura III. 2 Pesado de la muestra

Capitulo IV Análisis de resultados


CAPÍTULO IV

Análisis de resultados.

En la Tabla IV.1 se muestran los mejores resultados de la experimentación,

en la primera columna está el número del experimento, después la ecuación

generada por el programa Origin 8.0 en función de la humedad final, en la tercera

columna se tiene el coeficiente de regresión (R2) y en la última la humedad del

producto final. También el coeficiente de correlación se obtuvo utilizando el

programa Origin 8.0.

Tabla IV. 1 Tabla de resultados

Número de

experimento

Ecuación generada por el programa Origin 8.0

Coeficiente

R2

Porcentaje

de humedad

2 Y = 2.35094x10−8t3 − 9.96206x10−6t2 − 0.00963t

+ 4.40907

0.9997 0.6053

4 Y = 2.09652x10−8t3 − 1.48963x10−5x2 − 0.00692t

+ 4.99342

0.9981 2.1938

11 Y = 1.8147x10−9t3 − 1.26566x10−6t2 − 0.00459t

+ 4.20046

0.9997 1.4826

12 Y = 4.59329x10−9t3 − 2.94819x10−6t2 − 0.00778t

+ 6.08229

0.9991 0.0303

13 Y = 9.05269x10−11t3 + 3.93684x10−7t2 − 0.00358t

+ 5.06042

0.9995 1.3861

En las Figuras IV.1, 5, 9, 13 y 17, se muestran las curvas de cinética de

secado obtenidas en esta experimentación.

En las Figuras IV.2, 6, 10, 14 y 18, están graficadas las curvas de cinética de

secado ajustadas.

En las Figuras IV.3, 7, 11, 15 y 19, se tienen las gráficas de la velocidad de

secado obtenidas con el programa Origin 8.0.



En las Figuras IV.4, 8, 12, 16 y 20 se muestran las fotografías de los

productos secos obtenidos en los experimentos 2, 4, 11, 12 y 13.

En la Figura IV.1 se muestra la curva de cinética de secado del experimento

2, en la cual se puede observar los periodos característicos de una cinética de

secado.

Figura IV. 1 Curva de cinética de secado del experimento 2.



En la Figura IV.2 se observa el ajuste de la curva de cinética de secado del

experimento 2, con un coeficiente de correlación de 0.9997, ya que la curva de la

cinética y el ajuste nos da unas curvas sobrepuestas, lo cual nos indica un buen

ajuste por que la línea de la curva de ajuste pasa por todos los puntos

experimentales.

Figura IV. 2 Ajuste de la curva de cinética de secado del experimento 2.



En la Figura IV.3 se muestran los periodos de velocidad de secado,

teniéndose tres periodos de velocidad constante, esto generalmente sucede en

frutas y verduras.

Figura IV. 3 Curva de velocidad de secado del experimento 2

En la Figura IV.4 se tiene la fotografía del producto seco del experimento 2 y

se puede observar el color naranja característico de este producto y por lo tanto el

daño térmico que sufrió es mínimo.

Figura IV. 4 Fotografía del producto seco del experimento 2.



En la Figura IV.5 también la curva obtenida se comporta en forma

característica de una curva de cinética de secado.

Figura IV. 5 Curva de cinética del experimento 4.



En la Figura IV.6, el coeficiente de correlación tiene un valor de 0.9981 que

es menor que el del experimento anterior y se observa que no todos los puntos de

la curva están sobrepuestos con la curva de ajuste.




En la Figura IV.7 se tiene un periodo de velocidad inestable, tres de velocidad

constante y uno de velocidad decreciente, este comportamiento se presenta en

frutas y verduras.

Figura IV. 7 Curva de velocidad de secado 4

En la Figura IV.8 se tiene una fotografía del producto seco del experimento 4

el cual se observa un cierto grado de decoloración debido a las condiciones de

operación.




En la Figura IV.9 nuevamente se observa la cinética característica de un

proceso de secado.




En la Figura IV.10 se tuvo un coeficiente de correlación de 0.9997 el cual es

un buen ajuste.




En la Figura IV.11 se observan los tres periodos de velocidad característicos

de un proceso de secado y aquí también se presentaron tres periodos de velocidad

constante.

Figura IV. 11 Curva de velocidad de secado del experimento 11.

En la Figura IV.12 se muestra una fotografía del producto seco del

experimento 11 en la cual se observa la decoloración en la periferia de la rebanada

teniéndose un color ligeramente blanco.




En la Figura IV.13 se tiene la curva característica de la cinética de un proceso

de secado.




En la Figura IV.14 se obtuvo un coeficiente de correlación de 0.9995 el cual

es un ajuste aceptable observándose que la mayoría de los puntos de la curva

quedan incluidos en la curva de ajuste.




En la Figura IV.15 se muestran los tres periodos de velocidad de secado,

teniendo los tres periodos de velocidad constantes característicos de frutas y

verduras.

Figura IV. 15 Curva de velocidad de secado del experimento 12.

En la Figura IV.16 se muestra una fotografía del producto seco del

experimento 12, la cual presenta una coloración característica, no presenta daños

térmicos.




En la Figura IV.17 se tiene la curva de cinética de secado del experimento 13

la cual es característica de los procesos de secado.




En la Figura IV.18 se observa el ajuste de la curva de cinética de secado del

experimento 13 el cual tuvo un coeficiente de correlación de 0.9991, se observa una

ligera desviación en los primeros puntos del periodo inestable, después se observan

la mayoría de los puntos bajo la curva de ajuste.




En la Figura IV.19 se tiene la curva de velocidad de secado la cual presenta

los tres periodos de velocidad, esta presenta cuatro periodos de velocidad

constante.

Figura IV. 19 Curva de velocidad de secado del experimento 13

En la Figura IV.20 se observa una fotografía del producto seco del

experimento 13, la cual tiene una buena coloración, presentando una ligera

decoloración en el centro.

Figura IV. 20 Fotografía del producto seco del experimento 13



Figura IV. 21 Fotografía de la comparación de la muestra deshidratada

osmóticamente y secada con microondas del experimento 13.

En la Figura IV.21 se observa que la muestra que está a la derecha es la que

se obtuvo después del proceso de secado y conserva un color semejante a la

muestra deshidratada, es decir la pérdida de color durante el proceso de secado es

relativamente insignificante.



En la Figura IV.22 se muestra una gráfica de metodología de respuesta en la

cual para obtener una humedad en el producto seco menor al 5% se debe tener una

humedad en la D.O. en el rango de 82% y 84% y un intervalo de tiempo de secado

de 18 y 30 segundos.

Figura IV. 22 Gráfica de superficie de respuesta de la humedad del producto

en función de la humedad después de la deshidratación osmótica y el

intervalo de tiempo.




cual para obtener una humedad en el producto seco cercana al 0% se debe tener

una humedad en la D.O. en el rango de 78-82% y una potencia de microondas en

un intervalo entre el 38% y 42%


en función de la humedad después de la deshidratación osmótica y nivel de

potencia.




cual para obtener una humedad en el producto cercano al 0% se debe tener una

humedad en la D.O. en el rango de 82% y 84% y un espesor en el intervalo de 3.5

y 4.5 mm


en función de la humedad después de la deshidratación osmótica y el

espesor de la rebanada.




cual para obtener una humedad en el producto seco menor al 5% se debe tener una

humedad en la D.O. en el rango de 82% y 85% y un tiempo de deshidratación

osmótica en el intervalo de 24 y 28 minutos.


en función de la humedad después de la deshidratación osmótica y el tiempo

de deshidratación osmótica.

Observaciones y conclusiones


OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

1.- De acuerdo con la tabla IV.1 de resultados, se observa que la humedad obtenida

en el producto seco es menor al 3%.

2.- El coeficiente de correlación de las curvas ajustadas fue mayor a 0.998 y con

esto se observa en todas ellas que se obtuvo un buen ajuste.

3.- Las curvas de cinética de secado tienen un comportamiento característico

presentando los tres periodos de velocidad (inestable, constante y decreciente). En

este caso las curvas presentaron tres o más períodos de velocidad constante.

4.- La coloración obtenida en el producto después del proceso de secado no se ve

afectada drásticamente por el proceso.

5.- Dependiendo del gusto del consumidor los mejores productos secos fueron de

los experimentos 13 y 11.

6.- De acuerdo con las gráficas de superficie de respuesta para optimizar las

condiciones de operación, las variables o factores deben ser una humedad después

de la DO de 78% a 84%, un espesor de 4 mm, un nivel de potencia de 40% y un

intervalo de tiempo de 40 segundos y con estos se obtendrían humedades en el

producto final menores al 5%.

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