INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN PROGRAMA DE MAESTRÍA EN ALIMENTOS

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

MAESTRA EN CIENCIAS CON

ESPECIALIDAD EN ALIMENTOS

P R E S E N T A

Ing. BLANCA ESTELA HUERTA PÉREZ

DIRECTORES DE TESIS

DRA. IRASEMA ANAYA SOSA

DR. MARIO GONZALO VIZCARRA MENDOZA

MÉXICO, D. F., 2008

“EVALUACIÓN CUALITATIVA DE LA MIGRACIÓN DEL

AGUA DURANTE EL SECADO DE ALIMENTOS CON

CICLOS DE ATEMPERADO MEDIANTE ANÁLISIS

TÉRMICO Y DE MICROESTRUCTURA”

El presente trabajo se realizó en el Laboratorio de

Ingeniería de Alimentos del Departamento de

Graduados e Investigación en Alimentos de la Escuela

Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico

Nacional, bajo la dirección de la Dra. Irasema Anaya

Sosa y en colaboración con el Dr. Mario Gonzalo

Vizcarra Mendoza, de la Universidad Autónoma

Metropolitana - Iztapalapa. Este trabajo fue apoyado

por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, número

de registro 205202.

i

ÍNDICE GENERAL Página

ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................. iv

ÍNDICE DE CUADROS ................................................................................................. vi

RESUMEN ..................................................................................................................... 1

ABSTRACT .................................................................................................................... 2

I. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 3

II. ANTECEDENTES ....................................................................................................... 4

II.1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL SECADO ...................................................... 4

II.1.1. Concepto básico ........................................................................................... 4

II.1.2. Fundamento .................................................................................................. 4

II.2. SECADO EN LECHO FLUIDIZADO ..................................................................... 6

II.3. SECADO EN LECHO FLUIDIZADO CON CICLOS DE ATEMPERADO .............. 6

II.4. CAMBIOS MICROESTRUCTURALES INDUCIDOS POR EL SECADO .............. 8

II.4.1. Pérdida de estructura celular ........................................................................ 8

II.4.2. Encogimiento ................................................................................................ 9

II.4.3. Disminución de la capacidad de rehidratación ............................................ 10

II.5. LA PAPA (Solanum tuberosum) ......................................................................... 11

II.6. CAMBIOS ESTRUCTURALES DEBIDOS A LA INACTIVACIÓN ENZIMÁTICA . 12

II.7. ANÁLISIS CON CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO ....................... 13

II.7.1. Uso de la Calorimetría Diferencial de Barrido para la interpretación de

modificaciones en los compuestos estructurales en alimentos deshidratados ...... 14

II.8. ANÁLISIS CON MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO ...................... 16

II.8.1. Uso de la microscopía para la interpretación de los cambios

microestructurales durante el secado ................................................................... 16

II.9. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................ 19

II.10. HIPÓTESIS ...................................................................................................... 20

II.11. OBJETIVOS ..................................................................................................... 21

II.11.1. OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 21

II.11.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 21

III. MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................... 22

ii

III.1. Estrategia experimental ..................................................................................... 22

III.2. Materia prima .................................................................................................... 23

III.3. Material de laboratorio y reactivos ..................................................................... 23

III.4. Equipo experimental.......................................................................................... 23

III.5. Acondicionamiento de la muestra ..................................................................... 24

III.5.1. Reducción de tamaño ................................................................................ 25

III.5.2. Eliminación de almidón superficial ............................................................. 25

III.5.3. Proceso de escalde e inactivación enzimática ........................................... 25

III.5.4. Obtención de almidón aislado de tejido de papa ........................................ 25

III.6. Caracterización de la muestra ........................................................................... 26

III.6.1. Dimensiones características ...................................................................... 26

III.6.2. Contenido de humedad (X) ........................................................................ 26

III.6.3. Volumen ..................................................................................................... 27

III.6.4. Encogimiento ............................................................................................. 27

III.6.5. Densidad aparente ( ap) ............................................................................. 27

III.6.6. Radio equivalente de esfera (req)................................................................ 28

III.7. Determinación de la velocidad mínima de fluidización....................................... 28

III.8. Construcción de las curvas de secado en lecho fluidizado ................................ 29

III.9. Registro de temperatura del aire y de la superficie de la muestra ..................... 30

III.10. Coeficiente difusivo (Deff) ................................................................................. 31

III.11. Capacidad de rehidratación............................................................................. 32

III.12. Calorimetría Diferencial de Barrido .................................................................. 34

III.13. Microscopía Electrónica de Barrido ................................................................. 35

III.14. Análisis estadístico .......................................................................................... 39

IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN................................................................................. 40

IV.1. Caracterización física de los cubos de papa frescos y deshidratados ............... 40

IV.2. Determinación de la velocidad mínima de fluidización ...................................... 44

IV.3. Construcción de las curvas de secado .............................................................. 46

IV.4. Registro de temperaturas durante el secado de cubos de papa ....................... 49

IV.5. Coeficiente difusivo (Deff) .................................................................................. 54

IV.6. Capacidad de rehidratación .............................................................................. 56

iii

IV.7. Calorimetría ...................................................................................................... 57

IV.8. Microscopía ...................................................................................................... 73

IV.8.1. Muestras frescas y escaldadas .................................................................. 73

IV.8.2. Muestras de almidón aislado ..................................................................... 76

IV.8.3. Secado convencional ................................................................................. 77

IV.8.4. Secado con ciclos de atemperado ............................................................. 80

IV.8.5. Capacidad de rehidratación ....................................................................... 90

V. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 92

VI. REFERENCIAS ....................................................................................................... 94

VII. ANEXOS ............................................................................................................... 103

iv

ÍNDICE DE FIGURAS Página

Figura 1. Diferentes mecanismos de eliminación de agua que actúan a nivel microestructural. ............................................................................................. 5

Figura 2. Cambios microestructurales durante el secado de tejidos vegetales. ............... 9

Figura 3 . Esquema morfológico de la fisiología del tubérculo de papa. ........................ 11

Figura 4. Esquematización de los estados más frecuentes de los constituyentes más importantes de los alimentos.. ...................................................................... 14

Figura 5. Microfotografías electrónicas de barrido de papa ........................................... 17

Figura 6. Esquema del secador de lecho fluidizado ubicado en el departamento de graduado de alimentos E.N.C.B.-I.P.N. ........................................................ 23

Figura 7. Papa variedad alfa. ........................................................................................ 24

Figura 8. Cubicado de papas.. ...................................................................................... 25

Figura 9. Dimensiones medidas en los cubos de papa analizados. ............................... 26

Figura 10. Cortes realizados en el cubo de papa fresca y deshidratada. ....................... 34

Figura 11. Secciones de corte de las muestras de cubos de papa . .............................. 36

Figura 12. Zonas especificas de observación en el MEB…. .......................................... 38

Figura 13. Ejemplo del ambiente del programa ImageJ................................................. 39

Figura 14: Evaluación de la velocidad mínima de fluidización. Los valores dibujados son el promedio aritmético de cinco réplicas. ...................................................... 45

Figura 15. Curvas de secado convencional de cubos de papa escaldados y sin escaldar.. ...................................................................................................... 46

Figura 16. Tiempos totales de proceso para secado convencional y tres diferentes esquemas de atemperado de cubos de papa. .............................................. 48

Figura 17. Tiempos de aireación efectiva para el secado de cubos de papa en lecho fluidizado. ..................................................................................................... 48

Figura 18. Temperaturas del aire y de la superficie de cubos de papa, durante el secado convencional. ............................................................................................... 50

Figura 19. Registro de temperaturas del aire a la salida del recinto de secado durante la deshidratación de cubos de papa. ................................................................ 51

Figura 20. Registro de temperaturas en la superficie de cubos de papa durante su deshidratación. ............................................................................................. 53

Figura 21. Termograma de calorimetría diferencial de barrido de una muestra de almidón de papa grado analítico marca Sigma. ............................................ 57

Figura 22. Termograma de calorimetría diferencial de barrido de una muestra de almidón de papa obtenido en el laboratorio. ................................................. 58

Figura 23. Termograma de calorimetría diferencial de barrido de una muestra comercial de hojuelas de papa. .................................................................................... 59

Figura 24. Termograma de calorimetría diferencial de barrido de una muestra de papa fresca. .......................................................................................................... 61

Figura 25. Termograma de calorimetría diferencial de barrido de la superficie de un cubo de papa escaldado. .............................................................................. 62

Figura 26. Termograma de calorimetría diferencial de barrido del centro de un cubo de papa escaldado.. .......................................................................................... 63

v

Figura 27. Termograma de calorimetría diferencial de barrido de una muestra de cubos completos de papa sin escalde después de secado un convencional........... 65

Figura 28. Termograma de calorimetría diferencial de barrido de una muestra de cubos completos de papa escaldada después de secado un convencional. ........... 66

Figura 29. Diferencias macroscópicas entre los cubos de (a) papa escaldado y el cubo (b) después de ser deshidratado de manera convencional. .......................... 73

Figura 30. Microfotografías electrónicas de barrido de un corte de tejido de papa. (a) tejido fresco.. ................................................................................................ 74

Figura 31. Microfotografías electrónicas de barrido muestras de tejido de médula papa. (a) superficie y (b) centro del tejido fresco, con eliminación de almidón superficial. (c) superficie y (d) centro del tejido de papa escaldado. ............. 75

Figura 32. Microfotografías electrónicas de barrido de almidones aislados de dos orígenes. (a) almidón de maíz, (b) almidón de papa tomados como referencia de Aguilera (1990) y Hadziyev & Steele (1979) y (c) almidón de papa extraído en este trabajo. ............................................................................................. 76

Figura 33. Microfotografías electrónicas de barrido de muestras de tejido de papa deshidratadas de manera convencional.. ..................................................... 78

Figura 34. Luminosidad de las microfotografías de muestras de papa fresca y escaldada. .................................................................................................... 79

Figura 35. Corte superficial de un cubo de papa escaldado y deshidratado en secador de lecho fluidizado de manera convencional. ............................................... 80

Figura 36. Microfotografías de cortes de cubos de papa a los 10 minutos de aireación durante la deshidratación en un secador de lecho fluidizado con ciclos atemperado. ................................................................................................. 81

Figura 37. Microfotografías del corte central de cubos de papa a los 20 minutos de aireación durante la deshidratación en un secador de lecho fluidizado con ciclos de atemperado.................................................................................... 84

Figura 38. Microfotografía electrónica de barrido de la superficie de un cubo de papa deshidratado con ciclos de atemperado en un esquema 10x5...................... 87

Figura 39. Microfotografías electrónicas de barrido de centros de las muestras de papas analizadas al final de los diferentes esquemas de secado. ........................... 89

Figura 40. Microfotografías electrónicas de barrido de las muestras de papa rehidratadas. ................................................................................................ 91

vi

ÍNDICE DE CUADROS Página

Cuadro 1. Dimensiones características de los cubos de papa frescos, escaldados y deshidratados de manera convencional y con ciclos de atemperado a 70°C. ..................................................................................................................... 40

Cuadro 2. Contenido de humedad de los cubos de papa frescos, escaldados y deshidratados de manera convencional y con ciclos de atemperado a 70°C. ..................................................................................................................... 42

Cuadro 3. Resumen de resultados obtenidos para la caracterización física de los cubos de papa frescos, escaldados y deshidratados de manera convencional y con ciclos de atemperado a 70°C. ....................................................................... 43

Cuadro 4. Tiempos totales de proceso y de aireación para cubos de papa escaldados y deshidratados en lecho fluidizado a 70°C de manera convencional y con tres esquemas de atemperado para alcanzar el mismo contenido de humedad final (10%). ................................................................................................... 49

Cuadro 5. Valores obtenidos de la determinación del coeficiente difusivo del secado de los cubos de papa analizados. ...................................................................... 55

Cuadro 6. Capacidad de rehidratación de los cubos de papa analizados. ..................... 56

Cuadro 7. Propiedades térmicas obtenidas mediante calorimetría diferencial de barrido de almidón de papa de dos muestras comerciales y una obtenidas experimentalmente. ...................................................................................... 60

Cuadro 8. Propiedades térmicas obtenidas mediante calorimetría diferencial de barrido de muestras de papa fresca y escaldada...................................................... 60

Cuadro 9. Temperaturas de gelatinización entalpias de transición de muestras de cubos de papa deshidratados convencionalmente con y sin escaldado. ...... 64

Cuadro 10. Temperaturas de gelatinización (temperatura máxima del pico, Tp) y entalpias de transición ( H) de muestras de cubos de papa escaldados y deshidratados con diferentes esquemas de secado. .................................... 67

1

RESUMEN

Durante la deshidratación de alimentos, se presentan cambios estructurales importantes debido a la pérdida de humedad. De estos cambios dependen las propiedades reológicas, biodisponibilidad de nutrientes, rehidratación y como consecuencia, la percepción sensorial del producto rehidratado. Las condiciones de operación durante el secado impactan fuertemente la modificación estructural de los tejidos, ya que de ello depende la velocidad de eliminación de agua. Se tienen reportes que muestran que el orden de magnitud de los coeficientes de difusión es similar cuando se secan los materiales por lote sin interrupción de la corriente de aire (aireación continua) y cuando este paso se interrumpe (ciclos de atemperado), sin embargo los tiempos efectivos de secado se reducen en algunos casos, hasta en un 50%. Estos resultados podrían deberse justamente a las modificaciones estructurales que sufren los materiales cuando se están secando. Por lo anterior se plantea como objetivo de este trabajo observar las modificaciones de la estructura de un alimento cuando se sujeta al secado con ciclos de atemperado, comparándolas con el secado de aireación continua. Se emplea a la parte central de la papa cortada en cubos tratados térmicamente mediante un escaldado, como modelo de estudio por considerarse un material de estructura homogénea. Para esto, se emplean como herramientas de análisis la microscopía electrónica de barrido y a la calorimetría diferencial de barrido. La hipótesis que se plantea es que con la introducción de los ciclos de atemperado durante la operación de secado, se evitara la formación de una costra endurecida que impide la salida de humedad, debido a la redistribución de la humedad dentro y en la superficie del alimento durante los tiempos de reposo. Los resultados encontrados muestran que el escalde como pretratamiento, propicia cambios en la permeabilidad de las paredes celulares, con la consecuente incorporación de la humedad. La calorimetría diferencial de barrido mostró que el almidón es parcialmente gelatinizado durante el escaldado y que las condiciones de secado permiten asociaciones que favorecen la formación de una capa endurecida en la superficie del cubo de papa. La microscopía electrónica de barrido confirma que cuando el material está sujeto a secado con ciclos de atemperado, se logra retrasar la formación de la costra, así como la existencia de almidón que no se asocia debido a su naturaleza resistente y a los tiempos de reposo a los que es sometido, lo que se refleja posteriormente en la capacidad de incorporación de agua debido a la gelatinización de estos mismos. Por todo lo anterior se puede concluir que el secado con ciclos de atemperado propicia modificaciones estructurales en los tejidos de naturaleza física y bioquímica de tal manera que favorecen la eliminación de agua, disminuyendo así los tiempos efectivos de secado, sin que este fenómeno se vea reflejado necesariamente, en un valor de coeficiente difusivo.

2

ABSTRACT

There are important structural changes throughout the food dehydration due to the

loss of humidity. The ability to keep the physical properties, bioavailability of nutrients,

rehydration and sensorial perception of the rehydrated product depend of these

structural modifications. Moreover, the water elimination speed depends of the

conditions of operation through the drying that could modify the tissue structure.

Some reports showed that the order of magnitude of the diffusion coefficients is

similar when the materials are dried by lot without interruption of the airflow

(continuous ventilation) or when this step is interrupted (cycles of tempered), however

the effective period of drying time is reduced in some cases, until 50%. These results

could be due to the material structural modifications when they are drying.

So, the objective of this work is observed the modifications of the structure of a food

when it is drying with cycles of tempered, in comparison with the drying of continuous

ventilation. As study model, to consider a material of homogenous structure, we used

the central part of the potato cut in cubes and treated by scalding. For that purpose,

we performed electronic microscopy of scanning and to the calorimetry scanning

differential assays.

In this work, we wonder if the introduction of tempered cycles during the drying would

be avoided the formation of a hard scab that prevents the exit of humidity, as

consequence of the redistribution of the humidity inside and in the surface of the food

during the times of rest.

The results showed that the scald, as pre-cure, causes changes in the permeability of

the cell walls, with the incorporation of the humidity as a outcome. The calorimetry

scanning differential assays showed that the starch is partially gelatinized through the

scalded and the conditions of drying allow associations that allowed the formation of a

hard layer on the surface of the potato cube. The electronic microscopy of scanning

results confirm that when the material was dried with cycles of tempered, it delayed

the formation of the scab; as well as the presence of starch is not associated with its

natural resistant and the times of rest which it is put under. As result, there was good

water incorporation due to the gelatinization of these ones.

In summary, the food drying with cycles of tempered causes physical and biochemical

modifications in the tissues, those allow the water elimination. Moreover, there is a

decrease in the effective times of drying without changes in the diffusive coefficient.

3

I. INTRODUCCIÓN

Una de las operaciones industriales a la que son sometidos una gran variedad de

alimentos, es la del secado con el fin de obtener productos nuevos a fin de

conservarlos. El deshidratado permite reducir el tamaño y el peso del producto

original, modificándose estructuralmente como una consecuencia de éste. De dicha

estructura dependen propiedades físicas, reológicas y de transporte del alimento que

están íntimamente ligadas con la textura, la biodisponibilidad de nutrientes, la

percepción sensorial y la posterior reincorporación del agua al tejido. Además de que

se sospecha que esta modificación estructural afecta la velocidad de migración de la

humedad durante el proceso de secado.

Lo anterior se evidencia cuando se comparan dos esquemas de secado en un

lecho fluidizado, el convencional y con ciclos de atemperado. Se ha observado que

los ciclos de atemperado reducen los tiempos de aireación efectivos, con respecto al

secado convencional. Por lo anterior se infiere que durante los ciclos de atemperado

los componentes bioquímicos del alimento se modifican de manera tal que modifican

la estructura del tejido los que reduce el endurecimiento superficial del mismo,

favoreciendo así la eliminación de humedad.

En este trabajo se analizan los cambios estructurales en cubos de papa al final

de cuatro diferentes esquemas de secado en un lecho fluidizado, uno convencional y

tres con ciclos de atemperado (5X5, 5X10 y 10X5) todos a 70°C. Dado que a dicha

temperatura y esquemas (Morales, 2004), las cinéticas de secado presentaron un

mayor coeficiente de difusión para el secado con ciclos de atemperado que para el

secado convencional.

Por lo que se utilizaron técnicas para observar las modificaciones

microestructurales durante el proceso, así como para poner en evidencia los cambios

bioquímicos que sufren los componentes de la muestra al final del proceso, cuyos

resultados justifican los diversos valores del coeficiente de difusión obtenidos para

cada uno de los esquemas. Además se analiza el efecto de dicha modificación en la

capacidad de rehidratación de los cubos de papa.

4

II. ANTECEDENTES

II.1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL SECADO

II.1.1. Concepto básico

Se entiende por secado de un alimento, a la extracción deliberada del agua que

posee con el fin de reducir su contenido hasta un valor aceptablemente bajo, dicha

operación que se lleva a cabo en la mayoría de los casos mediante la vaporización

del líquido en una corriente de gas. Por tanto, en la operación básica de secado

intervienen dos mecanismos importantes:

Transferencia de calor al sólido para suministrar el calor latente de vaporización y

Transferencia de masa interna, es decir, el movimiento del agua líquida o vapor

de agua a través del sólido y su alejamiento del mismo, (Barbosa & Vegas, 1996;

Earle, 1979; Mc Cabe y col., 2002; Seader & Henley, 1998).

II.1.2. Fundamento

Todos los materiales sólidos presentan cierto contenido de humedad en

equilibrio cuando se colocan en contacto con el aire a una temperatura y humedad

particulares, en consecuencia los materiales tienden a perder o ganar humedad

durante un periodo para que alcancen este valor de equilibrio. Si la temperatura o la

humedad del aire cambian, entonces se pierde o se gana humedad dependiendo de

la presión de vapor que ejerza el agua del sólido, y de la presión de vapor de la

corriente de aire, hasta que se alcanza un nuevo valor de equilibrio (Sharma y col.,

2003; Tejeda y col., 1995).

El análisis de la operación de secado requiere conocer las relaciones de

equilibrio que implica la distribución de agua entre dos fases: la sólida del material a

secar y la gaseosa del aire seco que sirve como medio para tal efecto, además de

conocer las diferentes formas en que puede ser conducida una operación de secado.

Por lo que es importante conocer la cinética de secado que depende de la velocidad

de transferencia de calor y de la velocidad de evaporación, además de la velocidad

de desactivación del material de interés por efectos térmicos (Tejeda y col., 1995;

Fennema, 1985; Mujumdar, 1987; Treybal, 1983).

5

II.1.2.1. Mecanismos de eliminación de humedad

El movimiento de la humedad dentro del alimento depende de dos elementos: la

porosidad y estructura del alimento y las interacciones entre la humedad con la

matriz del alimento. El movimiento del agua dentro del sólido se puede observar de

manera gráfica en la Figura 1, donde se muestran los diferentes mecanismos de

eliminación de agua que actúan a nivel microestructural.

Teoría de la difusión. El principal mecanismo de flujo en el secado de un

sólido es la difusión del fluido a través del sólido (Geankoplis, 1998). Esta toma lugar

dentro de las finas estructuras del sólido y en los capilares, poros y pequeños

espacios llenos con el fluido, éste difunde hasta llegar al final del capilar.

Desafortunadamente, la teoría de la difusión no considera el encogimiento, el

endurecimiento o las isotermas de sorción, siendo el flujo del fluido fuertemente

afectado por el tamaño y la cantidad de poros, la consistencia y la geometría de la

matriz del sólido (Barbosa & Vegas, 1996).

Teoría de la capilaridad. El flujo de un líquido a través de espacios y sobre la

superficie de un sólido por causa de la atracción molecular, que genera fuerza de

presión, entre el líquido y el sólido es conocido como capilaridad, es decir el

movimiento del líquido se origina por una fuerza neta debida a la carga hidrostática y

a los efectos de la tensión superficial (Barbosa & Vegas, 1996).

Figura 1. Diferentes mecanismos de eliminación de agua que actúan a nivel microestructural. (Aguilera & Stanley, 1990)

6

II.2. SECADO EN LECHO FLUIDIZADO

Mc Cabe y col. (2002) realizan una clasificación de acuerdo al mecanismo de

transferencia de calor y al movimiento de las partículas sólidas dentro del secador. El

lecho fluidizado corresponde a aquellos con circulación a través del sólido, aquí el

gas circula a través de un lecho de sólidos granulares gruesos que están soportados

sobre un tamiz donde se tienen velocidades bajas del gas para evitar arrastres de las

partículas. El secado por lecho fluidizado permite la operación continua y a gran

escala sin llegar al procesamiento excesivo del material. El rápido mezclado en el

lecho, proporciona condiciones cercanas al secado isotérmico (Kunii & Levenspiel,

1991; Mujumdar, 2000).

El secado convencional emplea condiciones continuas de temperatura,

humedad y flujo de aire para la eliminación de humedad. Para productos sensibles al

calor, la calidad del secado depende fuertemente de las condiciones de aire

empleado. Al aplicar velocidades de transferencia de masa y energía altas en la

superficie del sólido se corre el riesgo de sobre calentar dicha superficie lo que

resulta en problemas de calidad, además de aumentos en los tiempos de secado, por

lo que una alternativa viable es la variación en el suministro de energía para el

secado, es decir, un secado intermitente (Mujumdar, 2000).

II.3. SECADO EN LECHO FLUIDIZADO CON CICLOS DE ATEMPERADO

El término ciclo de atemperado se utiliza en el secado intermitente, para

designar el tiempo que comprende “aireación+reposo”, la aireación corresponde al

tiempo que el material esta dentro del secador y reposo cuando el material esta fuera

del secador en un recinto de reposo, en dicho tiempo se establece un gradiente de

humedades dentro de dicho material.

El proceso de atemperado permite la difusión de la humedad desde la porción

central del alimento hacia la superficie, logrando así la redistribución de la humedad,

obteniéndose cierta evaporación durante este tiempo. Por consiguiente, se obtiene la

homogeneización del perfil de la humedad, difundiendo el agua de la parte húmeda a

la superficie del alimento que presenta menor humedad. Esto trae consigo

7

condiciones de secado parecidas a las iniciales, pero con contenidos de humedad

más bajos. Esta técnica reduce la energía consumida para llegar a niveles de

humedad finales semejantes a los conseguidos con ciclos convencionales de

secado, teniendo además ventajas en la calidad de los productos (Tolaba y col.,

1999; Chen & Wu, 2000; Pan y col., 1999; Anaya y col., 2003).

Existe una gran cantidad de estudios dedicados a establecer las condiciones de

secado con ciclos de atemperado en diversos equipos y para diversos productos,

donde los autores de manera general reconocen la influencia positiva en la

disminución de los tiempos efectivos de secado, la disminución en las temperaturas

del producto en proceso y el mejoramiento de la calidad del producto final y de

manera específica:

• Raghavan y col. (2005) hacen énfasis en los beneficios obtenidos en aspectos

energéticos planteados desde el punto de vista ambiental.

• Bimbenet y col. (2002) en su trabajo realizaron una revisión sobre el secado en

alimentos manejando un enfoque académico y de investigación aplicada.

• Existe evidencia experimental de los beneficios de los ciclos de atemperado en la

calidad del producto final:

Pan y col. (1999) con rodajas de zanahoria obtuvieron una reducción de los

tiempos de secado de más del 40%. Y una conservación de β-caroteno del

87.2% contra 61.5% del secado convencional.

Chua y col. (2000) lograron reducir el cambio de color en muestras de papa,

guayaba y plátano, mediante esta técnica.

Anaya y col. (2003) mostraron mejoras, con respecto al secado convencional,

en la capacidad de germinación, la actividad de lipoxigenasa, el porcentaje

de digestibilidad y la viabilidad de semillas de fríjol.

Fano, y col. (2008) encontraron que para muestras de zanahoria llevadas a

humedades similares, presentan mejores propiedades en la retención de

carotenos, la activación de peroxidasa y la conservación de actividad de

invertasa, que las deshidratadas convencionalmente.

Una de las investigaciones en las cuales se basa este trabajo es la que realizó

Morales (2004), quien obtuvo que el secado de cubos de papa en lecho fluidizado

8

con ciclos de atemperado se da en el periodo de velocidad decreciente; analizó una

serie de condiciones de las cuales obtuvo que los mejores esquemas fueron con un

procesamiento a 70°C, tanto en el proceso de secado como en la prueba de

rehidratación, al obtener reducciones de hasta el 12% del tiempo total del proceso

respecto al método de referencia (sin ciclos de atemperado) y humedades finales del

producto en promedio de 5.53%.

Lo anterior es evidencia de las investigaciones serias que existen sobre el

secado con ciclos de atemperado, las cuales resaltan las bondades de éste con

respecto al secado convencional. Los parámetros en los cuales se basa dicha

diferencia son la mejora en las propiedades finales de calidad del producto y en el

ahorro en los tiempos efectivos de secado, pero sin dar respuesta a la interrogante

del porque de los cambios tan marcados en dichos tiempos. Algunos autores como

Aguilera (2005), consideran que las modificaciones en la microestructura de un

alimento, afectan directamente su comportamiento durante el proceso de secado y

que se presentan de manera similar en todos los tejidos.

II.4. CAMBIOS MICROESTRUCTURALES INDUCIDOS POR EL SECADO

Los investigadores han reconocido que el grado de deshidratación depende de

las condiciones de proceso, la preparación de la muestra, la composición de la

muestra y sobre todo de los cambios estructurales y químicos inducidos por el

secado (McMinn & Magee, 1997).

II.4.1. Pérdida de estructura celular

En materiales celulares de alta humedad, como los tejidos de plantas, el

transporte de agua durante el secado ocurre en un medio heterogéneo. La pérdida

de estructura celular puede ser inducida para facilitar la migración de agua desde el

interior de la pieza o para mantener la estructura celular, si se requiere que las

propiedades de textura del tejido sean similares a las del tejido intacto después de la

rehidratación, un método útil para tal fin es el escaldado (Aguilera & Stanley, 1990).

9

II.4.2. Encogimiento

Los vegetales experimentan cierto grado de contracción durante el secado,

debido a la pérdida de agua y al calentamiento, lo que produce un desequilibrio en la

presión entre el interior del material y la presión externa, lo cual genera la contracción

o colapso de la estructura celular. Cualquiera que sea el método que se utilice, a

excepción tal vez del liofilizado; esta contracción puede influir sobre la velocidad de

secado y la calidad del producto final (Mayor & Sereno, 2004; Brennan y col., 1986;

Capriste y col, 1988).

El encogimiento ocurre primero en la zona expuesta al aire, es por esto, que el

gradiente de humedad del material genera esfuerzos y tensiones internas, algunos

de estos efectos generados pueden verse ilustrados en la Figura 2.

Por otro lado se cree que el efecto combinado de las condiciones de proceso

facilita la formación de una costra en la superficie externa del producto durante la

etapa inicial del proceso de secado lo que determina el tipo y magnitud del

encogimiento. A velocidades iniciales de secado muy altas, las capas exteriores del

producto se hacen rígidas y su volumen final se alcanza a principios del secado. A

medida que continúa el secado los tejidos se rompen interiormente, formando una

estructura abierta (Mayor & Sereno, 2004; Brennan y col., 1986).

Figura 2. Cambios microestructurales durante el secado de tejidos vegetales. (Aguilera & Stanley, 1990)

10

II.4.3. Disminución de la capacidad de rehidratación

Muchos de los alimentos deshidratados son consumidos después de su

rehidratación, ésta intenta regenerar la estructura del alimento fresco, es por ello que

uno de los efectos que se busca evitar en los alimentos sometidos a deshidratación

sea el colapso estructural. Por lo que la rehidratación puede ser considerada como

una medida de los daños al material causados por el secado y los tratamientos

previos de la deshidratación (Lewiki, 1998). La rehidratación está compuesta por tres

procesos simultáneos, el primero la entrada del agua al material seco, el segundo es

el hinchamiento y el tercero es la pérdida de sólidos solubles, y que el hinchamiento,

para materiales biológicos, es proporcional a la cantidad de agua ganada (Krokida &

Marinos-Kouris, 2003).

Los vegetales deshidratados poseen dos propiedades convenientes para la

rehidratación: la primera es la capacidad de embeber agua rápida y uniformemente la

cual depende de las interacciones fisicoquímicas y los eventos relacionados con la

difusión, como cuando ocurre un endurecimiento superficial o cuando el producto ha

sido fijado como una estructura densa y la segunda, es la capacidad de retener el

agua en forma similar que el producto natural (Aguilera & Stanley, 1990).

Mayor & Sereno (2004) reportan papa deshidratada mediante aire a diferentes

temperaturas, obtuvieron muestras con humedades similares pero con diferentes

grados de encogimiento, debido a las diferentes condiciones de secado, una

capacidad de rehidratación inversamente proporcional al grado de engocimiento.

McMinn & Magee (1997) reportaron como resultado de su estudio del secado

convectivo de papa a diferentes temperaturas de proceso, que las muestras más

contraídas por efecto de las condiciones de secado tienen una capacidad más baja

de rehidratación. Por su parte, en 1990, Jayaraman y col. estudiaron el secado

convectivo de coliflor y concluyeron que la incapacidad del tejido vegetal para

rehidratarse completamente era consecuencia de la estructura densa y colapsada del

material deshidratado, con capilares muy reducidos.

11

II.5. LA PAPA (Solanum tuberosum)

La composición homogénea y bien estudiada de los tubérculos de papa, hacen

de este alimento un modelo de estudio ideal por lo que en el presente trabajo se

aprovechan estas cualidades, y físicamente tiene una estructura según la Figura 3A.

FIGURA 3 . Esquema morfológico de la fisiología del tubérculo de papa. (A) Corte longitudinal. (B) Corte transversal. (C) Microestructura de la célula de parénquima de almacenamiento de un tubérculo de papa. (Modificada de: Aguilera & Stanley, 1990; Charley, 1999; Fedec y col., 1977)

(A)

(B) (C)

12

Fisiológicamente, el parénquima vascular de almacenamiento ocupa el espacio

entre la medula y la cáscara; contiene algunos codones de floema y está dividido en

dos porciones por el anillo vascular, cada uno de estos tejidos consiste de células de

distintos tamaños, forma y composición (Figura 3B).

De manera general las células del parénquima almacenan almidón y son

aproximadamente de 50-500μm de corte transversal y de forma poliédrica (cinco

lados), Figura 3C (Aguilera & Stanley, 1990; Charley, 1999).

Así mismo, se puede observar en la Figura 3C que existe una lámina media de

origen péctico, esta lámina actúa como un puente para mantener a las células

adyacentes juntas. Estas estructuras externas de las células de tejido vegetal son

parcialmente dañadas durante el escaldado y además el contenido de sustancias

pécticas es reducida, las proteínas son desnaturalizadas, las enzimas inactivadas y

los compuestos químicos solubles en agua son parcialmente solubilizados (Lisinska

& Golubowska, 2005).

El contenido de almidón varía de una parte a otra del tubérculo, así como entre

tubérculos de una misma planta y en cada zona de un mismo tubérculo, estas

diferencias están relacionadas con el grado de desarrollo, anatomía, periodo de

almacenaje y tipo de tejido, pero de manera general se considera un 79.80% de

humedad y 17.10% de carbohidratos (mayoría almidón), como la composición

general. A medida que se calienta una papa, los granos de almidón empacados

dentro de las células se hinchan varias veces por gelificación, sin embargo este

proceso necesariamente requiere de un exceso de humedad para poder llevarse a

cabo (Aguilera & Stanley, 1990; Charley, 1999).

II.6. CAMBIOS ESTRUCTURALES DEBIDOS A LA INACTIVACIÓN ENZIMÁTICA

La papa al ser procesada expone sus tejidos “rotos” y se produce un

oscurecimiento inducido por sistemas enzimáticos que oxidan los tejidos, los cambios

oxidantes son perjudiciales para la calidad del producto que va a ser secado. Esta

coloración puede ser controlada por inactivación térmica de las enzimas, también

13

puede utilizarse un tratamiento con una combinación de escaldado y sulfitado, como

lo es el escaldado previo a la deshidratación además de desnaturalizar membranas

celulares, con lo que se ha observando que la velocidad de secado se incrementa y

se obtiene un proceso más rápido y más completo (Aguilera & Stanley, 1999; Cheftel

& Cheftel, 1992; Hart y col., 1991).

Un proceso de acondicionamiento que presentó resultados aceptables para

evitar el oscurecimiento enzimático de la papa es el ensayado por Morales (2004)

quien estableció las siguientes condiciones, un escalde en solución acuosa de

metabisulfito de sodio al 0.5% a 80°C por cinco minutos, enfriando posteriormente al

chorro del agua fría.

Arévalo & Xidieh (2007) han reportado que el escaldado favorece la salida de

humedad en muestras de zanahoria comparadas con muestras sin tratamiento y con

un tratamiento de congelación antes del secado lo que corrobora los cambios

estructurales inducidos por el escaldado.

II.7. ANÁLISIS CON CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO

La descripción de las metodologías microscópicas usadas para examinar la

microestructura de los alimentos ha sido reforzada por técnicas no magnificadoras.

Metodologías como la calorimetría diferencial de barrido (DSC, por sus siglas en

inglés) han aumentado su uso para la obtención de información que va desde la

confirmación en productos moleculares hasta el esclarecimiento de la relación del

estado fisicoquímico con la organización estructural.

La calorimetría diferencial de barrido (DSC) es una técnica analítica usada para

cuantificar la cantidad de calor absorbido o liberado durante los cambios de estado

físico o químico. Las aplicaciones comunes en el área de alimentos incluyen la

cristalización y fusión de agua, lípidos y otros componentes, desnaturalización de

proteínas y la gelatinización y retrogradación de almidones (Aguilera & Stanley, 1990;

Martínez y col., 1999).

Las modificaciones que se observan mediante DSC son denominadas

transiciones de fase y se registran mediante trazos de las diferencias de calor

suministradas a la muestra (dH/dt) contra temperatura (T), llamados “termogramas”,

14

que corresponden a las áreas de los picos proporcionales a los efectos térmicos

experimentados por la muestra.

Los alimentos experimentan cambios de fase durante el procesado, estos

cambios alteran su calidad y estabilidad, por lo que existen varios estados en los que

puede encontrarse la materia y se muestran en la Figura 4.

Conviene recalcar en este punto que, según la Figura 4, los estados amorfo y

gomoso son estados de no equilibrio. Los materiales amorfos pueden obtenerse por

distintas técnicas, todas ellas relacionadas con la eliminación rápida del disolvente,

como la evaporación, extrusión y deshidratación.

II.7.1. Uso de la Calorimetría Diferencial de Barrido para la interpretación de modificaciones en los compuestos estructurales en alimentos deshidratados

La transición vítrea en la fase acuosa de un alimento ocurre en condiciones de

baja humedad donde se da una sobresaturación de solutos. Cuando un producto se

deshidrata y se alcanza el límite de solubilidad de los solutos, la separación de éstos

en forma de cristales no es frecuente por problemas cinéticos. En esta situación el

sistema queda en un estado amorfo que puede ser vítreo o gomoso dependiendo de

la temperatura y humedad, de manera general se tiene sólo un pico como respuesta,

Figura 4. Esquematización de los estados más frecuentes de los constituyentes más importantes de los alimentos en función de la temperatura Donde Tg corresponde a la temperatura de transición vítrea, Tm a la temperatura de solidificación o fusión y Tb corresponde a la temperatura de evaporación o licuefacción (Martínez y col., 1999).

15

pero pueden aparecer un segundo pico cuando la muestra no se encuentra

correctamente hidratada (Slade & Levine, 1991; Pilosof & Bartholomai, 2000).

La calorimetría diferencial de barrido ha sido ampliamente utilizada como

técnica de caracterización de almidones de diferentes orígenes, sometidos a distintos

tratamientos. Biliaderis, en 1989, estudió la gelatinización de almidones de

leguminosas (garbanzo, lenteja, frijol, entre otros granos) utilizando DSC. Este

estudio fue pionero en explicar el fenómeno de gelatinización del almidón utilizando

como ayuda las ecuaciones de los polímeros sintéticos, en relación al efecto de los

plastificantes.

Wang y col. (1991), caracterizaron las transiciones de fase del almidón de maíz

céreo utilizando DSC y simulación por computadora, este programa calcula

teóricamente la cantidad de agua necesaria para la transformación del almidón por

fusión y gelatinización, basándose en la relación estequiométrica agua/glucosa. Los

experimentos realizados a contenidos de humedad entre 0 - 99 %, mostraron que el

inicio de la aparición de una segunda endoterma por DSC se encuentra a un

contenido de humedad alrededor de 60%, estos resultados son similares a los

reportados para papa, arroz y maíz.

Otra de las aplicaciones realizadas en almidón de papa es la realizada por Liu &

Yada (2005), ellos estudiaron la relación de la gelatinización del almidón de papa en

cultivos a diferentes etapas del crecimiento, analizando las muestras por duplicado

con la calorimetría diferencial de barrido. Como resultado de su investigación

encontraron que el valor constante de la entalpía, corresponde a la matriz de la papa

seca, lo que indica que el almidón es el único factor que influencia el valor de la

entalpía de gelatinización al intervalo de humedad en el que se realizó el trabajo, es

decir que la entalpía es independiente del contenido de humedad (67-80%) para el

almidón de papa.

Rojas-Molina y col. (2007), realizaron un trabajo sobre los cambios estructurales

y térmicos en la calidad de la proteína del endospermo de maíz cuando este se

somete al proceso de nixtamalización, ellos determinaron dichos cambios mediante

el uso de microscopio electrónico de barrido, difracción de rayos X y calorimetría

diferencial de barrido. Las imágenes obtenidas revelaron que el endospermo suave y

16

el duro presentan diferentes ángulos y factores de empaquetamiento, y comprobaron

mediante uso de rayos X que dichas diferencias se debían a que cada una de estas

zonas presentaba una diferente capacidad de cristalización de la amilopectina.

Corroboraron lo anterior mediante el uso de DSC donde observaron que las capas

superiores no presentaron un pico característico en el termograma correspondiente

al almidón comparada con la muestra cruda que presenta un pico en la zona de 64-

81°C y para el endospermo interno el pico apareció recorrido aproximadamente en la

zona de 72-92°C. Ellos concluyen que durante la nixtamalización hay una

gelatinización total del almidón de las capas externas y una parcial de las capas

internas del grano de maíz.

Estos son claros ejemplos de que la aplicación de las técnicas de observación,

como la microscopía, debe estar respaldada por técnicas analíticas como la

calorimetría diferencial de barrido, con el fin de dar explicación clara de los efectos

que tienen las diferentes variables de los procesos de conservación de alimentos,

como lo es el secado, sobre la estructura y composición de estos, radicando su

importancia en el impacto que generan sobre las propiedades sensoriales y nutricias

del alimento.

II.8. ANÁLISIS CON MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO

En la actualidad se considera la necesidad de una apreciación de la

microestructura de los alimentos y sus componentes como prerrequisito para el

entendimiento de sus propiedades, siendo el microscopio electrónico de barrido

(MEB) un instrumento que permite observar las células después de haber sido fijadas

y teñidas con iones de metales pesados, es una herramienta con grandes

aplicaciones para alcanzar dicho fin (Aguilera & Stanley, 1990; Stayler, 1970;

Yacamán & Reyes, 1995).

II.8.1. Uso de la microscopía para la interpretación de los cambios microestructurales durante el secado

El daño que sufre la estructura de un alimento sometido a cualquier proceso

industrial que involucre un cambio térmico es resultado de un reacomodo

17

microestructural (Aguilera, 2005), que puede ser observado mediante técnicas como

la microscopia, un ejemplo se muestra en la Figura 5, donde se observan tejidos de

papa analizados mediante MEB. Donde se observa por medio de la comparación de

las fotografía que muestran la estructura de un tejido de papa, que esta se modifica

completamente después de un proceso de cocción, donde los gránulos de almidón

muestran hinchamiento y un desarreglo en la forma de la pared celular.

Mediante la MEB se logran examinar detalles topográficos de las superficies

internas o externas de la muestra y se puede inferir, que debido a la complejidad de

los alimentos a nivel microestructural la deshidratación tiene efectos a este mismo

nivel.

Por ejemplo, Lewicki & Pawlak (2005) estudiaron mediante análisis de

imágenes (micrografías) el efecto de tres diferentes métodos de secado en la

microestructura de papas con diferentes pretratamientos, estimando que alrededor

del 12% de las células pierden su integridad durante el secado y que de los tres

métodos de secado probados, el que menos daño causa es el secado por lecho

fluidizado, seguido del secado por fuente y el secado mediante liofilización.

Concluyendo que, existen efectos importantes en la estructura cuando la papa es

Figura 5. Microfotografías electrónicas de barrido de: (A) papa cruda y (B) papa cocida. (Aguilera & Stanley, 1990)

18

sometida a pretratamientos, como el escaldado, que permiten la gelatinización de los

gránulos de almidón y el incremento en su volumen, sin que siempre se dé una

ruptura celular durante el secado.

Otro ejemplo es la investigación realizada por Gowen y col. (2006), donde

realizaron un estudio comparativo de los cambios cualitativos que ocurren en

garbanzos durante el secado por dos diferentes métodos y cuando son rehidratados.

Ellos compararon el efecto del secado por aire caliente y por un método combinado

de microondas, en la microestructura, la densidad, el color, la textura, el grado de

deshidratación y la capacidad de hidratación. Encontrando que el método combinado

de secado mejoró la porosidad del producto deshidratado final. Por medio de la MEB,

se mostró que los garbanzos sujetos a secado combinado tenían menor

encogimiento que aquellos garbanzos secados por aire caliente.

Dong y col. (2006), encontraron que los cambios en el tejido de manzana

sometido a secado por aire a bajas presiones y posteriormente rehidratado, pueden

ser monitoreados usando un microscopio electrónico de barrido; dos tipos de

muestras fueron analizadas, una muestra cruda y una muestra con pretratamiento.

Las muestras que sufrieron un pretratamiento presentaron una superficie más

uniforme y no se observó la formación de burbujas. Esto indicó claras diferencias en

los mecanismos de secado entre los dos tipos de muestras, ya que la muestra con

tratamiento previo se deshidrató más rápidamente que la muestra sin tratamiento.

Lo anterior hace patente que la microscopía es una herramienta útil en la

interpretación de los cambios microestructurales y no así de las modificaciones

bioquímicas, pero si se complementa con la calorimetría diferencial de barrido se

puede dar explicación a las diversas modificaciones a nivel microestructural en los

productos al final de un proceso de secado, obteniendo información fundamental

para la caracterización de dichos cambios. Por lo que esta capacidad de

complementarse es la que se aprovecha en este trabajo con el fin de dar explicación

a las diferencias en los tiempos efectivos de secado convencional y con ciclos de

atemperado desde el punto de vista microestructural, basándose en que las

modificaciones sufridas se deben a los tiempos de reposo en cada ciclo de

atemperado.

19

II.9. JUSTIFICACIÓN

El secado convencional somete al sólido a calentamiento continuo, lo que

produce un estrés en el mismo y éste se manifiesta de diversas maneras. La más

notable es la formación de capas endurecidas externas, que constituyen una

verdadera barrera que impide el libre paso del agua hacia el exterior, afectando con

ello la calidad del producto final.

El principal interés de esta investigación es poner en evidencia que los cambios

estructurales y de los componentes bioquímicos del tejido de papa sometido a

secado, se modifican si éste se somete a periodos de reposo durante el proceso.

Basados en la premisa de que durante este tiempo de reposo, el perfil de humedad

se restablece, de manera que prevalecen condiciones de humedad en la superficie

del sólido parecidas a las iniciales, acelerando de este modo su eliminación desde el

interior.

La validez de esta información daría sustento a los resultados obtenidos para

los coeficientes de difusión de algunas investigaciones previas sobre productos

comestibles basadas en esta técnica, quienes aseguran que los procesos con ciclos

de atemperado presentan coeficientes difusivos similares a los obtenidos para el

secado de manera convencional, pero los tiempos efectivos de secado se reducen

hasta en un 50% en algunos casos, sin justificar sus resultados en la modificación

estructural que sufre el alimento.

20

II.10. HIPÓTESIS

El atemperado facilita la eliminación de humedad desde el interior de un cubo

de papa escaldado, cuando es deshidratado en un lecho fluidizado, debido a que el

diferencial de temperaturas que se genera durante este tiempo mantiene modificada

la estructura, además de que se favorecen interacciones entre los componentes

bioquímicos de la papa, lo que modifica la disponibilidad de la humedad para su

eliminación.

21

II.11. OBJETIVOS

II.11.1. OBJETIVO GENERAL

Evaluar el efecto que tienen los cambios estructurales de cubos de papa durante el

secado en lecho fluidizado convencional y con ciclos de atemperado sobre la

velocidad de difusión de humedad, el tiempo de secado y la calidad del producto final

y rehidratado, a través de microfotografías y calorimetría diferencial de barrido.

II.11.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Evaluar el proceso de secado con ciclos de atemperado analizando:

Las características físicas de los cubos de papas frescos, deshidratados y

rehidratados.

Los coeficientes de difusión obtenidos, en función de diferentes parámetros

operacionales.

Los cambios del almidón en los cubos de papa en función de los diferentes

esquemas, mediante calorimetría diferencial de barrido.

Los cambios estructurales del cubo de papa en función de las diferentes

condiciones de secado y de reposo, mediante observaciones realizadas con

microscopía electrónica de barrido.

La calidad del producto final, mediante la capacidad de rehidratación.

22

III. MATERIALES Y MÉTODOS

III.1. Estrategia experimental

El siguiente es un diagrama de bloques que muestra las actividades realizadas

durante el trabajo de laboratorio para cumplir con los objetivos planteados. Cada uno

de los pasos indicados se describen en los apartados III.5 y 6.

Curva de secado en lecho fluidizado con

Ciclos de atemperado

Esquema 5x10

Temperatura 70°C

Humedad final ~10%

Papa fresca

almidón superficial

eliminado

Humedad ~80%

CARACTERIZACIÓN FÍSICA

Contenido de humedad

Volumen de partícula

Encogimiento

Radio equivalente de partícula

Coeficiente de rehidratación

Porcentaje de humedad de la muestra

MICROSCOPÍA

Cambios en pared celular

Cambios en estructura de almidones

Formación de huecos internos

Formación de una costra endurecida

CALORIMETRÍA

Obtención de Cp

Obtención de ΔH

Obtención de Tg

Cubos de ~0.9 cm

de lado de papa

variedad alfa

obtenidos del centro

de la papa

(parénquima)

Papa escaldada en

metabisulfito de sodio

0.5% a 80°C por 5min.

y enfriados al chorro

de agua fría

*ANÁLISIS

Al inicio del proceso

Antes de cada reposo

Después de cada reposo

Al final del proceso

*ANÁLISIS

En esta condición

*A N Á L I S I S

Curva de secado en lecho fluidizado con

Ciclos de atemperado

Esquema 10x5

Temperatura 70°C

Humedad final ~10%

*ANÁLISIS

Al inicio del proceso

Antes de cada reposo

Después de cada reposo

Al final del proceso

Curva de secado en lecho fluidizado con

Ciclos de atemperado

Esquema 5x5

Temperatura 70°C

Humedad final ~10%

*ANÁLISIS

Al inicio del proceso

Antes de cada reposo

Después de cada reposo

Al final del proceso

Curva de secado en lecho fluidizado

Convencional

Temperatura 70°C

Humedad final ~10%

*ANÁLISIS

Al inicio del proceso

Al inicio del proceso

Al final del proceso

23

III.2. Materia prima

Papa variedad alfa.

III.3. Material de laboratorio y reactivos

Reactivos de grado analítico.

Material de uso común en el laboratorio.

III.4. Equipo experimental

Secador de lecho fluidizado de laboratorio, mostrado en la Figura 6. El

secador de lecho fluidizado consiste en un túnel de sección transversal

cuadrada de 0.2m por lado, construido de acero inoxidable, por donde

circula el aire (Figura 6. [3]).

En un extremo del ducto, se encuentra una reducción que permite colocar el

recipiente desmontable formado por un tubo de acrílico de 0.1m de

diámetro interno (Figura 6. [5]) con una malla en la entrada de No. 100

Figura 6. Esquema del secador de lecho fluidizado ubicado en el Departamento de Graduado de Alimentos E.N.C.B.-I.P.N.

24

(Figura 6. [4]) que tiene la función de recinto de secado. El aire es movido

con un ventilador trifásico de 1HP, que está conectado a un inversor de

frecuencia con el propósito de operar a diferentes velocidades de aire

(Figura 6. [2]). El sistema de calentamiento del aire es mediante un

quemador de gas LP (Figura 6. [1]). Los registros de las temperaturas se

realizan en la entrada de aire, es decir en el fondo del recinto y a la salida

del aire, en la parte superior del recinto de secado (Figura 6. [6]).

Calorímetro diferencial de barrido, PerkinElmer.

Microscópio Electrónico de Barrido marca Jeol, modelo JSM-5800LM.

Termoanemómetro digital marca TSI, modelo 8339-M.

Termómetro infrarrojo.

Termobalanza digital marca Brainweit, modelo MB300.

Balanza granataria digital marca Mettler Toledo, modelo PB302.

Vernier marca Pretul.

Cortadora de papas a la francesa marca Acosta-México.

Cronómetro.

Desecador.

Navaja.

III.5. Acondicionamiento de la muestra

La papa usada fue el tipo Alfa, como la que se muestra en la Figura 7, la cual

fue adquirida en un mercado local (Sam’s Club Tepeyac, envasado en bolsas de 2kg,

marca propia) lo cual asegura la frescura y calidad de la misma.

Figura 7. Papa variedad alfa, comprada en mercado local.

25

III.5.1. Reducción de tamaño

Las papas con cáscara, ya lavadas con agua y jabón, se cortan manualmente

en rebanadas de 0.9 cm de espesor usando una navaja y cada rebanada se corta en

cubos; ya cortadas se seleccionan los cubos del centro de la rebanada es decir, del

parénquima de almacenamiento y de la médula del tejido del tubérculo, ambos ya

que no se pueden separar, como se muestra en la Figura 8.

III.5.2. Eliminación de almidón superficial

Una vez cortada la papa en cubos, se realiza un enjuague bajo el chorro de

agua durante 1 minuto, agitando manualmente.

III.5.3. Proceso de escalde e inactivación enzimática

Se realiza un escalde a 80±2°C por 5 minutos en una solución acuosa de

metabisulfito de sodio al 0.5%, enfriando la muestra al chorro de agua fría (Morales,

2004).

III.5.4. Obtención de almidón aislado de tejido de papa

El aislamiento se realiza con modificaciones según la técnica descrita por Liu y

col. (2005).

Los cubos de papa frescos se enjuagan sumergiéndolos en una solución

acuosa de metabisulfito de sodio al 0.5% por 2 horas.

Los cubos se desintegran usando un extractor de jugo centrífugo.

Figura 8. Cubicado de papas. (a) Corte de la rebanada de papa, cuadrados de 0.9cm de lado. (b) Selección de los cubos internos de la rebanada de papa.

(a) (b)

26

El jugo obtenido debe ser suspendido en agua destilada, la pulpa tenderá a

flotar y el almidón aislado se deposita por acción de la gravedad en el

fondo del contenedor, se separan por decantación.

El extracto obtenido se deja reposar, con el fin de sedimentar, por 30

minutos. El almidón sedimentado se suspende en agua y los gránulos se

recuperan por filtración en una tela fina de nylon, este almidón se enjuaga

tres veces con agua destilada.

El almidón aislado se seca a temperatura ambiente. Ya deshidratado se

pasa por un tamiz malla 150 y se almacena en frascos de vidrio.

III.6. Caracterización de la muestra

III.6.1. Dimensiones características

Se considera como dimensión característica la longitud de cada lado de la

muestra medido directamente con un vernier. Las tres dimensiones del cubo de papa

se miden con un vernier, como lo muestra la Figura 9, se toman 10 cubos de manera

representativa para cada lote de proceso.

Figura 9. Dimensiones medidas en los cubos de papa analizados.

III.6.2. Contenido de humedad (X)

La determinación del contenido de humedad base seca de la papa antes y

después del secado, se realiza mediante una termobalanza, según la técnica oficial

32.1.03 (AOAC, 1995), en la cual se coloca el platillo, se tara, posteriormente se

colocan 2g de la muestra picada finamente, se exponen 90 minutos a una

temperatura de 90°C. El contenido de humedad de la muestra se lee directamente en

porcentaje. Esta determinación se hace para cada lote secado.

c

b

a

27

III.6.3. Volumen

El volumen de cada cubo de papa se determinó mediante el desplazamiento de de

aceite de girasol contenidos en una probeta de 100mL; se cuentan 10 cubos de

papa, se pesan y se adicionan. Se calcula el volumen de cada cubo según la

ecuación 1.

partículasdeNúmero

aceitededesplazadoVolumenV(t)partículaladepromedioVolúmen (1)

III.6.4. Encogimiento

El encogimiento se cuantifica según la técnica planteada por Lozano y col. (1983),

como el coeficiente de encogimiento aparente (Sb), a partir del volumen promedio al

inicio y en cualquier punto durante el proceso de secado, según la relación mostrada

en la ecuación 2.

0

bV

)t(VS (2)

Donde V(t), indica el volumen a un tiempo dado y V0, indica el volumen inicial de la

muestra. V(t) se calcula de acuerdo al procedimiento del apartado III.6.3.

El valor de Sb es igual o menor a la unidad, siendo cero un encogimiento absoluto

y la unidad representa un encogimiento nulo, si Sb presenta un valor mayor de la

unidad indicará un incremento del volumen (hinchazón) del producto.

III.6.5. Densidad aparente ( ap)

La densidad aparente de las muestras fue calculada para cada esquema de

secado, usando la ecuación 3.

tV

mp

apρ (3)

Donde mp es la masa de la papa deshidratada o rehidratada y V(t) de cada muestra,

es el volumen evaluado de acuerdo al procedimiento del apartado III.6.3. (Gögüs &

Maskan, 1998).

28

III.6.6. Radio equivalente de esfera (req)

Debido al encogimiento y deformación de los cubos durante el secado se

considera como dimensión característica el radio de esfera equivalente (req), que se

obtiene al igualar el volumen de los cubos de papa frescos o con un cierto grado de

deshidratación, que para este trabajo es el calculado de acuerdo al procedimiento del

apartado III.6.3., con el volumen de una esfera, despejando éste de la fórmula

general, como se muestra en la ecuación 4.

3eq

4

tV3r

π (4)

III.7. Determinación de la velocidad mínima de fluidización

La curva que relaciona la caída de presión (ΔP) en función de la velocidad

superficial (V) se construye de la siguiente manera:

1) Se colocan 0.210kg de cubos de papa escaldados que equivalen a un valor de

L/D (alto/diámetro) = 0.5 (Morales, 2004). Debido a que son sólidos de un

diámetro de partícula mayor de 1mm, es decir, difíciles de fluidizar e inestables en

lechos profundos, físicamente el diámetro del recinto de secado es de 0.1m, por

lo que el lecho corresponde a 0.05m de altura.

2) Se regula la velocidad del flujo del aire con el inversor de frecuencia, de manera

que se vaya aumentando de manera gradual la velocidad. Para este experimento

el aire debe estar a temperatura ambiente, es decir no se enciende el quemador.

3) Se toma la lectura de ΔP en un manómetro en forma de “U” que contiene agua,

conectado a la parte inferior y superior del recinto del secado a cada cambio de

velocidad realizado; también se mide la velocidad superficial, con ayuda de un

anemómetro digital, en la parte superior y en el centro del recinto de secado.

4) Se toman las lecturas de ΔP y velocidad superficial hasta que no exista variación

en la lectura de caída de presión con el incremento de la velocidad de aire y los

sólidos se encuentren en constante movimiento.

5) Se toman las mismas lecturas pero ahora partiendo de la velocidad más alta a la

más baja, sin detener la aireación y con el mismo lote de prueba.

29

6) Construir la gráfica de ΔP vs V, para obtener la curva de fluidización y determinar

la velocidad mínima de fluidización.

Debido al paso de aire durante el experimento, la muestra de papa puede sufrir

pérdidas de peso con respecto al peso inicial, si esta variación es <10% se puede

considerar despreciable, siempre y cuando sea constante en las replicas realizadas.

III.8. Construcción de las curvas de secado en lecho fluidizado

Se trabajó bajo las siguientes condiciones:

1) Se enciende el quemador de gas LP.

2) Se establece la velocidad del flujo del aire con el inversor de frecuencia.

3) Se regula la temperatura del aire de entrada a 70°C.

4) La velocidad superficial de operación del aire en la cámara de secado se

mantiene constante a 2Umf.

5) La altura de lecho empacado, debe tener una relación L/D = 0.5 (Morales,

2004). Debido a que son sólidos de un diámetro de partícula mayor de 1mm, es

decir, difíciles de fluidizar e inestables en lechos profundos (Kunii & Levenspiel,

1991).

6) Una vez establecidas las condiciones adecuadas para trabajar con el equipo, se

coloca la muestra en el recinto del secador.

7) La curva de secado se construye con la pérdida de peso registrada, usando

balanza granataria digital, a diferentes intervalos de tiempo. Es decir:

Donde:

X = humedad del sólido, base seca.

P(t) = peso de la muestra en un tiempo t.

Pss = peso de los sólidos secos de la muestra.

a. Para el análisis de la curva de secado convencional durante los primeros

30 minutos se pesa la muestra cada 3 minutos, posteriormente se realiza

cada 10 minutos hasta llegar una humedad final del 10%, ya que este

30

contenido de humedad es el mínimo necesario para preservar

apropiadamente un producto deshidratado.

b. Para la curva de secado con ciclos de atemperado las pesadas se hacen

cada minuto según la duración del ciclo, terminado el tiempo de aireación, la

muestra se coloca en el recipiente de atemperado (desecador) que es

hermético y se encuentra a temperatura ambiente (aprox. 20°C), transcurrido

el tiempo de atemperado la muestra se pesa nuevamente y se sigue con el

tiempo correspondiente de aireación. Esto se realiza hasta que la muestra

llegue a una humedad final del 10%, ya que este contenido de humedad es

el mínimo necesario para preservar apropiadamente un producto

deshidratado.

8) Para cada tiempo de aireación y de atemperado, se toma una muestra para su

análisis microscópico y una muestra final para su análisis por calorimetría.

De forma paralela se determina la humedad inicial de la papa, en una

termobalanza durante 90 minutos a 90°C.

III.9. Registro de temperatura del aire y de la superficie de la muestra

Para registrar la temperatura del aire de entrada en el recinto de secado se

coloca un termómetro de mercurio en la base de este, es decir, en el punto inferior

marcado como 6 en la Figura 6, y para el registro de la temperatura del aire a la

salida del recinto de secado se utiliza el termómetro incluido en el anemómetro y este

se ubica en el punto superior marcado como 6, en la salida del recinto de secado, en

la misma Figura 6. Ambos valores son temperaturas de bulbo seco.

La temperatura de la superficie de las muestras se registra mediante un

termómetro infrarrojo durante el tiempo de pesado, las cuales se encuentran

colocadas en una canastilla de pesado, lo que permite su medición a 10cm de

distancia y durante los primeros 10 segundos después de ser colocadas en dicha

canastilla.

31

III.10. Coeficiente difusivo (Deff)

Se calcula el valor promedio del coeficiente de difusión de humedad a través del

sólido en el período de velocidad decreciente de secado utilizando la ecuación de la

segunda ley de Fick para una geometría esférica, de la siguiente forma (Treybal,

1983):

1. De las curvas de secado se obtiene la zona que comprende al periodo de

velocidad decreciente de secado.

2. La solución de la ecuación de difusión de la segunda ley de Fick para un sólo

termino de la serie, considerando geometría esférica y equilibrio en la interfase

sólido-aire, se linealiza y se construye la gráfica de acuerdo a la ecuación 7.

tDR6

XX

XX

LnX6

Ln ef

2

eq

e0

e2

*2 π

ππ

(7)

Donde: X es la fracción de humedad base seca en cualquier tiempo.

X* es la fracción de humedad normalizada.

X0 es la humedad inicial.

Xe es la fracción de humedad final en equilibrio.

t es el tiempo.

Def el coeficiente difusivo.

Req es la media logarítmica del radio equivalente de esfera, según la

ecuación. 8.

1

2

12eq

R

RLn

RRR (8)

Donde: R2 es el radio de la muestra deshidratada.

R1 es el radio de la muestra fresca.

3. Mediante el trazo de la gráfica a partir de los datos experimentales, Ln(X*) vs t, se

obtiene una recta cuya pendiente es:

32

ef

2

eqD

R.m

π (9)

de donde se puede calcular el coeficiente de difusión, Def.

4. Los coeficientes de difusión efectivos obtenidos de los experimentos con ciclos de

atemperado se ponderan de acuerdo:

iief yDD (10)

donde:

Di = Coeficiente difusivo al final del ciclo.

producto el en humedad la de total Peso

ciclo el en pérdida humedad la de Peso yi (11)

III.11. Capacidad de rehidratación

Ranganna (1986), establece este método para la rehidratación de vegetales y

frutas deshidratadas, no es uno estándar para la medición de la rehidratación, pero

es sugerido por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos de

Norteamérica y consiste en colocar en un vaso se precipitados de 80 a 150 mL de

agua destilada y llevar a ebullición cubriendo con un vidrio de reloj. Adicionar de 2 a

10g de muestra y mantener a ebullición por 20 minutos. Posteriormente el material

rehidratado se debe filtrar y eliminar el exceso de humedad de la superficie con papel

filtro, colocarlo en papel aluminio y pesar.

Con los datos obtenidos se calcula el coeficiente de rehidratación basándose en

lo que reporta Lewiki (1996), quien propone un modelo de rehidratación en el cual se

ven involucrados dos índices con el fin de expresar la "capacidad de rehidratación",

el primer índice es:

Capacidad de absorción de agua:

)100()100(

)100()100(

ddoo

ddrr

sMsM

sMsMWAC

(5)

Donde:

WAC = Capacidad absorción de agua

M = masa

33

s = Contenido de sólidos secos (%)

Subíndices:

d = seco o = antes del secado r = rehidratado

Y el valor de WAC debe estar entre el intervalo:

0 ≤ WAC ≤ 1

El segundo índice es:

Capacidad de retención de los sólidos:

os

dM

rs

rM

DHC (6)

Donde:

DHC = capacidad de retención de los sólidos

M = masa

s = Contenido de sólidos secos (%)

Subíndices:

d = seco o = antes del secado r = rehidratado

El valor del índice DHC muestra la extensión del daño al tejido tratado y la

permeabilidad a los solubles. Tanto mas es el daño en el tejido, menor el valor del

índice.

Por lo que el intervalo queda:

0 ≤ DHC ≤ 1

Por lo tanto, estos índices expresan el daño ocurrido al tejido debido a la

deshidratación y el producto de ambos puede ser una medida de la habilidad del

producto a la rehidratación. Entonces, la Capacidad de Rehidratación (RA, por sus

siglas en inglés) es calculada con la siguiente fórmula:

RA = WAC•DHC

y el índice puede estar en el intervalo:

0 ≤ RA ≤ 1

La interpretación del valor de RA es sencilla, a un mayor daño del tejido el valor

de RA es menor.

34

III.12. Calorimetría Diferencial de Barrido

Las muestras analizadas son de la superficie y el centro del tejido, que se

extraen de los cubos al final del secado convencional y con ciclos de atemperado,

como se muestra en la Figura 10.

Figura 10. Cortes realizados en el cubo de papa fresca y deshidratada, para su análisis en el DSC.

Se siguieron las condiciones ensayadas por Liu & Yada (2005), donde las

muestras de almidón se llevan a un exceso de humedad del 70%, dejando un tiempo

de reposo de 2 horas para una humectación uniforme, con una velocidad de

calentamiento del calorímetro de 10°C min-1 desde 5 hasta 130°C, sin un tiempo de

estabilización previo, utilizando como referencia una celda vacía, con el fin de

cuantificar el contenido de almidón nativo, expresado con un pico transición

correspondiente a la gelatinización del mismo.

El procedimiento general para el análisis calorimétrico es el siguiente según la

técnica propuesta por Pilosof & Bartholomai (2000):

1. El procedimiento de calibración, debe ser llevado a cabo en las mismas

condiciones experimentales a las que luego se someterá la muestra. Se deben

pesar de 10-20 mg de muestra (con una precisión de 0,01 mg).

2. La muestra a utilizar debe ser recientemente deshidratada (24±2 horas),

homogénea y representativa del total, para ello la muestra se muele y tamiza

(malla 100) con el fin de conseguir dicha condición.

Si la muestra es del tejido fresco o escaldado, sólo se usa una rebanada muy

delgada de este, que correspondan a la superficie y al centro.

1 centro

6 superficies

35

3. La muestra se coloca en la base de una cápsula de tipo hermético, asegurando

cubrir la totalidad de la superficie.

4. Se coloca cuidadosamente la tapa de la cápsula, se determina la masa de

muestra húmeda y se procede a su cerrado hermético. Esta operación se realiza

bajo condiciones ambientales normales.

5. Como referencia se emplea una cápsula vacía.

6. Se realizan las corridas definitivas, al menos por duplicado.

7. Al finalizar cada corrida debe pesarse nuevamente la cápsula, la corrida se

descarta si se detecta una pérdida de masa de muestra superior al 1% del valor

original.

Para el cálculo de los parámetros térmicos que ofrece el termograma existen

dos métodos principales, el matemático a partir del mismo termograma y que puede

ser calculada mediante la metodología descrita por Pilosof & Bartholomai (2000) o el

análisis que hace el software propio de la computadora con el objetivo de conocer la

entalpia, la capacidad calorífica y la temperatura de transición vítrea de cada una de

las muestras.

III.13. Microscopía Electrónica de Barrido

La técnica que se llevó a cabo es la utilizada en la Central de Microscopía de la

E. N. C. B. para el Microscopio Electrónico de Barrido (MEB):

1. Obtención de las muestras. Tomadas de dos secciones del cubo de papa

deshidratado; sin considerar la deformación que sufren estos, se toman la parte

superior de la muestra y la parte central, para poder observar la superficie de la

misma, procurando que siempre sean de la misma sección, como lo muestra la

Figura 11.

2. Fijación. Las muestras obtenidas se fijan con una solución de glutaraldehído al

3% durante dos horas. Esta solución es encargada de fijar las proteínas

contenidas en el material de estudio.

36

3. Lavados. Se deben hacer lavados con solución amortiguadora, esta solución se

encarga de regular los cambios osmóticos y de eliminar el exceso de fijador de la

muestra. Se deben hacer 3 lavados de 10 minutos cada uno con dicha solución.

En este punto la técnica se puede detener siempre y cuando las muestras se

mantengan a una temperatura de 4°C.

4. Post fijación. Las muestras son fijadas con una solución de tetraóxido de osmio

al 1% por 1 hora. Esta es una fijación que se realiza principalmente a los lípidos

contenidos en la muestra, además de que con el metal de la solución se provee a

la muestra de un cierto nivel de conductividad.

5. Lavados. Se deben hacer lavados con solución amortiguadora, esta solución se

encarga de regular los cambios osmóticos y de eliminar el exceso de fijador de la

muestra. Se deben hacer 3 lavados de 10 minutos cada uno con dicha solución.

En este punto la técnica se puede detener siempre y cuando las muestras se

mantengan a una temperatura de 4°C.

6. Deshidratación. Este proceso se lleva a cabo con soluciones de etanol-agua

destilada a diferentes concentraciones con el fin de disminuir paulatinamente el

Figura 11. Secciones de corte de las muestras de cubos de papa para la observación por microscopio electrónico de barrido. (a) Sección exterior, denominada superficie. (b) Sección interior, denominada centro.

Corte a 1/2 de la altura

(b)

Superficie de observación

Corte a 1/4 de la altura

(a)

Superficie de observación

37

contenido de humedad de la muestra hasta su eliminación. Lo anterior se logra

lavando las muestras con soluciones que van desde el 10%v-v hasta el 100%

(alcohol absoluto). Las muestras se mantienen en cada solución por 15 minutos

de manera progresiva de concentración hasta una concentración del 90%, para

los lavados con el alcohol absoluto se manejan condiciones diferentes, ya que se

hacen tres lavados de 20 minutos de duración, para asegurar la eliminación de

cualquier contenido de humedad.

7. Deshidratación a punto crítico. En este punto las muestras se someten a una

atmósfera rica en CO2 con el fin de que, por sustitución, se elimine todo el alcohol

contenido en la muestra; basados en el principio de que en un punto crítico existe

una combinación de temperatura y presión (31°C/73atm) donde la densidad de la

fase liquida es igual a la densidad de la fase vapor, de esta manera se elimina a

la fase límite entre las dos que es la responsable de generar las fuerzas de

tensión superficial que causan la deformación de la muestra, en este caso se

hablaría del desplazamiento del alcohol en el cual se encuentra embebida la

muestra. Esto es necesario ya que la muestra será sometida a bajas presiones

(vacío) y cualquier indicio de humedad puede dañar la columna de electrones del

microscopio. Las muestras obtenidas en este punto deben ser almacenadas en

un desecador ya que adquieren una naturaleza frágil, además de que pueden

rehidratarse.

8. Montaje. Las muestras en este punto son fijadas usualmente en una base

metálica (cobre) que tiene un pegamento conductivo.

9. Cubierta. Las muestras ya montadas en la base son cubiertas con una capa

metálica usando una técnica evaporativa, en la cual un metal pesado (mezcla de

oro-paladio) es sublimado a bajas presiones y a altas temperaturas, donde el

vapor metálico se asperja sobre la muestra de manera que se forme una capa de

espesor (micrométrico) uniforme.

Finalmente cada una de las muestras así tratadas son observadas en el MEB a

diferentes aumentos (18X, 30X, 60X, 150X y 500X) con el fin de tener la suficiente

evidencia, desde una vista panorámica de la muestra hasta un aumento que permite

38

observar claramente las estructuras del tejido celular, estableciéndose que el

aumento de 150X es el más útil ya que aqui se logran ver las estructuras de manera

adecuada (Aguilera & Stanley, 1990). Estas observaciones se realizan en las dos

zonas en las que se observa la mayor deformación (Figura 12), el centro geométrico

que es dado por el equipo y en la esquina inferior derecha, fijándose estas como las

mejores zonas de observación.

Cada una de las imágenes tomadas es analizada y caracterizada mediante el

valor medio obtenido de un área constante (24,000 pixeles) usando un programa de

computo denominado ImageJ (Figura 13) el cual es un procesador y analizador de

imágenes basado en Java que se encuentra libre en internet

(http://rsb.info.nih.gov/ij/).

Este programa utiliza unidades arbitrarias para la cuantificación de luminosidad

de una imagen (color o blanco y negro), con el fin de tener diversas aplicaciones

mismas que se aprovechan en las fotografías proporcionadas por el MEB las cuales

se basan en este mismo principio, es decir, a un valor mayor de luminosidad se tiene

una superficie más homogénea o lisa, mientras que para un valor menor de

luminosidad se tienen oquedades en la muestra fotografiada.

Figura 12. Zonas especificas de observación en el MEB, a diferentes aumentos del campo visual.

39

Figura 13. Ejemplo del ambiente del programa ImageJ.

III.14. Análisis estadístico

Se realizó un análisis estadístico a los valores obtenidos usando una prueba

ANOVA de una vía, con un coeficiente de confianza del 95% (p ≤ 0.05), utilizando

una hoja de cálculo del programa Excel de Microsoft Office 2007.

40

IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

IV.1. Caracterización física de los cubos de papa frescos y deshidratados

En los Cuadros siguientes se muestran en forma comparativa los resultados

obtenidos de la caracterización de las muestras.

La primera medición realizada fueron las dimensiones físicas de los cubos de

papa según la metodología descrita en la sección III.6.1. Esta medida se tomó en las

partículas frescas, de las obtenidas en cada lote secado y de las correspondientes

rehidrataciones. En el Cuadro 1 se presentan los resultados del promedio aritmético

correspondiente a tres réplicas, los datos completos de muestran en los Anexos del I

al VIII.

Cuadro 1. Dimensiones características de los cubos de papa frescos, escaldados y deshidratados de manera convencional y con ciclos de atemperado a 70°C.

Tratamiento Dimensiones (cm)

a b c

Frescos 0.8635±0.0184 0.8565±0.0182 0.8419±0.0348

Escaldados 0.8577±0.0240 0.9177±0.0181 0.8097±0.0672

Convencional

Sin escalde Secos 0.7428±0.0083 0.7466±0.0226 0.5971±0.0449

Rehidratados 0.7870±0.0105 0.7543±0.0222 0.6350±0.0111

Escaldados Secos 0.7210±0.0885 0.7453±0.1025 0.5363±0.0143

Rehidratados 0.7466±0.0226 0.7428±0.0083 0.5971±0.0449

Atemperado 5X5 Secos 0.5580±0.0190* 0.5590±0.0288* 0.4150±0.0140*

Rehidratados 0.6947±0.0045* 0.6930±0.0026* 0.5017±0.0227*

Atemperado 5X10 Secos 0.6190±0.0236 0.6170±0.0200 0.5033±0.0207

Rehidratados 0.7413±0.0121 0.7357±0.0106 0.6110±0.0442

Atemperado 10X5 Secos 0.5817±0.0266 0.5720±0.0141 0.6360±0.2401

Rehidratados 0.7500±0.0174 0.7400±0.0151 0.6307±0.0265

*Diferencia significativa (p<0.05).

41

En general se obtuvieron cubos de papa fresca, con dimensiones promedio de

0.85 cm por lado, después del proceso de escaldado estas dimensiones aumentaron

alrededor del 5.5%, debido probablemente a la incorporación del agua al tejido.

Los valores presentados para las dimensiones de los cubos deshidratados

convencionalmente sugieren que son debidos, en primer lugar, al endurecimiento

superficial del tejido durante el secado en condiciones severas lo que hace rígida la

estructura externa evitando el colapso estructural, pero también evita la salida de

humedad de la muestra, estas condiciones generan diferenciales en las presiones

parciales internas del tejido lo que origina la formación de oquedades internas con el

fin de establecer el equilibrio, por lo tanto se daña de manera irreversible la

estructura interna del cubo y teniendo posteriores efectos en la capacidad de

rehidratación del mismo.

En segundo lugar se puede aseverar que los volúmenes alcanzados por la

muestras deshidratadas con ciclos de atemperado son sensiblemente menores a los

alcanzados por los cubos deshidratados convencionalmente, debido a que la

estructura sufre un reacomodo durante los tiempos de reposo como consecuencia

del restablecimiento del perfil de humedad, evitando la formación de estructuras

superficiales rígidas ya que se favoreció la salida de manera homogénea de

humedad y así mismo se evitó el colapso estructural, lo que se traduce

posteriormente en mejores capacidades de rehidratación, Cuadro 3.

Aguilera & Stanley (1990) aseguran que ciertas condiciones de secado, bajas

temperaturas y velocidades de secado, evitan la formación de capas superficiales

endurecidas por lo que se tienen estructuras con tamaños más homogéneos y esto

se confirma para las dimensiones obtenidas para las muestras deshidratadas con

ciclos de atemperado, Cuadro 1, donde el esquema 5X5 presenta diferencia

significativa con respecto a los otros dos esquemas de atemperado siendo esta la

condición menos severa ya que existe un equilibrio entre el tiempo de reposo y el

tiempo de aireación.

El Cuadro 2, presenta los valores encontrados para el contenido de humedad

de las muestras analizadas, donde se corrobora que después del proceso de

42

escaldado las dimensiones de los cubos aumentan debido a la incorporación de

humedad.

Cuadro 2. Contenido de humedad de los cubos de papa frescos, escaldados y deshidratados de manera convencional y con ciclos de

atemperado a 70°C.

Tratamiento Contenido de humedad (%)

Frescos 79.65±3.80

Escaldados 84.29±1.58

Convencional

Sin escalde Secos 6.49±4.23

Rehidratados 71.57±4.20

Escaldados Secos 7.04±3.09

Rehidratados 79.94±8.53

Atemperado 5X5 Secos 5.43±0.39

Rehidratados 87.96±3.34

Atemperado 5X10 Secos 6.03±1.44

Rehidratados 79.59±4.89

Atemperado 10X5 Secos 5.36±1.56

Rehidratados 78.58±5.02

Mayor & Sereno (2004), Aguilera (1990) y Krokida & Marinos-Kouris, (2003)

indican que un menor volumen, después del proceso de deshidratación, corresponde

a condiciones drásticas de proceso también indican que el cambio de volumen

durante el secado se relaciona con el cambio estructural del tejido, como parte de

esas condiciones previas al secado se tiene al escaldado, para el caso de esta

investigación se tienen las muestra sin escalde y la escaldada, ambas deshidratadas

convencionalmente, las cuales presentaron valores pequeños en las dimensiones y

las consecuentes medidas obtenidas; también el volumen de las muestras

atemperadas es mayor que el de las muestras deshidratadas de manera

convencional, ambas muestras escaldadas, corroborando que las condiciones de

deshidratación, al ser diferentes, influyen en la estructura final, estos datos se

43

muestran en el Cuadro 3, todas estas mediciones están íntimamente relacionadas

con lo discutido anteriormente para las dimensiones de los cubos de papa

analizados.

Cuadro 3. Resumen de resultados obtenidos para la caracterización física de los cubos de papa frescos, escaldados y deshidratados de manera convencional y con ciclos de

atemperado a 70°C.

Tratamiento Volumen (cm3)

Radio equivalente

(cm)

Densidad (g/cm3)

Encogimiento (Sb)

Frescos 0.8367±0.0153 0.5845±0.0036 0.9595±0.0730 1.0000

Escaldados 0.9233±0.0321 0.6040±0.0070 0.8451±0.0329 1.1035

Convencional

Sin escalde Secos 0.1133±0.0058 0.2910±0.0054 1.4828±0.0503 0.1235

Rehidratados 0.3400±0.0173 0.4329±0.0074 1.1439±0.0689 0.4064

Escaldados Secos 0.1033±0.0057 0.3002±0.0051 1.3639±0.0848 0.1355

Rehidratados 0.3333±0.0289 0.4299±0.0126 1.1180±0.0325 0.3984

Atemperado 5X5 Secos 0.1083±0.0029 0.2957±0.0026 1.3256±0.0525 0.1295

Rehidratados 0.2567±0.0404 0.3935±0.0205 1.1962±0.1404 0.3068

Atemperado 5X10 Secos 0.1400±0.0200 0.3216±0.0154 1.2413±0.0212 0.1673

Rehidratados 0.3033±0.0057 0.4168±0.0026 1.1680±0.0558 0.3625

Atemperado 10X5 Secos 0.1467±0.0153 0.3269±0.0115 1.1249±0.0631 0.1753

Rehidratados 0.3333±0.0153 0.4167±0.0070 1.2312±0.0276 0.3625

El radio equivalente es un valor que proviene de la relación que expresa el

volumen de la partícula, este volumen se considera equivalente al de una esfera para

poder aplicar las ecuaciones de Fick y calcular el coeficiente de difusión en dichas

condiciones, por lo que este valor presenta el mismo comportamiento que el

analizado para el volumen de la partícula.

El Cuadro 3 indica que todas las muestras, secas y rehidratadas, tienen una

densidad aparente mayor que la muestra fresca y la escaldada, Anderson y col.,

(1994) y Witrowat & Lewicki (2006) indican que la densidad aparente de un tejido

deshidratado está íntimamente relacionado el encogimiento afectando de manera

directa la difusión interna de humedad y por lo tanto a la velocidad de deshidratación

44

ya que forma impedimentos físicos, debido a una compactación celular, y esta

condición se manifiesta claramente en las muestras deshidratadas de manera

convencional, ya que tienen una densidad mayor que las deshidratadas con ciclos de

atemperado, dicha compactación es la que afecta el proceso de secado y así mismo

el de rehidratación, los autores también indican que además se puede modificar el

pH, el potencial redox y la fuerza iónica de un material, y estas propiedades que

afectan la estructura terciaria y cuaternaria de los biopolimeros, la cristalización de

compuestos de bajo peso molecular y aumenta la viscosidad del sistema que en

conjunto modifican el valor de densidad del tejido.

Mayor & Sereno (2004) y Krokida & Marinos (2003) indican que la velocidad de

eliminación de humedad está íntimamente ligada al cambio en el volumen, y para el

análisis de coeficiente de encogimiento se tiene el caso de los cubos de papa

escaldados donde el valor estimado es mayor que la unidad, lo que indica un

proceso de hinchamiento, que se lleva a cabo durante el proceso de escaldado, esta

incorporación de humedad equivale al 9.4% de aumento con respecto al volumen de

la muestra fresca, lo que tiene efectos positivos en la velocidad de eliminación de

humedad ya que al incrementar el volumen las estructuras celulares se rompen y la

humedad puede eliminarse más fácilmente. El resto de los datos tienen misma la

tendencia analizada para el volumen de los cubos, ya que el valor de encogimiento

es una relación directa de los valores de volumen.

Por lo que de manera general se tiene que las condiciones de deshidratación

con tiempos de reposo, modifican sensiblemente las características finales de los

cubos de papa deshidratados, teniendo como característica principal un menor

volumen y una mayor densidad final para los cubos deshidratados de manera

convencional con respecto a los deshidratados con ciclos de atemperado.

IV.2. Determinación de la velocidad mínima de fluidización

La Figura 14 indica en qué punto se tiene la velocidad mínima de fluidización,

se representa el promedio aritmético de cinco replicas, los datos a partir de los

cuales se construyó se encuentran en el Anexo III.

45

Figura 14: Evaluación de la velocidad mínima de fluidización. Los valores dibujados son el promedio aritmético de cinco réplicas.

Las líneas punteadas trazadas en la gráfica de la Figura 14, son la

representación del cambio de la caída de presión debida a la altura del lecho,

conforme la velocidad del gas que pasa a través del recinto de secado aumentó. La

primera parte, donde hay una variación lineal de P con respecto a V, indica el lecho

empacado, una vez que la curva indica que ya no hay incremento en la caída de

presión con el aumento en la velocidad de paso del aire la curva refiere a un lecho

fluidizado. Con la idea de tener una mejor evidencia del valor de Umf, se construyen

dos curvas una partiendo de un lecho empacado al azar y aumentando la velocidad

de paso del aire y la otra se construye disminuyendo la velocidad de paso del aire,

partiendo de un lecho fluidizado. Al trazar dos líneas tangentes (líneas punteadas) a

los lados de la curva de regreso, es decir donde se disminuye la velocidad de paso

del aire y al intersectarse indican, en el eje de las ordenadas, el valor para la

Velocidad Mínima de Fluidización (Umf), que es igual a Log(0.9) es decir 7.94 m/s.

Debido a que ningún lecho fluidiza en el valor de Umf, prácticamente se opera

un valor múltiplo de esta velocidad, para este trabajo la velocidad de operación de los

experimentos de secado se fijó en 2Umf, este valor se fijó en una velocidad de flujo

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Lo

g

P (

mm

de

H2O

)

Log V (m/s)

VELOCIDAD CRECIENTE

VELOCIDAD DECRECIENTE

46

superficial de 15.40m/s, con 705 rpm y 25 Htz como parámetros de trabajo

adecuados para el equipo y un peso de la muestra de 0.210kg.

IV.3. Construcción de las curvas de secado

Con el fin de tener parámetros de comparación con respecto al efecto del

escaldado en la velocidad de secado, se realizaron pruebas de secado con muestras

frescas (sin tratamiento) y muestras escaldadas según la propuesta mencionada en

la metodología. La grafica obtenida del tratamiento matemático de tres replicas se

muestra en la Figura 15 y los datos para su construcción se encuentran en los

Anexos IV y V.

Figura 15. Curvas de secado convencional de cubos de papa escaldados y sin escaldar, en lecho fluidizado a 70°C. Barras de error: desviación estándar de 3 replicas.

En la Figura 15 se observa que la curva propia de la escaldada promueve la

salida de la humedad haciendo más notable esta diferencia después de los primeros

12 minutos de aireación, y se tiene una reducción en los tiempos de aireación de los

cubos escaldados de aproximadamente 22%, con respecto a los cubos de papa sin

escaldado. Los datos obtenidos concuerdan con lo reportado por Arévalo-Pinedo y

col. (2007), Lisinska & Golubowska (2005) y Aguilera & Stanley (1990) donde

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 20 40 60 80 100

Hu

me

dad

ad

ime

nsi

on

al

Tiempo (min)

Escaldado

Sin escalde

X−Xe

X0−Xe

47

aseguran que algunos pretratamientos, como el escaldado, mejoran la salida de la

humedad en las muestras sometidas a deshidratación, debido a que las estructuras

externas de las células de tejido vegetal son parcialmente dañadas durante el

escaldado, las sustancias pécticas se reducen por el calentamiento, los compuestos

químicos solubles en agua son parcialmente solubilizados y algunas de las proteínas

son desnaturalizadas dentro de ellas algunas de las enzimas son inactivadas, por lo

comprobado por Morales (2004) en su investigación.

Observando detalladamente la gráfica de la Figura 15, se puede apreciar en

ambos experimentos un primer periodo de secado constante (Gögüs & Maskan,

1998; Perré & May, 2007) el cual termina cuando las curvas comienzan a separarse,

alrededor de los 9 minutos, esto indica que el escaldado afecta la estructura del cubo

de papa, lo que trae como consecuencia un aumento en la velocidad de secado, que

para este experimento la diferencia es de 20 minutos para llegar a un contenido

similar de humedad final.

Por lo que se confirma que el escaldado produce un primer cambio estructural

que beneficia la salida de la humedad de la muestra, debido a que según lo

reportado por Lisinska & Golubowska (2005), Bartolome & Hoff (1972), Magee &

Wilkinson (1992) y Anderson y col. (1994), las estructuras externas de las células de

tejido vegetal son parcialmente dañadas, así como las sustancias pécticas se

reducen por el calentamiento y algunas de las proteínas son desnaturalizadas; este

pretratamiento produce complejos formados en la pared celular de dichas sustancias

y los iones de Na+ y Ca++, ya que se utilizo para el escaldado metabisulfito de sodio,

que benefician la salida de humedad de la muestra debido a la modificación en la

pared celular y en algunos casos también por la ruptura del tejido celular. Por lo que

en el resto del trabajo se utilizó el escalde como pretratamiento teniendo como

beneficio la mejora en la eliminación de humedad.

Las curvas obtenidas del promedio artimético de tres replicas para los

tratamientos con ciclos de atemperado, se muestran en la Figura 16 y los datos de

las cuales fueron construidas se encuentran en los Anexos VI, VII y VIII.

En la Figura 16, se puede observar que alrededor de los 100 minutos de

proceso de secado con ciclos de temperado, la humedad es aproximadamente del

48

10%, y en la Figura 17, se observa como sólo considerando los tiempos de aireación

efectivos, se evidencia que los ciclos de atemperado reducen los tiempos de

aireación aunque no el tiempo total de proceso.

Figura 16. Tiempos totales de proceso para secado convencional y tres diferentes esquemas de atemperado de cubos de papa en lecho fluidizado a 70°C. Promedio aritmético de 3 replicas.

Figura 17. Tiempos de aireación efectiva para el secado de cubos de papa en lecho fluidizado a 70°C con diferentes esquemas de secado. Promedio aritmético de 3 replicas.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0 20 40 60 80 100 120 140

Hum

edad a

dim

ensio

nal

tiempo (min)

5x5

5X10

10X5

Convencional

X−Xe

X0−Xe

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Hum

edad a

dim

encio

nal

tiempo (min)

5X5

5X10

10X5

Convencional X−Xe

X0−Xe

49

Los resultados concentrados en el Cuadro 4 y lo que se observa en las Figuras

16 y 17, coinciden con lo que reportan Tolaba y col. (1999) para maíz, Pan y col.

(1999) para zanahoria, Chen & Wu (2000) para arroz entero y Anaya y col. (2003)

para frijol quienes observaron el mismo comportamiento de aumento en los tiempos

totales de proceso, pero una reducción en los tiempos de aireación de las muestras

deshidratadas en este tipo de secador y con este tipo de esquemas de

deshidratación, estos datos se obtienen por diferencias directas de los datos

mostrados en los Anexos VI, VII y VIII.

Cuadro 4. Tiempos totales de proceso y de aireación para cubos de papa escaldados y deshidratados en lecho fluidizado a 70°C de manera

convencional y con tres esquemas de atemperado para alcanzar el mismo contenido de humedad final (10%).

Esquema

Tiempo total

de proceso

(min)

Tiempo de

aireación

(min)

Ahorro de

tiempo de

aireación (%)

Ciclos del

esquema

Convencional 70 70* --- ----

5 X 5 95 50 29 10

5 X 10 125 46* 34 9

10 X 5 90 60 14 6

*Diferencia significativa (p<0.05).

IV.4. Registro de temperaturas durante el secado de cubos de papa

El registro de temperaturas durante el proceso de secado es de importancia, ya

que el incrmento de estas durante todo el proceso tiene un efecto directo en la

modificación estructural del material. Gögüs & Masak (1998), Iyota y col. (2001)

consideran que la temperatura aumenta en el aire y en la muestra durante todo el

proceso, lo que causa la gelatinización parcial del almidón, durante este tiempo

absorbe agua, lo que favorece la formación de gradientes de humedad en la

muestra, lo que modifica la velocidad de difusión de humedad y por lo tanto de la

velocidad de secado, por lo que es relevante considerar que durante el tiempo de

50

reposo las condiciones de temperatura y humedad pueden favorecer estos cambios

en el almidón.

Durante las primeras etapas del secado, la humedad se evapora desde o muy

cerca de la superficie de la muestra, al mismo tiempo la humedad se mueve desde el

interior hacia la superficie contrarrestando la diferencia de concentraciones creada

por la evaporación. Durante el movimiento del agua en algunas secciones de la

muestra, la velocidad de flujo interna es mayor que la velocidad de evaporación, este

flujo interno es atribuido, a la salida del agua la absorcion de agua del almidón

gelatinizado y que sale gradualmente por el efecto del encogimiento y la formación

de una capa endurecida, los cuales cambian la velocidad de secado.

El registro de temperaturas superficiales de las muestras analizadas en el

laboratorio antes de colocar la muestra en el recinto de secado, Figura 18, indican

que a partir de esta punto ya durante el proceso de secado, el aumento fue gradual

cuando los cubos fueron deshidratados de manera convencional, durante los

primeros 12 minutos de secado. Posteriormente la temperatura superficial se

mantuvo prácticamente constante durante 18 minutos hasta llegar a los 30 minutos

de proceso y posteriormente aumentó hasta aproximadamente 68°C a los 70 minutos

de proceso cuando este acabó.

Figura 18. Temperaturas del aire y de la superficie de cubos de papa, durante el secado convencional a 70°C. Barras de error: desviación estandar de tres replicas.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70

Te

mp

era

tura

(C

)

tiempo (min)

AIRE

MUESTRA

51

Estos resultados indican que la muestra sufre cambios tales, en los primeros 30

minutos de proceso y así mismo el aire sufre una variación importante de

temperatura durante los primeros minutos de proceso; en los primeros 3 minutos la

temperatura a la salida del secador baja aproximadamente 40°C debido a la

diferencia de temperaturas entre el aire y el material fresco y este se recupera hasta

el minuto 15 siendo constante por el resto del proceso, y este comportamiento indica

según Gögüs & Masak (1998) la presencia de un periodo de secado constante

manifestado como la eliminación de humedad a una vemocidad mayor.

Las variaciones sufridas en la temperatura del aire a la salida del secador

durante el secado con ciclos de atemprado se analizan a continuación.

Para el esquema de atemperado 5X5 la temperatura del aire a la salida del

secador sufrió algunas modificaciones, como se observa en la Figura 19.

Figura 19. Registro de temperaturas del aire a la salida del recinto de secado durante la deshidratación de cubos de papa en un lecho fluidizado a 70°C con tres diferentes esquemas de atemperado. Barras de error: desviación estándar de 3 replicas.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100 120

Tem

per

atu

ra (

°C)

Tiempo (min)

5X5

5X10

10X5

52

En un inicio del esquema 5X5, la temperatura de salidad del aire del secador en

equilibrio termodinámico, bajó de 70ºC hasta aproximadamente 38ºC, generando un

diferencial de 32ºC, este equilibrio logra recuperarse por completo hasta después de

aproximadamente 30 minutos, lo que indica que el aire debia ceder calor para llevar

la temperatura del sólido hasta una de equilibrio, llevándose a cabo una eliminación

de humedad al mismo tiempo. Dicha temperatura se mantuvo estable hasta el final

del proceso.

La gráfica de la misma Figura 19, indica que en las primeras etapas, la muestra

no sufre un choque termico intenso ya que hasta el minuto 15 se da la primera

diferencial de temperaturas importante que es de aproximadamente 25ºC y que se

mantiene por el resto de los seis ciclos tratados hasta el fin de la operación.

Para el caso de las variaciones del aire de trabajo del esquema 5X10 que se

muestra en la Figura 19, se observa que el ascenso de la temperatura es gradual,

alcanzandose la temperatura de trabajo hasta finales del tercer periodo de aireación.

Posteriormente el aire se recupera con algunas dificultades esto es debido,

probablemente, a que el diferencial de temperatura que sufre la muestra es mayor

que el presentado por el esquema 5X5, alrededor de 30ºC, y para regresar a estas

condiciones se requiere de mayor energía inicial.

Para el caso del perfil de temperaturas del aire del esquema de atemperado

10X5, mostrado en la Figura 19, se parte de una temperatura del aire de 69ºC en

promedio y ya con la muestra en el recinto de secado la temperatura baja hasta 43ºC

durante el primer minuto de aireación logrando llegar hasta los 64ºC al final de los 10

minutos de aireación, siendo el primer diferencial de temperatura durante el reposo

de 8°C aproximadamente. La temperatura de trabajo se alcanza hasta finales del

segundo ciclo de aireación, es decir a los 25 minutos de proceso, los diferenciales en

la temperatura se mantienen en 8°C aproximadamente recuperandose casi por

completo en cada ciclo.

En la Figura 20 se muestran los resultados de las evaluaciones de la

temperatura superficial de las muestras durante el proceso de secado, los cubos

utilizados son escaldados. En primer lugar se analiza al esquema de 5x5, se observa

que al ser los ciclos tan cortos, la temperatura en los primeros cinco minutos de

53

calentamiento aumenta aproximadamente 20ºC y que al momento del primer

atemperado baja 6ºC.

Figura 20. Registro de temperaturas en la superficie de cubos de papa durante su deshidratación en un secador de lecho fluidizado a 70°C con tres diferentes esquemas de atemperado. Barras de error: desviación estándar de 3 replicas.

La muestra deshidratada con atemperado de 5x10 muestra una variación

importante en la caída de temperaturas superficiales durante el atemperado, como lo

indica la Figura 20. En el primer ciclo de atemperado la caída de temperaturas es de

aproximadamente 6ºC, pero que la muestra al estar en reposo se redistribuye el calor

internamente y por lo tanto la humedad, comparada con el esquema de 5X5, lo que

se refleja en el siguiente periodo de atemperado en el cual la muestra tiene un

diferencial de temperatura de 20ºC aproximadamente, que es un incremento de 3

veces el primero, lo que un mayor estrés debido al choque térmico. Posteriormente

en el tercer periodo se alcanza una diferencia de 30ºC en las temperaturas, la cual se

mantiene así por los siguientes 6 ciclos que completan el proceso. Hasta el tercer

periodo de aireación la muestra ha perdido el 46% de humedad coincidiendo en que

en este tiempo se alcanza la temperatura de trabajo del aire, como lo muestra la

Figura 19.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100 120 140

Tem

pe

ratu

ra (°

C)

Tiempo (min)

5X5

5X10

10X5

54

En este punto se puede considerar que el almidón contenido en la muestra

puede sufrir algunas modificaciones ya que tiene más del 50% de humedad y

temperatura adecuada que son condiciones necesarias para asociarse con el agua y

formar una costra que impida la salida de humedad de la muestra, además que el

tiempo de atemperado es el doble que el que presentó el esquema anterior (5X5) lo

que da un mayor tiempo para el equilibrio y las interacciones antes del siguiente

periodo de aireación.

Para el esquema de secado de 10X5 las condiciones iniciales son más

drásticas que para el resto de los esquemas tratados (5X5 y 5X10), Figura 20. En

este caso la muestra sufre un calentamiento durante el doble del tiempo al inicio del

secado por lo que la temperatura media es 48ºC al momento de llegar al primer

periodo de atemperado, siendo 66% más alta comparada con los esquemas

anteriores donde la temperatura máxima fue de 28ºC, dándose por lo tanto una

diferencia de temperaturas para este esquema de aproximadamente 12ºC que es el

doble del valor registrado para los otros dos.

Lo anterior indica un estrés mayor en la superficie de la muestra y una retención

de calor sensible más alta, por lo que aquí se observa que en el segundo ciclo de

aireación (25 minutos de proceso) prácticamente se alcanza la temperatura del aire,

es decir a los 10 minutos de aireación con un valor de contenido de humedad del

54%.

En lo anterior se observan claramente diferencias entre las condiciones de

secado de los cubos de papa que inciden fuertemente en las temperaturas del aire y

por consiguiente en las temperaturas del la muestra, lo que tiene efectos en las

características de sus componentes, en este caso el almidón.

IV.5. Coeficiente difusivo (Deff)

Como ya se ha mencionado, una de las ventajas de usar ciclos de atemperado,

es iniciar cada curva de secado en condiciones similares a las iniciales en el

contenido de humedad superficial, pero con contenidos de humedad totales cada vez

menores, por lo que la contribución del coeficiente de difusión efectivo de cada

periodo será diferente en función del contenido de humedad, por ello se considera

55

necesario ponderar cada valor de difusión justamente con la relación de la pérdida de

humedad en cada ciclo con respecto a la pérdida total de humedad en el proceso.

El Cuadro 5 muestra los resultados obtenidos para los esquemas analizados,

los datos provienen del cálculo, según la metodología descrita en el apartado 8.6. En

este caso debe señalarse que se hace uso de la media logarítmica de los radios de

los cubos de papa al inicio y al final del proceso de secado, con el fin de

homogeneizar el cálculo.

Cuadro 5. Valores obtenidos de la determinación del coeficiente difusivo del secado de los cubos de papa analizados.

Tratamiento Media logarítmica

del radio equivalente (m)

Coeficiente Difusivo X109

(m2/s)

Convencional Sin escalde 0.004267 0.9378

Escaldado 0.004287 1.12967

Atemperado 5X5 0.004317 2.6776*

Atemperado 5X10 0.004484 1.2716

Atemperado 10X5 0.004516 0.5529*

*Diferencia significativa (p<0.05).

En el Cuadro 5 se ve un comportamiento que coincide con lo que han reportado

algunos autores con respecto a los coeficientes difusivos (Anaya y col., 2003; Fano y

col., 2008), quienes dicen que estos valores numéricos son parecidos para ambos

esquemas de secado, pero que el valor real es sensiblemente mayor para el secado

con ciclos de atemperado, lo que sugiere que los daños estructurales de reducen

gracias al atemperado debido a que las condiciones de exposición de la muestra al

calor y su relación con la humedad en cada estadio cambian durante el reposo, lo

que beneficia a algunas asociaciones de los componentes de los componentes del

tejido con la humedad del mismo a una temperatura diferente a la ambiente.

Numéricamente hablando hay diferencias significativas en la velocidad de

eliminación de humedad cuando se deshidrata con ciclos de atemperado como es el

caso del esquema 5X5 presenta el valor de coeficiente de difusión más alto, es decir

es el más rápido y esto se corrobora con la información mostrada en el Cuadro 4

56

donde se dice que con respecto al secado convencional este esquema ahorra un

29% de tiempo, en comparación con el esquema 10X5, el cual presento un valor de

coeficiente de difusión significativamente menor, siendo este esquema el que tiene

un menor ahorro de energía con respecto al secado convencional. Aunque de

manera general la diferencia entre los coeficientes difusivos es casi nula ya que los

valores tienen un orden de magnitud similar, pero se diferencian fuertemente en los

tiempos efectivos de aireación para el secado.

IV.6. Capacidad de rehidratación

Se rehidrataron las muestras obtenidas de los procesos de secado y se calculó

el capacidad de rehidratación, en el Cuadro 6 se presentan los resultados del

promedio aritmético correspondiente a tres replicas, los datos completos de muestran

en los Anexos del IV al VIII.

Cuadro 6. Capacidad de rehidratación de los cubos de papa

analizados. Tratamiento Capacidad de rehidratación

Convencional Sin escalde 0.2753±0.1062

Escaldado 0.2597±0.1542

Atemperado 5X5 0.1612±0.0272

Atemperado 5X10 0.2254±0.0422

Atemperado 10X5 0.2179±0.0365

*Diferencia significativa (p<0.05).

El Cuadro 6, indica que las muestras se rehidratan de manera deficiente, ya que

un valor de 1 correspondería a una rehidratación completa. Los valores estimados

son en su mayoría la quinta parte del contenido inicial de humedad, lo que pone de

manifiesto que en realidad no se está cuantificando la incorporación de agua al tejido

solamente, si no que según lo reportado por Aguilera & Stanley (1990), en este caso

se está cuantificando el almidón intacto que quedo en la muestra después del

proceso de secado, ya que al cuantificar el agua incorporada, se está considerando

el agua que se necesita para la gelatinización del mismo.

57

IV.7. Calorimetría

Para conocer el comportamiento típico del almidón en un termograma se utilizó

como comparativo almidón grado analítico marca Sigma es decir puro, el

termograma correspondiente se muestra en la Figura 21; también se analizó un

almidón de papa extraído en el laboratorio, este material puede contener residuos de

pared celular y enzimas propias de la papa lo que indica que no es puro totalmente,

el termograma correspondiente se muestra en la Figura 22.

Figura 21. Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido de una muestra de almidón de papa grado analítico marca Sigma.

58

Figura 22. Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido de una muestra de almidón de papa obtenido en el laboratorio.

Posteriormente se hizo un análisis de una muestra de hojuelas de papa,

obteniendo el termograma mostrado en la Figura 23, donde se observa la ausencia

de un pico característico de gelatinización del almidón que puede mostrarse

alrededor de los 63°C según lo reportado por Singh & Singh (2003),

independientemente del contenido extra de proteína o pared celular, se puede inferir

que el proceso térmico al que fue sometido al almidón lo gelatinizó absolutamente y

el tiempo de almacenamiento terminó por retrogradarlo y que al momento de hacer el

análisis este no mostrara una señal de dicho proceso. Pero a diferencia de los otros

procesos aquí el termograma muestra una temperatura de transición vítrea (Tg) a los

57.82°C, lo que indica una condición de equilibrio termodinámico en la muestra que

la hace apta para el almacenamiento.

59

Figura 23. Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido de una muestra comercial de hojuelas de papa.

Los datos de temperatura de pico (Tp) de las muestras de almidón de papa

analizadas presentan una variación. La muestra que presenta una menorr Tp es la

obtenida en el laboratorio, sin purificar, esta diferencia es debida probablemente a

dicha condición. Karlsson & Eliasson (2003) encontraron que las muestras de

almidón aislado presentan una temperatura de gelatinización mayor que los tejidos

de papa completos, es decir que los componentes de la microestructura del tejido

afectaron los resultados. Lo anterior coincide con lo encontrado en este trabajo ya

que la temperatura de gelatinización se mueve alrededor de 6°C lo que se manifiesta

el efecto del tejido celular en la respuesta térmica de la calorimetría. Un condensado

de los resultados obtenidos se muestra en el Cuadro 7.

La ausencia de una Tg en las muestras de almidón aislado es consecuencia del

contenido de humedad (70%) a la que fue analizada la muestra, ya que según

Martínez y col. (1999) la Tg disminuye cuando el contenido de humedad aumenta

debido al efecto plastificante del agua.

60

Cuadro 7. Propiedades térmicas obtenidas mediante calorimetría diferencial de barrido de almidón de papa de dos muestras comerciales y una obtenidas experimentalmente.

(Tp, temperatura de pico, H; entalpía de gelatinización; Cp, capacidad calorífica; Tg, temperatura de transición vitrea)

Muestra Tp

(°C)

H

(J/g materia seca)

Cp

(J/g°C)

Tg

(°C)

Hojuelas de papa --- --- 0.016 57.82

Almidón Sigma 72.97 5.2347 --- ---

Almidón laboratorio 66.83 5.2846 --- ---

Posteriormente se analizaron las muestras correspondientes a los materiales de

estudio antes del proceso de deshidratación. Se analizó papa fresca y papa

escaldada, de esta última se tomaron muestras en dos secciones, la superficie y el

centro, según el esquema de la Figura 10. El Cuadro 8, concentra los valores

obtenidos.

Cuadro 8. Propiedades térmicas obtenidas mediante calorimetría diferencial de barrido de muestras de papa fresca y escaldada.

(Tp, temperatura de pico, H; entalpía de gelatinización; Cp, capacidad calorífica; Tg, temperatura de transición vitrea)

Muestra Tp

(°C)

H

(J/g materia seca)

Cp

(J/g°C)

Tg

(°C)

Papa fresca 74.18 0.5773 --- ---

Superficie de papa escaldada --- --- 8.101x103 61.87

Centro papa escaldada --- --- 6.470x103 61.39

En la muestra de papa sin tratamiento térmico alguno y sin incorporación de

humedad adicional para el análisis térmico, Figura 24, se observa un pico de

gelatinización a 74.18°C, lo que coincide con lo reportado por Liu (2005).

61

Figura 24. Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido de una muestra de papa fresca.

También se realizó el análisis calorimétrico de una muestra escaldada, según la

metodología planteada en la sección III.5.3., se tomaron muestras de las dos

secciones que se muestran en la Figura 10, las cuales corresponden a la superficie y

al centro del cubo de papa. Como resultado del análisis se obtuvo sólo un valor de

Tg igual a 61.87°C, no aparece un pico típico de gelatinización, este hecho indica

que la muestra sufrió una gelatinización completa al momento del escaldado, por lo

que al momento del análisis no existió almidón que cuantificar.

La muestra correspondiente al centro del cubo de papa, mostró un valor de Tg

de 61.39°C que prácticamente corresponde al valor obtenido en la superficie, y de la

misma manera no muestra un pico de cambio termodinámico, es decir no hubo

almidón nativo que gelatinizar en el análisis, por lo que se infiere que el escaldado

afecta fuertemente el almidón contenido en los cubos de papa.

62

Figura 25. Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido de la superficie de un cubo de papa escaldado, con solución acuosa de metabisulfito de sodio al 0.5% a 80°C por 5 minutos.

63

Figura 26. Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido del centro de un cubo de papa escaldado, con solución acuosa de metabisulfito de sodio al 0.5% a 80°C por 5 minutos.

El comportamiento anterior es justificado debido a que este análisis se realizó

sin la adición extra de humedad, como el realizado para el resto de los análisis, esto

debido a cuestiones técnicas.

El resultado de capacidad calorífica obtenido puede servirnos como una buena

referencia, ya que según lo reportado por Karim y col. (2007) para diferentes

variedades de papas regionales, la entalpía de un almidón dañado o retrogradado es

usualmente de un 60 a un 80% más pequeño comparada con la entalpía de un

almidón en un proceso de gelatinización, y este comportamiento es inversamente

proporcional a la capacidad calorífica, es decir la capacidad calorífica de un almidón

nativo es menor que la de uno retrogradado. Y para los resultados obtenidos

mostrados en el Cuadro 8, se tiene que la parte superficial analizada es un 20%

menor que la central, por lo que en la superficie se tiene un mayor daño del almidón

64

nativo con respecto al almidón contenido en la parte central. Este resultado es el

esperado y sólo se puede inferir la disminución del contenido de almidón de la papa

después del escaldado con respecto al tejido fresco.

De las muestras deshidratadas se obtuvieron cortes en dos secciones: orillas y

centro, según el esquema mostrado en la Figura 10, y de la muestra completa, cada

una de estas se molió y tamizó (malla 100) para obtener partículas homogéneas.

Para el caso de las muestras deshidratadas convencionalmente se tienen dos

condiciones, la muestra escaldada y la no escaldada, estas presentaron

características térmicas muy diferentes a los almidones aislados, los valores térmicos

se muestran condensados en el Cuadro 9.

Cuadro 9. Temperaturas de gelatinización entalpias de transición de muestras de cubos de papa deshidratados convencionalmente con y sin escaldado.

Muestra Tp

(°C)

H

(J/g materia seca)

Cp

(J/g°C)

Tg

(°C)

Sin escalde 78.17 2.6488 9.142x103 57.71

Escaldada 52.43 0.6714 -- --

La muestra sin escaldar presenta un termograma característico de almidón de

papa, mostrado en la Figura 27, además en éste termograma se observa la

presencia de Tg alcanzada a 57.71°C. Esta condición de la conservación del almidón

intacto corresponde a lo discutido anteriormente, el almidón no interactúa con el agua

caliente por lo que no sufre gelatinización. Durante el análisis térmico la muestra es

rehidratada con un exceso de humedad según la técnica propuesta, por lo que su

termograma es muy claro. En esta Figura logra observarse que el valor de Cp es

muy alto comparado con el H de gelatinización.

65

Figura 27. Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido de una muestra de cubos completos de papa sin escalde después de secado un convencional.

Para la muestra sometida a escalde, se tiene la formación de sólo un pico a una

temperatura de 52.43°C el cual se muestra en la Figura 28, es decir se encuentra

recorrido de la temperatura típica de gelatinización del almidón, este cambio se

puede atribuir al secado y al tratamiento de escaldado con metabisulfito de sodio, ya

que existen cambios las características estructurales y conformacionales de los

gránulos de almidón debidas a la formación de complejos entre minerales como el

Ca++ y Na+, según lo reportado por Karim y col. (2007) El escaldado con metabisulfito

de sodio implica un efecto sobre el pH que disminuye considerablemente el peso

molecular promedio del almidón y este se ve reflejado en el termograma de

gelatinización del tejido que contiene almidón.

El desplazamiento de la temperatura de los picos de gelatinización, puede

atribuirse también a los procesos de retrogradación debidas a los diferentes procesos

de reorganización molecular que se dan en la matriz polimérica del gránulo de

almidón, se relaciona en gran parte con la recristalización de la amilosa, la

66

amilopectina y la migración del agua, desde el interior del tejido hacia la superficie,

indicando que a un mayor contenido de agua, se retarda el proceso de

retrogradación, para ello es necesario el paso del tiempo y los análisis de este

trabajo se realizaron después de dos semanas de haber obtenido la muestra.

Figura 28. Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido de una muestra de cubos completos de papa escaldada después de secado un convencional.

Krokida & Marinos-Kouris (2003), concluyen en sus investigaciones que en las

condiciones drásticas del secado convencional, evitan que el almidón contenido en el

tejido de papa no tenga oportunidad de interactuar con el agua propia del tejido por lo

que los procesos de gelatinización no se manifiestan, quedando una mayor cantidad

de almidón sin daños, por lo que para las muestras rehidratadas se presentan

dimensiones mayores que las deshidratadas con ciclos de atemperado, debido a que

al momento de la rehidratación, a temperaturas mayores que las de gelatinización y

en exceso de agua, el almidón no dañado se gelatiniza incorporando humedad, lo

que se manifiesta con dimensiones mayores cuanto más almidón no dañado se

67

presenta en la muestra, coincidiendo completamente con la muestra tratada con el

esquema 5X5, ya que presenta dimensiones significativamente menores que las

presentadas por los otros dos esquemas de secado, lo que indicaría un mayor daño

en el almidón contenido, esto se corrobora analizando los resultados del análisis

térmico de cada uno de los esquemas.

Para el caso de los esquemas de secado 5X5, 5X10 y 10X5 se analizaron tres

zonas de la papa escaldada: la muestra completa, las superficies, donde se observó

la composición de la capa endurecida que se formado y los centros de los cubos. Los

termogramas obtenidos de cada análisis se muestran en los Anexos del VI al VIII. En

el Cuadro 10 sólo se muestra la información concentrada de las propiedades

termodinámicas de la muestra.

Cuadro 10. Temperaturas de gelatinización (temperatura máxima del pico, Tp) y entalpias de transición ( H) de muestras de cubos de papa escaldados y

deshidratados con diferentes esquemas de secado.

Muestra Tp1

(°C)

H1

(J/g materia seca)

Tp2

(°C)

H2

(J/g materia seca)

Almidón Sigma 72.97 5.2347 --- ---

Almidón laboratorio 66.83 5.2846 --- ---

Convencional sin escalde 78.17 2.6488 --- ---

Convencional escaldado 52.43 0.6714 --- ---

5X5

Cubo completo 50.37* 0.0781* --- ---

Superficie 52.06 0.2525 63.57 0.3364

Centro 52.71 0.4003 64.15 0.4284*

5X10

Cubo completo 54.92 0.6009 --- ---

Superficie 52.66 0.3112* 64.37 0.4077

Centro 53.32 0.3497* 63.92 0.5726

10X5

Cubo completo 53.96 0.5932 --- ---

Superficie 55.40* 0.2806 78.23* 0.8303*

Centro 54.02* 0.3922 64.45* 0.7365*

*Diferencia significativa (p<005)

Los datos analizados se concentran en el Cuadro 10, y se tiene que para el

caso del análisis del cubo completo se observa la formación de un sólo pico de

68

gelatinización que se encuentra recorrido hacia la izquierda, hasta una temperatura

alrededor de 50°C, esta temperatura correspondería, según Goñi y col. (2008) y

Karlsson & Eliasson (2003), a la temperatura de retrogradación del almidón, se

puede considerar verdadero ya que las muestras tuvieron un periodo de dos

semanas de almacenamiento antes de ser analizadas en el calorímetro, además de

que se observa que esta temperatura es la que presenta la muestra que se

deshidrato después de un escaldado, es decir que este escaldado tiene gran

influencia sobre la temperatura de gelatinización que presentan las muestras

posteriormente.

En el Cuadro 10, se muestran dos columnas correspondientes a la temperatura

de pico (Tp) y a la entalpía ( H), esto es debido según lo reportado por Sandoval y

col. (2005) a que el tiempo y las condiciones de rehidratación fueron deficientes, es

decir no hubo una rehidratación apropiada. Pero se pueden analizar con respecto a

las proporciones de los picos obtenidos.

El Cuadro 10 en se tiene una media de 53.27 para los datos de Tp1

(temperatura máxima del pico) del cubo completo, de los cuales se tiene que la única

con diferencia significativa es la muestra del esquema 5X5 comparada con los otros

esquemas analizados. Posteriormente se analizaron las superficies y centros de las

muestras donde se obtuvo que con respecto a la temperatura del primer pico, las

muestras de la superficie (53.37) y centro (53.35) del esquema 5X10 son las que

presentan diferencia significativa con respecto de los otros.

Para el caso de las entalpias del primer pico se tiene una media para el cubo

completo, la cual da como resultado que la muestra de cubo completo del esquema

5X5 es la que presenta un valor menor significativamente diferente esto nos da

indicios de que el grado de retrogradación fue mayor en esta muestra cuando se

analizó completamente. Mientras que para el caso de las muestras de superficie y

centro, se tiene que las que presentan una mayor diferencia significativa son las

obtenidas de la superficie y el centro del esquema de 5X10, que puede deberse al

cambio real que tuvo la capacidad calorífica debido a modificaciones estructurales.

También debe tenerse en cuenta que según Karlsson & Lebensm (2003), la

entalpia de transición en las muestra de papa varían hasta una cuarta parte si se

69

compara la muestra completa con el almidón aislado, lo que pude darnos indicios de

el porqué de la diferencia entre nuestras muestras analizadas.

Se puede observar que para las muestras donde sólo se analizó la superficie y

el centro se tienen dos picos reflejo de, además de la deficiente rehidratación, la

retrogradación parcial del almidón y así como de la gelatinización parcial de este. El

segundo pico se parece mucho al pico que presenta la muestra de almidón Sigma,

donde se registra a 66°C por lo que es posible pensar que se trata de almidón que no

sufrió daño y se puede gelatinizar.

Para el caso del análisis térmico de las muestras deshidratadas, se tiene de

manera general que presentan características esperadas, es decir, las muestras con

tratadas con condiciones más severas durante el proceso de deshidratación fueron

las que presentaron un almidón menos dañado independientemente de la influencia

del escaldado.

Se observa, mediante el análisis estadístico, que no existe diferencia

significativa entre las muestras deshidratadas con ciclos de atemperado 5X10 y

10X5; mientras que las muestra deshidratadas convencionalmente escaldada y sin

escalde, si son diferentes con respecto al esquema 5X5 que presenta un valor

menor, es decir que no incorporó agua debido más a la gelatinización parcial del

almidón durante los periodos de reposo, que al daño estructural.

De acuerdo a los valores presentados para el contenido de humedad de las

muestras analizadas, donde se corrobora que después del proceso de escaldado las

dimensiones de los cubos aumentan debido a la incorporación de humedad como

consecuencia de los procesos de gelatinización del almidón dentro de la muestra, ya

que las condiciones del proceso de escaldado permiten estas reacciones y que

mediante lo mostrado en el Cuadro 8, se confirma dicha información, de manera

general se puede concluir que dicha incorporación de humedad aunada a la

temperatura del escaldado, inicia procesos de gelatinización dentro de los cubos de

papa y debido a estos cambios se ve modificada la velocidad de eliminación de

humedad, con respecto al un proceso sin escaldado preliminar de la muestra.

70

Todos los cambios termodinámicos mostrados tienen consecuencias a nivel

microscópico pero también a nivel macroscópico, esto se evidencia cuando de

analizan las características físicas de los cubos de papa, en primer lugar se puede

asegurar que el almidón se gelatiniza parcialmente y forma asociaciones entre ellos,

propiciado por el contenido de humedad y la temperatura de del tejido de papa

durante los tiempos de reposos y aireación del proceso de deshidratación. Esto

implica que la deshidratación de un almidon parcialmente gelatinizado u asociado

con otros, formada una capa endurecida que limita fuertemente la velocidad de

migración del agua, debido tambien al cambio estructural debido a la perdida de

humedad de la muestra. Lo anterior se puede cuantificar si se conoce el contenido de

almidón no asociado y por lo tanto útil para la gelatinización, después de un proceso

de rehidratación o cocción.

Por lo que despues del escaldado se analizaron las curvas de temperatura del

aire y de la superficie de la muestra con el fin de establecer que condiciones se

tienen en cada etapa del proceso qye favorecen este tipo de asociaciones.

Para el caso del registro de la temperatura del aire puede tambien inferirse que

las reacciónes de gelatinización en el almidón comienzan de manera tardia, debido a

que las temperaturas de gelatinización se alcanzan cuando la humedad de la

muestra ya es menor del 45%.

Posteriormente se tiene que dichas muestras presentan microscópicamente un

daño celular mayor esto debido a las condiciones de secado, se puede inferir

mediante los resultados obtenidos que la muestra con un esquema de 5X5 es la que

presentó una menor capa endurecida, ya que tiene una velocidad de deshidratación

mayor con un ahorro de energía del 29% y que esta misma muestra tiene un

coeficiente difusivo de 2.0831x10-9 y que el resto de los esquemas presentan

órdenes de magnitud similares, lo que pone de manifiesto que el atemperado

beneficia la salida de humedad cuando los tiempos de reposo son pequeños ya que

cuando son largos se tiene la formación de asociaciones de almidón con agua que

evitan la salida de esta ya que se formó una capa endurecida en la superficie.

Adicionalmente cuando la muestra es sometida periodos largos de aireación y cortos

de atemperado la muestra tiene una deshidratación muy agresiva en la superficie

71

evitando las asociaciones del almidón, sobretodo de aquel denominado resistente

que requiere de condiciones de temperatura y humedad muy especificas y mayores

que las ofrecidas durante el proceso, con agua en la superficie, pero no así en el

centro donde durante el resto del proceso evita su salida, ya que en los esquemas

5X10 y 10X5 la temperatura de trabajo se alcanza en los dos primeros ciclos del

proceso.

Para todos los casos del esquema de atemperado se puede asegurar, según lo

reportado por Gögüs & Maskan (1998), que el almidón de la muestra logra algunas

asociaciones con el agua propia de la muestra, favoreciendo la formación de una

capa endurecida formada solamente por almidón asociado y que según lo observado

estos compuestos se forman durante los primeros minutos de atemperado, ya que se

tienen las condiciones de temperatura y humedad mínimas necesarias.

Según lo reportado por Gögüs & Maskan (1998), lo comentado anteriormente

que tiene como consecuencia en primer lugar la modificación estructural causada por

el daño del almidón el cual queda incapaz de asociarse y en segundo lugar las

asociaciones entre almidón y agua debidas a la temperatura interna del cubo de

papa debido a que después del proceso esta agua forma parte del agua de

constitución, por lo que se puede concluir que la humedad disponible esta en

competencia por salir o asociarse, el agua que se asocia será, por lo tanto, agua que

puede liberarse en etapas posteriores del secado pero con un alto requerimiento de

energía.

Todo lo anterior tiene su principal consecuencia en la deficiente capacidad de

rehidratación que tienen los cubos de papa y que al comparar los datos de las

muestras deshidratadas convencionalmente y con ciclos de atemperado se pone de

manifiesto que los cubos rehidratados en ambos esquemas no llegan a alcanzar las

dimensiones promedio de las papas escaldadas, de las cuales partieron antes de la

deshidratación.

Los datos obtenidos en el trabajo para la capacidad de rehidratación

concuerdan con lo discutido para las asociaciones que el almidón sufre durante

procesos térmicos y en presencia de agua.

72

Se tiene de manera general que el esquema 10X5 y el secado convencional al

ser condiciones drásticas de deshidratación, limitan las asociaciones del agua con el

almidón manteniendo intacto algunos de ellos, sobretodo los del tipo denominado

resistente y que son de forma esférica, según Hadziyev & Steele (1979), ya que

según lo reportado por Witrowa & Lewicki (2006), la salida de humedad durante el

secado es más rápida que la velocidad de asociación del almidón con el agua, por lo

cual se mantienen intactos durante este el secado, y que finalmente se manifiestan al

momento de la rehidratación en exceso de humedad y altas temperaturas,

incorporando una mayor cantidad de humedad al tejido deshidratado debido a la

gelatinización de este; pero para el caso de la muestra atemperada con el esquema

5x5 las asociaciones son grandes por lo que la gelatinización de almidones no

dañados o resistentes es menor y del mismo modo, la cantidad de agua incorporada

es menor.

Con todo lo anterior se puede establecer de manera general que las

características físicas presentadas por los cubos de papa al final del proceso de

secado, son consecuencia de las asociaciones que sufre el almidón, ya que afectan

en primer lugar la velocidad de salida de humedad, en segundo lugar las

dimensiones del cubo de papa medida como el coeficiente de encogimiento y

también el daño a la estructura medida como capacidad de rehidratación, pero

además se establece que existe diferencia entre los resultados obtenidos cuando la

muestra es deshidratada de manera convencional y con ciclos de atemperado.

Para poder dar solución a lo planteado en el párrafo anterior se requiere de

evidenciar la presencia de una capa endurecida en la superficie de los cubos de

papa y además evidenciar cómo esta se modifica a lo largo del proceso de secado

con ciclos de atemperado, para de esta manera establecer que, los ciclos de

atemperado son los que influencian la formación tardía de esta, aunado todo ello a

las condiciones de aireación y reposo propias de cada esquema.

73

IV.8. Microscopía

IV.8.1. Muestras frescas y escaldadas

Desde un punto de vista macroscópico todas las muestras analizadas siguieron

un patrón de características similares a las mostradas en la Figura 29, donde se

muestra un cubo de papa Figura 29-A con un aspecto cristalino debido al escaldado

y para el caso de los cubos deshidratados de manera convencional, Figura 29-B, la

reducción de tamaño es evidente y la modificación estructural se manifiesta mediante

la formación de vértices muy pronunciados debido a que según lo reportado por

Severini y col. (2005), en estas zonas la pérdida de humedad es más rápida,

presentando rigidez y permitiendo el hundimiento del tejido en la parte interna y una

tensión debida al estiramiento del tejido.

Figura 29. Diferencias macroscópicas entre los cubos de papa escaldado (A) y el cubo después de ser deshidratado de manera convencional (B).

La morfología microscópica de las muestras se estableció en dos secciones de

los cubos, en la superficie y el centro, según el esquema mostrado en la Figura 10, a

través de las imágenes tomadas en un Microscopio Electrónico de Barrido.

Las estructuras típicas del tejido celular, de tamaños y morfologías de almidón

de papa se observaron tanto en la superficie como en el centro de los cubos, como

referencia se tiene la imagen publicada por Hadziyev & Steele (1979), Figura 30,

quienes muestran que los almidones de las células del parénquima contienen

numerosos gránulos redondos con diámetros externos de 4.3-18.6µm y almidones

(A) (B)

74

ovales con diámetros alrededor de 20X38-50X86µm en el interior de las células, y

estas características pueden variar por las condiciones ambientales, las variedades

de la planta, la localidad y el tipo de cultivo, entre otros, pero todos dentro del

intervalo expresados por ellos.

Figura 30. Microfotografías electrónicas de barrido de un corte de tejido de papa. (A) Tejido fresco. Muestra gránulos de almidón ovales y redondos denominados también resistentes. (B) Tejido después de un proceso de precocción a 70°C durante 15min y enfriado con agua. PC = pared celular; AL = almidón. Tomadas de Hadziyev & Steele (1979).

Las imágenes mostradas en la Figura 31, son las obtenidas en el presente

trabajo de tejidos de papa frescos y de cubos de papa escaldados, antes de ser

deshidratados en el laboratorio. Se muestran las imágenes obtenidas para la

superficie y el centro según lo indica el esquema de la Figura 11. En la Figura 29A,

se observa la superficie del cubo de papa a la cual se le eliminó el almidón

superficial, como parte del pretratamiento, por lo que este no aparece. Las imágenes

mostradas en la Figura 29A y 29C, corresponden a las superficies de las muestras

fresca y escaldada respectivamente, donde se manifiesta el daño causado por el

pretratamiento térmico sobre las paredes celulares del tejido. La pared celular

cambia de aspecto, lo que comprueba lo dicho por Lisiskan y col. (2005) quienes

aseguran que las proteínas que la componen, se han desnaturalizado y el origen

PC

AL AL

A B

PC

75

MUESTRA FRESCA MUESTRA ESCALDADA

CE

NT

RO

péctico se modificó haciéndola más flexible, lo que visualmente percibimos como un

desorden del tejido.

Figura 31. Microfotografías electrónicas de barrido muestras de tejido de médula papa. (A) superficie y (B) centro del tejido fresco, con eliminación de almidón superficial. (C) superficie y (D) centro del tejido de papa escaldado a 80°C durante 5minutos y enfriado al chorro de agua. 300X. Barra 100 μm. PC = pared celular; AL = almidón.

La Figura 31B que corresponde al centro de un cubo de papa fresca presenta

las paredes celulares similares a las mostradas en la imagen (A) de la Figura 31,

también se observan algunos gránulos de almidón nativo (AL), los cuales al ser

sometidos al proceso de escaldado se modifican según lo reportado por Hadziyev &

Steele (1979), Pimparporn y Col. (2007) y Aguilera y col. (1990), por la separación

PC

PC

PC

AL

A

PC

C

D

SU

PE

RF

ICIE

PC

B

AL

76

parcial de las células debida a las hidrólisis de las lámina péctica de la pared celular

(Figura 31B-PC; Figura 31D-PC), pero sin llegar a la ruptura de estas, donde los

gránulos se asocian formando un aglomerado o gel que ocupa casi por completo el

espacio celular (Figura 31B-AL; (Figura 31D-AL), también se muestran espacios

vacios debido probablemente al desplazamiento de material protoplásmico durante la

gelatinización, el cual se pierde durante el proceso de preparación de la muestra

para la microscopia.

IV.8.2. Muestras de almidón aislado

Como parte del análisis del principal componente del tejido de papa, se hicieron

observaciones del almidón de papa extraído en el laboratorio mostrado en la Figura

32B y preparado para su análisis microscópico y dos imágenes de referencia

mostradas en la Figura 32A y 32B.

Figura 32. Microfotografías electrónicas de barrido de almidones aislados de dos orígenes. (A) Almidón de maíz, (B) almidón de papa tomados como referencia de Aguilera (1990) y Hadziyev & Steele (1979) y (C) almidón de papa extraído en este trabajo. OV = Ovalados; ES = Esféricos. Marcas = 10µm.

Las imágenes de la muestra en almidón de maíz (Figura 32A) y papa (Figura

32B), tomadas de la publicación de Aguilera (1990), evidencian las diferencias

morfológicas entre ellos, debidas a la relación amilosa:amilopectina de la estructura

del almidón, esta relación depende del origen. Con el fin de corroborar la existencia

A

ES

OV

OV

ES

B C

77

de dos diferentes arreglos en las estructuras del almidón dentro del mismo alimento,

la cuales son mencionadas en los trabajos de Hadziyev & Steele (1979) y Karlsson &

Eliasson (2003), se comparó la imagen publicada Figura 32B con la obtenida del

almidón de papa extraído en el laboratorio, Figura 30C, donde se confirma la

presencia de dichas variedades de almidón, una de ellas es ovalada (OV) la que es

más conocida para el caso de papa y otra más pequeña en forma esférica (ES) que

se caracteriza según lo reportado por Omerod y col. (2002) y Hadziyev & Steele

(1979), además por la diferencia en la temperatura de gelatinización con respecto al

almidón ovalado, estos son considerados como almidón parcialmente cristalino o

resistente.

IV.8.3. Secado convencional

Al deshidratar convencionalmente las muestras, con el fin de ver el efecto del

escaldado sobre la eliminación de humedad, primero se obtuvieron las imágenes de

la Figura 33A y 33B donde la muestra no se escaldó. En estas imágenes se ve que el

almidón se mantiene intacto(AL), es decir, no se llevo a cabo ningún tipo de

gelatinización debido a las condiciones drásticas de secado .

Mientras que para el caso de la muestra escaldada, Figura 33D, este almidón

se muestra compactado(AL), los cuales según, Karlsson & Eliasson (2003), al

asociarse y permiten la salida del agua desde el interior de manera retardada y al

mismo tiempo forman una barrera superficial (Figura 33D-CE), lo que impide la salida

de humedad después de un periodo largo de deshidratación; esta es una señal clara

de que el tratamiento térmico tiene influencia directa sobre la estructura, sobre la

estabilidad el almidón nativo, gelatinizándolo y sobre la pectina de la pared celular,

degradándola.

78

CENTRO SUPERFICIE

SIN

E

SC

ALD

E

ES

CA

LD

AD

A

MU

ES

TR

A E

SC

ALD

AD

A

Figura 33. Microfotografías electrónicas de barrido de muestras de tejido de papa deshidratadas de manera convencional. (A) Superficie de una muestra fresca, sin escalde con eliminación de almidón superficial. (B) Centro de una muestra fresca, sin escalde. (C) Superficie de una muestra escaldada a 80°C por 5min y enfriada al chorro de agua. (D) Centro de una muestra de papa escaldada a 80°C por 5min y enfriada al chorro de agua. 150x barra 100 μm. PC = pared celular; AL = almidón; CE = capa endurecida.

A B

C D

PC

AL

AL

PC

AL PC

PC

CE

MU

ET

RA

SIN

ES

CA

LD

E

79

Con el objetivo de tener un resultado cuantitativo de las imágenes, se hace uso

del programa ImageJ, el resultado del análisis de las imágenes se expresa como

“luminosidad”. De la cuantificación de los valores de luminosidad de las imágenes

mostradas en la Figura 33 se construye la gráfica de la Figura 34, donde se observa

que la muestra fresca presenta en la superficie (Figura 33A), el valor de luminosidad

más alto lo que equivale a ser más lisa, es decir, con menos porosidades o huecos. Si

se compara con la superficie de la muestra escaldada (Figura 33C), ésta presenta un

valor menor, que corresponde a una mayor cantidad oquedades y una mayor

irregularidad.

Figura 34. Luminosidad de las microfotografías de muestras de papa fresca y escaldada.

Este comportamiento se presenta de igual manera para el centro de la misma

muestra (Figura 33D), donde la muestra escaldada tiene un menor valor numérico de

luminosidad, lo que indica un mayor desorden, reflejado como un mayor número de

huecos en la muestra, a diferencia de la muestra no escaldada (Figura 33B) que

presenta un mayor valor numérico, lo que implica una mayor homogeneidad y pocos

hoyos en la muestra.

En la Figura 35, se muestra una imagen de la superficie de un cubo de papa

deshidratado convencionalmente que muestra grietas las cuales son consecuencia de

las condiciones severas de secado (Aguilera & Stanley, 1990), teniendo el mayor

efecto durante la rehidratación.

128.027 125.111 121.246 111.079100

105

110

115

120

125

130

SUPERFICIE MUESTRA FRESCA

CENTRO MUESTRA FRESCA

SUPERFICIE MUESTRA

ESCALDADA

CENTRO MUESTRA

ESCALDADA

Lum

inosid

ad

80

Figura 35. Corte superficial de un cubo de papa escaldado y deshidratado en secador de lecho fluidizado de manera convencional. Observación en el ángulo más alejado que permite el MEB: 30X. G = grieta.

IV.8.4. Secado con ciclos de atemperado

En la Figura 36, se muestra un arreglo de fotografías de los cortes de cubos de

papa después de 10 minutos de aireación y después del periodo correspondiente de

reposo de los tres esquemas de secado con ciclos de atemperado, con el fin de

observar el efecto de este último en la estructura; también se muestran las

condiciones de temperatura y humedad en que se encuentra la muestra y el

coeficiente difusivo correspondiente a cada periodo.

G

81

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 20 40 60 80 100 120 140

Hu

me

da

d a

dim

en

sio

na

l

tiempo (min)

5x5

5X10

10X5

Curva de secado a los 10 Minutos de aireación

REPOSO AIREACIÓN CENTRO SUPERFICIE CENTRO SUPERFICIE

[95.32] [123.03] [113.43] [101.65]

5X

5

Humedad: 48.2% Temperatura de la muestra: 47.2°C Coeficiente difusivo: 1.8476x10

-09 m

2/s

Humedad: 47.5% Temperatura de la muestra: 37°C

[121.43] [107.27]

Humedad: 45.6% Temperatura de la muestra: 30.9°C

[128.67] [111.36]

Humedad: 47.1% Temperatura de la muestra: 53.6°C Coeficiente difusivo: 1.5840x10

-09 m

2/s

5X

10

[116.72] [109.65]

Humedad: 51.92% Temperatura de la muestra: 43.87°C

[125.92] [118.63]

Humedad: 53.25% Temperatura de la muestra: 58.17°C Coeficiente difusivo: 7.2804x10

-10 m

2/s

10X

5

Figura 36. Microfotografías de cortes de cubos de papa a los 10 minutos de aireación durante la deshidratación en un secador de lecho fluidizado con ciclos atemperado, donde se observa la diferencia entre la condición de aireación y reposo. [Luminosidad]. 150X Barra 100 μm.

82

Para el caso de la muestra deshidratada en el esquema 5X5, la humedad

durante este tiempo disminuyó alrededor del 52% con respecto al contenido inicial,

durante el tiempo de reposo se tiene además una pérdida de humedad del 0.7% esta

se atribuye a la rápida evaporación causada por el diferencial de temperaturas que

sufre el tejido durante el reposo, siendo para este caso de 10.2°C y para el caso de

los esquemas 5X10 y 10X5 la pérdida de humedad es de 54% y 47.4%

respectivamente.

Los valores de luminosidad de la superficie en la etapa de atemperado del

esquema 5X5, Figura 36, registran en promedio un valor 16% menor con respecto los

valores obtenidos de las imágenes de la muestra después del periodo de aireación, lo

anterior se interpreta como la presencia de una mayor cantidad de poros en la

muestra atemperada, este comportamiento indica que durante el reposo existe una

redistribución de humedad entre la muestra y el ambiente de atemperado con el

objetivo de establecer el equilibrio termodinámico, por lo que dentro de la muestra

también existe una redistribución de materia y energía, evidenciándose mediante un

reacomodo estructural visible e las imágenes tomadas.

Lo anterior concuerda con lo reportado por Aguilera (2005) y Tolaba y col.

(1999), que indican que las condiciones de reposo permiten la difusión de la humedad

desde el centro hasta la superficie del tejido, además de que el choque térmico

permite la evaporación de la humedad más superficial favoreciendo la humectación de

las capas superficiales, manteniendo los poros humectados y abiertos además de

evitar el endurecimiento.

Este mismo comportamiento lo presentan de manera general las muestras

obtenidas para los esquemas 5X10 y 10X5. Aunque existen diferencias internas

atribuidas a los tiempos de reposo, como es el caso del centro de la muestra del

esquema 5X10, que después del tiempo de aireación y debido a las temperaturas

internas y el contenido de humedad, se aprecia una masa gelatinosa que después de

10 minutos de reposo se muestra como un aglomerado de gránulos de almidón. La

muestra deshidratada mediante un esquema de 10X5 presenta valores de

luminosidad mayores en un 2.3% que la presentada por la muestra escaldada

superficies durante los ciclos de aireación, lo que se ve en la Figura 36, confirmando

83

que los largos periodos de secado sellan la superficie de la muestra lo que impide la

libre salida de humedad, esto puede verse claramente en la fotografías mostradas en

el Anexo IX, donde se ve la superficie sellada en cada ciclo de aireación, siendo muy

drástico durante todo el proceso.

El coeficiente difusivo presentado en esta etapa del secado es numéricamente

mayor para el esquema 5X5 y el más pequeño es el correspondiente al esquema

10X5, esta diferencia es debida probablemente a los periodos de reposo que han

tenido los dos esquemas anteriores y que en este caso es el primer periodo de reposo

y que han tenido un periodo de reacomodo estructural, ya que no presenta almidones

aglomerados y estos fácilmente pueden perderse, según lo reportado por

Cunningham y col. (2008) durante la preparación para la observación microscópica.

En la Figura 37, se muestra un arreglo de fotografías de los cortes de cubos de

papa después de 20 minutos de aireación y después del periodo correspondiente de

reposo de los tres esquemas de secado con ciclos de atemperado.

Para el caso de la muestra deshidratada en el esquema 5X5, la humedad

durante este tiempo disminuyó alrededor del 74% con respecto al contenido inicial,

durante el tiempo de reposo se tiene además una pérdida de humedad del 0.75%,

que es numéricamente mayor que la presentada en la condición anterior, ésta se

atribuye a la rápida evaporación causada por el diferencial de temperaturas durante el

reposo que ahora es de 27°C es decir 17°C mayor que la en la condición anterior,

esto es debido a que la muestra presenta temperaturas superficiales en promedio

70% mayores durante la aireación con respecto al reposo.

84

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 20 40 60 80 100 120 140

Hu

me

da

d a

dim

en

sio

na

l

tiempo (min)

5x5

5X10

10X5

Curva de secado a los 20 Minutos de aireación

REPOSO AIREACIÓN CENTRO SUPERFICIE CENTRO SUPERFICIE

[89.23] [94.77] [114.88] [118.16]

5X

5

Humedad: 25.36% Temperatura de la muestra: 44.2°C

[106.61] [100.38]

Humedad: 24.83% Temperatura de la muestra: 40.77°C

[92.58] [107.27]

Humedad: 26.18% Temperatura de la muestra: 71.03°C Coeficiente difusivo: 1.4497x10

-09

5X

10

[120.63] [108.44]

Humedad: 30.54% Temperatura de la muestra: 46.57°C

[128.54] [98.26]

Humedad: 31.59% Temperatura de la muestra: 66.87°C Coeficiente difusivo: 6.2035x10

-10

10X

5

Humedad: 26.11% Temperatura de la muestra: 71.5°C Coeficiente difusivo: 1.2121x10

-09

Figura 37. Microfotografías del corte central de cubos de papa a los 20 minutos de aireación durante la deshidratación en un secador de lecho fluidizado con ciclos de atemperado, donde se observa la diferencia entre la condición de aireación y el

reposo. [Luminosidad]. 150X Barra 100 μm.

85

Este comportamiento es equivalente al presentado por la muestra del esquema

5X10 que ha perdido el 73.4% de humedad, con la diferencia que durante el periodo

de atemperado la muestra pierde 1.35% de humedad y el diferencial de temperatura

alcanzado es de 3°C mayor, lo que afecta la velocidad de difusión de humedad. Para

el caso de la muestra con el esquema 10X5 que ha perdido el 68.41% de humedad, el

efecto diferente ya que, el diferencial de temperaturas es menor, como consecuencia

de un menor el tiempo de reposo, disminuyendo la velocidad de eliminación de

humedad perdiendo en este tiempo sólo 1.05%.

Los valores de luminosidad de la superficie y el centro en la etapa de

atemperado del esquema 5X5, Figura 37, registran en promedio un valor 22% menor

con respecto los valores obtenidos de las imágenes de la muestra después del

periodo de aireación, esto, se interpreta como la presencia de una mayor cantidad de

poros en la muestra atemperada, lo que indica que durante el reposo existe una

redistribución de humedad entre la muestra y el ambiente de atemperado con el

objetivo de establecer el equilibrio termodinámico, por lo que dentro de la muestra

también existe una redistribución de materia y energía, evidenciándose mediante un

reacomodo estructural visible e las imágenes tomadas.

Lo anterior concuerda con lo reportado por Aguilera (2005) y Tolaba y col.

(1999), que indican que las condiciones de reposo permiten la difusión de la humedad

desde el centro hasta la superficie del tejido, además de que el choque térmico

permite la evaporación de la humedad más superficial favoreciendo la humectación de

las capas superficiales, manteniendo los poros humectados y abiertos además de

evitar el endurecimiento.

Este mismo comportamiento lo presentan de manera general las muestras

obtenidas para los esquemas 5X10 y 10X5. Aunque existen diferencias internas

atribuidas a los tiempos de reposo, para el caso del centro de la muestra del esquema

5X10, que después del tiempo de aireación se aprecian aglomerados de almidón que

forman una incipiente barrera en la superficie de la muestra, y que después de los 10

minutos de atemperado se pierde la compactación en la orilla, pero los aglomerados

se mantienen. Para la muestra deshidratada mediante un esquema de 10X5 se tienen

valores de luminosidad mayores en un 6% que la presentada por la muestra

86

escaldada superficies durante los ciclos de aireación, lo que se ve en la Figura 37,

confirmando que los largos periodos de secado sellan la superficie de la muestra lo

que impide la libre salida de humedad y que el tiempo de reposos no es suficiente

para el completo restablecimiento de los tejidos; el comportamiento descrito se

aprecia ampliamente observando las fotografías mostradas en el Anexo IX, donde se

ve la superficie sellada debido a una mayor exposición de la muestra a las

condiciones drásticas durante el proceso.

Para el caso del esquema 5X5 la aparición de una capa endurecida

conformada por los almidones aglomerados y compactados debido al encogimiento

(Aguilera, 1990), se aprecia hasta el minuto 45 de aireación, de manera tardía con

respecto a los otros dos, para el caso del esquema 5X10 esta se presenta en el

minuto 15 de aireación, debido probablemente a la condición de reposos que

beneficia las asociaciones del almidón y agua, y por el contrario para el caso del

esquema 10X5, esta se presenta en el minuto 20 de aireación atribuyéndose a que en

este tiempo se alcanzan las condiciones que permiten su formación.

El coeficiente difusivo presentado en esta etapa del secado es numéricamente

mayor para el esquema 5X10 y el más pequeño es el correspondiente al esquema

10X5, esta diferencia puede atribuirse en este momento a la presencia de almidones

aglomerados y su compactación los cuales en conjunto evitan la salida de humedad ,

según lo concluido por Cunningham y col. (2008) y que al tener periodos amplios de

reposo esta estructura alcanza una mejor redistribución de humedad y eliminación

debido al diferencial de temperaturas 29.3°C, contra los 27°C y 20.3°C alcanzados por

los esquemas 5X10 y 10X5 respectivamente.

Lo anterior es evidencia clara de que la velocidad de eliminación de humedad se

ve afectada directamente por la diferencial de temperaturas que dependen de los

tiempos de reposo y que permiten la aglomeración del almidón debido a interacciones

de éste con el agua y que físicamente se observa en las microfotografías y es

complementado con los valores del coeficiente de difusión que indican que a un

mayor tiempo de reposo este valor también es mayor.

87

La discusión anterior puede ampliarse a cada una de las etapas de las curvas de

secado, donde se analizan las mismas variables pero con respuestas diferentes que

en conjunto tienen la misma tendencia, llegando a la misma afirmación.

Por los resultados obtenidos y analizados en la discusión correspondiente a la

calorimetría, se confirma que para la muestra con esquema 5X10 se presentó el

contenido de almidón asociado y aglomerado más alto, la muestra del esquema 5X5

presentó un contenido de almidón aglomerado menor y por consiguiente la muestra

surgida del esquema 10X5, presentó un menor contenido de almidón asociado. Estas

asociaciones modifican al almidón debido a la gelatinización parciales, siendo estas

un proceso reversible y si se le permite, por una retrogradación del mismo.

Por lo que confirmamos la presencia de almidón resistente en las muestras

analizadas, la evidencia que sustenta la discusión anterior se muestra en la Figura 38.

Figura 38. Microfotografía electrónica de barrido de la superficie de un cubo de papa deshidratado con ciclos de atemperado en un esquema 10X5. En la cual se evidencia la presencia de gránulos intactos de almidón esférico o resistente (AL). 1500x barra 10 μm. PC = pared celular.

PC

AL

88

En la Figura 38-AL se observan gránulos esféricos de almidón, que no fueron

gelatinizados debido a que según lo establecido por Pravisani y col. (1985) y Hadziyev

& Steele (1979) son un tipo especial de almidón resistente y que temperaturas de

67.5°C no son suficientes para modificar su estado cristalino en zonas de alta

estabilidad además de que requieren del exceso de humedad para completar el

proceso de gelatinización, por lo que este almidón encontró en las condiciones de

atemperado 10X5 a 70°C en promedio y humedades más bajas con respecto al

tiempo, la posibilidad de mantenerse intacto, revelando su existencia en las

fotografías y en el análisis térmico realizado.

Las fotografías mostradas en la Figura 39, corresponden a la estructura final de

los dentro de los cubos de papa, vistos desde el punto más lejano con el fin de tener

una idea panorámica de su estructura. En la Figura 39B se coincide con lo reportado

por Capriste y col. (1998), Aguilera y col. (1990), Gowen y col. (2006) y Dong y col.

(2006), quienes también observaron la formación de huecos(H) y de una capa muy

densa(CE) y por lo tanto endurecida en la estructura del tejido después de la

deshidratación. Para el caso de la muestra sometida a un secado convencional en el

lecho fluidizado con un escaldado previo comparado con la muestra que no se

escaldó (Figura 39A), ee muestra un tejido mucho más dañado debido a su fragilidad

incluyendo huecos internos pero la capa endurecida superficial es menor como

consecuencia del encogimiento que sufrió.

Haciendo un comparativo con las imágenes del tejido de un cubo de papa

deshidratados en lecho fluidizado pero con ciclos de atemperado 5X5, 5X10 y 10X5,

Figura 39C, 39D y 39E, se observa que el encogimiento y la formación de huecos es

menor y que la capa endurecida es mucho menos densa evitando la presencia de

huecos internos, ya que se contrarresta el efecto de las presiones parciales internas

debido a la salida del agua mediante los periodos de reposo, coincidiendo con lo

reportado con Mayor & Sereno (2004), sobre las condiciones de proceso menos

agresivas.

89

FINAL CONVENCIONAL SIN ESCALDE

FINAL 5X5

FINAL CONVENCIONAL ESCALDADO

FINAL 5X10

FINAL 10X5

Figura 39. Microfotografías electrónicas de barrido de centros de las muestras de papas analizadas al final de los diferentes esquemas de secado. 18X Barra 1 mm. H = hueco; CE = capa endurecida.

H

CE

CE

CE

CE

B

C D

A

E

90

IV.8.5. Capacidad de rehidratación

En la Figura 40 que corresponde a las imágenes obtenidas de las muestras

rehidratadas de los esquemas analizados experimentalmente mediante el secado

aplicando ciclos de atemperado, se ve el daño que causó la deshidratación

convencional sobre las paredes celulares de la muestra sin escalde (Figura 40A) se

pierde la forma original y el aspecto turgente del tejido fresco, lo que se le atribuye a

las condiciones severas de deshidratación, coincidiendo con Severini y col. (2005), el

contacto permanente del material con el aire caliente, y a que no hubo un tratamiento

previo que ayudara a los tejidos a soportar las condiciones de operación, que se

logra con el escalde al modificar la permeabilidad de la pared celular.

Mientras que el almidón que se encuentra en la parte interna de las células

(Figura 40B-AL), también presentan un daño estructural debido al desorden y

compactación que se observa, con un aspecto filamentoso.

De manera general en las imágenes de la Figura 40 se corrobora lo establecido

cuando se discutieron las características físicas de los cubos de papa, y ahora se

puede concluir que la capacidad de rehidratación corresponde, en forma mayoritaria,

a la incorporación de agua por el almidón de la papa, que fue no dañado durante el

deshidratado, para el proceso de gelatinización, por lo que para las muestras con

condiciones muy drásticas de secado, la capacidad pareciese mayor.

91

SUPERFICIE REHIDRATADO

CONV. SIN ESCALDAR [115.906]

CENTRO REHIDRATADO

CONVENCIONAL S/ ESCALDE [89.308]

SUPERFICIE REHIDRATADO

CONVENCIONAL ESCALDADO [104.752]

CENTRO REHIDRATADO

CONVENCIONAL ESCALDADO [97.220]

SUPERFICIE REHIDRATADO

ATEMPERADO 5X5 [116.754]

CENTRO REHIDRATADO

ATEMPERADO 5X5 [98.146]

SUPERFICIE REHIDRATADO

ATEMPERADO 5X10 [94.817]

CENTRO REHIDRATADO

ATEMPERADO 5X10 [105.930]

SUPERFICIE REHIDRATADO ATEMPERADO

10X5 [99.326]

CENTRO REHIDRATADO ATEMPERADO

10X5 [98.741]

E I

B F J

C G

D

H

AL AL AL

AL

PC PC

PC

PC

PC

PC

Figura 40. Microfotografías electrónicas de barrido de las muestras de papa rehidratadas, en agua a ebullición por 20 minutos 150X Barra 100 μm. [Luminosidad].

D

A

PC

92

V. CONCLUSIONES

De acuerdo a los resultados mostrados y discutidos a lo largo del presente trabajo,

se llegó a las siguientes conclusiones:

El escaldado de los cubos de papa con metabisulfito de sodio desnaturaliza y

separa las paredes celulares del tejido, por lo que se mejora la velocidad de

salida de la humedad de las muestras durante el secado convencional.

El escaldado también causa rupturas en la pared celular lo que permite la

movilidad del agua y la hace disponible para los almidones de acuerdo a los

valores obtenidos para el coeficiente de difusión.

El aumento en la temperatura superficial de las muestras y la disponibilidad de

humedad, generan perfiles de humedad internos debido a la gelatinización del

almidón y que forma una capa endurecida en las orillas del cubo como

consecuencia de procesos de encogimiento.

El secado con ciclos de atemperado reduce la formación de la capa endurecida

debido a la migración de humedad, que se ve favorecida durante los tiempos de

reposo.

El secado con ciclos de atemperado evita la formación de grietas y huecos

internos debido al menor estrés térmico y un reducido diferencial de presiones

parciales internas.

Los cubos de papa secados de manera convencional presentan un menor daño al

almidón con respecto al deshidratado con ciclos de atemperado, pero no es así

para la estructura general, cuantificado mediante la capacidad de rehidratación.

La velocidad de eliminación de humedad, cuantificada como tiempo efectivo de

proceso se ve favorecida de manera general por los ciclos de atemperado con

tiempos de reposo iguales o mayores a los tiempos de aireación ya que la

aparición de impedimentos estructurales es tardía.

93

Las condiciones de secado que permiten a los cubos de papa escaldados un

menor daño estructural causado por la presencia de una capa endurecida, una

capacidad de rehidratación dentro del promedio analizado y un ahorro en el

tiempo de aireación del 34% corresponden a tiempos menores de aireación y

mayores de reposo en una relación 1:2, perdiendo el 88% del almidón resistente.

Las condiciones de secado que permiten una mejor capacidad de rehidratación,

debido al alto contenido final de almidón en los cubos de papa escaldados y

tiempos de aireación 14% menores con respecto al secado convencional, son

aquellas en las que se tienen tiempos de aireación mayores que los tiempos de

reposo, en una relación 2:1, con una pérdida del 11% del almidón resistente.

94

VI. REFERENCIAS

Aguilera, J. 2005. Why food microstructure? Journal of Food Engineering. 67: 3–11.

Aguilera, J.M. & Stanley, D. W. 1990. Microstructural principles of food processing &

engineering. Ed. Elsevier Applied Science. England.

Anaya, S. I., Cruz, M. T., Santiago, T., Muñoz, J. L. and Vizcarra, M. 2003. Quality

assessment of dried-bean with biochemical parameters. International Journal of Food

Propierties. 6(3): 449-459.

Andersson, A., Gekas, V., Lind, I., Oliveira, F. and Richard öste. 1994. Effect of

preheating on potato texture. Critical Reviews in Food Science and Nutrition.

34(3):229-251.

AOAC. 1995. Official methods of analysis. 13th ed. Arlington, Virginia. Association of

Official Analytical Chemist International. pp. 130-143.

Arévalo-Pinedo, A. & Xidieh, F. 2007. Influence of pre-treatments on the drying

kinetics during vacuum drying of carrot and pumpkin. Journal of Food Engineering.

80:152-156.

Barbosa-Cánovas, V. G., & Vegas, M. H. 1996. Dehydration of food. Ed. Chapman

and Hall. USA.

Bartolome, L. & Hoff, J. 1972. Firming of potatoes: biochemical effects of preheating.

Journal of agricultural and food chemistry. 20(2):266-270.

Biliaderis, C. G. 1989. The structure and interactions of starch with food constituents.

Canadian journal of physiology and pharmacology. 69:60-78.

95

Bimbenet J.J., Bonazzi C., and Dumoulin E. 2002. Drying of foodstuffs. Proceedings

of the 13th International Drying Symposium (IDS’ 2002) Beijing, China, 27-30 August’

2002, vol. A, pp. 64.

Brennan, J. G., Butters, J. R., Crowell, N. D. y Lilli, A. E. V. 1986. Deshidratación. Las

operaciones unitarias de la ingeniería de los alimentos. Acribia. Zaragoza, España.

Capriste y col. 1988. Citado por Aguilera, J.M., Stanley, D. W. 1990. Microstructural

principles of food processing & engineering. Ed. Elsevier Applied Science. England.

Charley, H. 1999. Tecnología de alimentos. Limusa - Noriega Editores. México.

Cheftel, J. C. & Cheftel, H. 1992. Introducción a la bioquímica y tecnología de los

alimentos. Vol. 1. 2da. reimpresión. Ed. Acribia. Zaragoza, España.

Chen, Ch. & Wu, P. 2000. The study the interrupted drying technique for rough rice.

Drying Technology. 18 (19):2381 - 2397.

Chou, S. K. & Chua, K. J. 2001. New hybrid heat pump drying technologies-status

and potential for drying food and heat sensitive materials. IADC Proceedings. Boca

del río. Veracruz. México.

Chua, K. J., Mujumdar, A. S., Chou, S. K., Hawlader, M. N. A. and Ho, J. C. 2000.

Convective drying of banana, guava y potato pieces: Effect of cyclical variation of air

temperature on drying kinetics and color change. Drying Technology. 18(4) y (5): 907-

936.

Chua, K. J., Mujumdar, A. S. and Chou, S. K. 2003. Intermittent drying of

bioproductos – an overview. BioresourceTechnology. 90: 285-295.

96

Cunningham, D. E., McMinn,W. A. M., Magee, T. R. A. and Richardson, P. S. 2008.

Experimental study of rehydration kinetics of potato cylinders. Food and Bioproducts

Processing. 86:15-24.

Dong, Ch. X, Lung, Ch. Y., Xuqi, L. S., James, B. 2006. In situ ESEM examination of

microstructural changes of an apple tissue sample undergoing low-pressure air-drying

followed by wetting. Drying Technology. 24:965-972.

Earle, R. L. 1979. Ingeniería de los alimentos. Editorial Acribia. España.

Fano Castro, P.; Cruz y Victoria, M. T.; Anaya Sosa, I.; Vizcarra Mendoza, M.;

Santiago Pineda, T. 2008. Biochemical quality assessment of dehydrated carrots.

International Journal of Food Properties. 11(1):13–23.

Farkas, J. & Mohácsi-Farkas C. 1996. Application of differential scanning calorimetry

in food research and food quality assurance. Journal of Thermal Analysis. 47:1787-

1803.

Fedec, P., Ooraikul, B & Hadziyev, D. 1977. Microstructure of raw and granuled

potatoes. Journal of Institute Canadian of Science Technology Alimentary. 10(4):295-

306.

Fennema, O. R. 1985. Introducción a la ciencia de los alimentos. Editorial Revertè S.

A. Parte 1. Barcelona, España.

Geankoplis, C. J. 1998. Procesos de transporte y operaciones unitarias. 3ra. Edición.

Editorial CECSA. México.

Gögüs, F. & Maskan, M. 1998. Water transfer in potato during air drying. Drying

Technology. 16(8):1715-1728.

97

Gowen, A. A., Abu-Ghannam, N., Frias, J. M., Barat, J. M., Andres, A. M. and

Oliveira, J. C. 2006. Comparative study of quality changes occurring on dehydration

of cooked chickpeas (Cicer arietinum L.) subjected to combined microwave-

convective and convective hot air dehydration. Journal of Food Science. 71(6):E282-

E289.

Hadziyev, D. & Steele, L. 1979. Advances in food research. Chap. Dehydrated

mashed potatoes – chemical and biochemical aspects. Ed. Academic Press, Inc.

Canada.

Haranda, T. & Paulus K. 1986. Analytical methods to characterize the cooking

behavior of potatoes. Lebensm.-Wiss, U.-Technol. 19:39-43.

Hart, F., Leslie, A. M., Fisher, H. J. 1991. Análisis moderno de los alimentos. Ed.

Acribia. 2da. reimpresión. Zaragoza. España.

Iyota, H., Onuma, T. and Nomura T. 2001. Drying of sliced raw potatoes superheated

steam and hot air. Drying Technology. 19(7):1411-1424.

Karim, A. A.; Toon, L. C.; Lee, V. P. L.; Ong, W. Y.; Fazilah, A. and Noda, T. 2007.

Effects of phosphorus contents on the gelatinization and retrogradation of potato

starch. Journal of Food Science. Food Chemistry and toxicology. 72(2):C132-c138.

Karlsson, M. E. & Eliasson, A. 2003. Gelatinization and retrogradation of potato

(Solanum tuberosum) starch in situ as assessed by differential scanning calorimetry

(DSC). Lebensm.- Wiss. U.-Tecnol. 36:735-741.

Kunii, D. & Levenspiel, O. 1991. Fluidization Engineering. Butterworth-Heinzmann.

USA.

98

Krokida, M. & Marinos-Kouris, D. 2003. Rehydration kinetics of dehydrated products.

Journal of Food Engineering. 57:1-7.

Lewiki, P. P. 1998. Some remarks on dehydration of dried foods. Journal of Food

Engineering. 36:81-87.

Lewicki, P. P. & Pawlak, G. 2005. Effect of mode of drying on microstructure of

potato. Drying Technology. 23:847-869.

Lewicki, P. P. & Wiczkowska, J. 2006. Rehydration of apple dried by different

methods. International. Journal of Food Properties. 9:217-226.

Lisinska, G. & Golubowska G. 2005. Structural changes of potato tissue during

French fries production. Food Chemistry. 93:681-687.

Liu, Q., Lu, X. & Yada, R. 2005. The effect of various potato cultivars at different

times during growth starch content determined by DSC. Journal of Thermal Analysis

and Calorimetry. 79:13-18.

Lozano, J. E.; Urbican, M. J. and Rotstein, E. 1983. Shrinkage, porosity and bulk

density of foodstuffs and changing moisture content. Journal of Food Science.

48:1497-1502.

McMinn, W. & Magee, T. 1997. Physical characteristics of dehydrated potatoes – Part

I. Journal of Food Engineering. 33:49-55.

Magee, R. & Wilkinson C. 1992. Influence of process variables on the drying of potato

slices. International Journal of Food Science and Technology. 27:541-549.

99

Martínez N. N., Andrés, G. A. M., Chiralt, B.A. y Fito, M. P. 1999. Termodinámica y

cinética de sistemas alimento entorno. 1ra. Edición. Editorial Servicio de

Publicaciones. México (IPN) - España (UPV).

Mayor, L. & Sereno, A. M. 2004. Modeling shrinkage during convective drying of food

materials: a review. Journal of Food Engineering. 61:373-386.

Mc Cabe, W. L., Smith, J. C. y Harriot, P. 2002 Operaciones unitarias en la ingeniería

química. 6ta. edición. Editorial Mc Graw Hill. USA.

McMinn, W. A. M. & Magee, T. R. A. 1997. Physical characteristics of dehydrated

potatoes-Part II. Journal of Food Engineering. 33:49-55.

Morales, Ch. N. 2004. Secado de papa (Solanum tuberosum) por lote con ciclos de

atemperado. Tesis licenciatura. ENCB - IPN. México.

Mujumdar, A. S. 2000. Fluidized Bed Drying Technology. Devahastin, S. Ed.

Mujumdar’s Practical Guide to Industrial Drying Exergex Corp. Montereal.

Omerod, A., Ralfs, J., Jobling, S. and Gidley, M. 2002. The influence of starch

swelling on the material properties of cooked potatoes. Journal of Materials Science.

37:1667-1673.

Pan, Y. K., Wu, H., Li, Z. Y., Mujumdar, A. S. and Kudra, T. 1997. Effect of a

tempering period on drying of carrot in a vibro-fluidized bed. Drying Technology. 15(6-

8):2037-2043.

Pan, Y. K., Zhao, L. J., Dong, Z. X., Mujumdar, A. S. and Kudra, T. 1999. Intermittent

drying of carrot in a vibrated fluid bed: effect on product quality. Drying Technology –

An International Journal. 17 (10): 2323-2340.

100

Perré, P. & May, Bee. 2007. The existence of a first drying stage for potato proved by

two independent methods. Journal of Food Engineering. 78:1134-1140.

Pilosof, Ana y Bartholomai Gualterio. 2000. Caracterización funcional y estructural de

proteínas. EUDEBA. Buenos Aires, Argentina.

Pimparporn, P., Sakamon, D. and Chiewchan, N. 2007. Effects of combined

pretreatments on drying kinetics and quality of potato chips undergoing low pressure

superheated steam drying. Journal of Food Engineering. Article in press. doi:

10.1016/j.jfoodeng.2006.11.009.

Pravisani, C. I., Califano, A. N. and Calvelo, A. 1985. Kinetics of starch gelatinization

in potato. Journal of Food Science. 50:657-660.

Raghavan, G. S. V., Rennie, T. J., Sunjka, P. S., Orsat, V., Phaphuangwittayakul, W.,

and Terdtoon, P. 2005. Overview of new techniques for drying biological materials

with emphasis on energy aspects. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 22 (02):

195-201.

Ranganna, S. 1986. Handbook of analysis and quality control for fruit and vegetable

products. 2nd Edition. McGraw-Hill Publishing Company. New Delhi.

Ratti y col., 1994. Citado por Morales, Ch. N. 2004. Secado de papa (Solanum

tuberosum) por lote con ciclos de atemperado. Tesis licenciatura. ENCB - IPN.

México.

Rojas-Molina, I.; Gutiérrez-Cortez, E.; Palacios-Fonseca, A.; Baños, L.; Pons-

Hernández, J. L.; Guzmán-Maldonado, S. H.; Pineda-Gómez, P. y Rodríguez, M. E.

2007. Study of structural and thermal changes in endosperm of quality protein maize

during traditional nixtamalization process. Cereal Chemestry. 84(4):304-312.

101

Sandoval, A. A., Rodríguez, S. E. y Fernández, Q. A. 2005. Aplicación del análisis

por calorimetría diferencial de barrido (DSC) para la caracterización de las

modificaciones del almidón. DYNA. 72:146.

Seader, J. D. & Henley J. E. 1998. Separation Process Principles. Ed. John Wiley &

Sons. USA.

Severini, C.; Baiano, a.; Teresa, D. P.; Carbone, F. B.; and Derossi, A. 2005.

Combined treatments of blaching and dehydration: Study on potato cubes. Journal of

Food Engineering. 68:289-296.

Sharma, S. K., Mulvaney, S. J. and Rizvi, S. S. 2003. Ingeniería de los alimentos.

Operaciones unitarias y prácticas de laboratorio. Editorial Limusa – Wiley. USA.

Slade & Levine 1991. Citado por Pilosof, Ana & Bartholomai Gualterio. 2000.

Caracterización funcional y estructural de proteínas. EUDEBA. Buenos Aires,

Argentina.

Singh, J. & Narpinder, S. 2003. Studies on the morphological and rheological

properties of granular cold water soluble corn and potato starches. Food

hydrocolloids. 17:63-72.

Stayler, E. M. 1970. Optical methods in biology. Wiley.

Tejeda, A.; Montesinos, R. M.; Guzmán, R. 1995. Bioseparaciones. Editorial Unison,

Hermosillo Sonora, México.

Tolaba, M. P., Aguirre, R. J. and Suárez, C. 1999. Drying Simulation of corn with

tempering. Drying Technology. 17(6) 1081-1093

102

Treybal, R. E. 1983. Secado. Operaciones de transferencia de masa Mc. Graw-Hill.

México. pp. 655-716.

Wang y col. 1991. Citado por Pilosof, Ana & Bartholomai Gualterio. 2000.

Caracterización funcional y estructural de proteínas. EUDEBA. Buenos Aires,

Argentina.

Witrowa-Rajchert, D. & Lewicki, P. P. (2006) Rehydration properties of dried plant

tissues. International Journal of Food Science and Technology. 41:1040-1046.

Yacamán, M. J., & Reyes, G. J. 1995. Microscopía electrónica. Una visión del

microcosmos. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Fondo de Cultura

Económica. México.

103

VII. ANEXOS

ANEXO I. Características físicas de cubos frescos.

ANEXO II. Características de cubos escaldados.

ANEXO III. Curva de fluidización.

ANEXO IV. Secado en lecho fluidizado convencional sin escalde.

ANEXO V. Secado en lecho fluidizado convencional escaldado.

ANEXO VI. Secado con ciclos de atemperado 5X5.

ANEXO VII. Secado con ciclos de atemperado 5x10.

ANEXO VIII. Secado con ciclos de atemperado 10X5.

ANEXO IX. Microfotografías electrónicas de barrido.

ANEXO VI. Secado con ciclos de atemperado 5X5.

Aire Muestra Aire Muestra Aire Muestra

0 210.4 69.8 19.5 210.1 69.6 17.4 210.8 70.3 17.2 0 210.43 1.0000 0.0000

1 205.7 42.9 26.5 205.9 43.0 28.2 206.1 43.1 27.5 1 205.90 0.9741 -0.0263

2 197.9 40.0 29.2 198.6 39.4 30.6 198.2 39.9 30.2 2 198.23 0.9302 -0.0723

3 186.4 39.1 30.5 186.8 36.7 31.0 186.9 38.6 32.0 3 186.70 0.8643 -0.1459

4 175.2 38.9 32.1 174.1 37.0 32.8 176.1 38.7 33.0 4 175.13 0.7981 -0.2255

5 162.3 39.2 35.6 161.9 38.0 35.8 165.2 39.5 39.4 5 163.13 0.7295 -0.3154

A1 161.3 70.0 29.4 160.9 70.0 28.4 160.9 70.0 30.4 10 161.03 0.7175 -0.3320

1 148.3 39.7 36.2 147.9 37.9 40.2 149.1 39.6 39.2 11 148.43 0.6454 -0.4379

2 139.6 40.2 42.1 138.4 38.1 47.0 140.1 40.3 42.3 12 139.37 0.5935 -0.5216

3 132.7 50.1 43.9 131.5 54.4 49.9 133.2 49.7 44.3 13 132.47 0.5541 -0.5904

4 126.2 52.2 45.9 125.0 55.4 45.9 126.2 51.1 46.3 14 125.80 0.5160 -0.6617

5 119.4 55.0 47.2 118.9 56.6 47.2 118.7 54.4 48.4 15 119.00 0.4771 -0.7401

A2 118.1 70.0 32.0 117.0 70.0 34.2 117.9 70.0 36.2 20 117.67 0.4694 -0.7562

1 111.3 51.3 42.9 110.2 53.1 42.8 110.3 51.4 43.4 21 110.60 0.4290 -0.8463

2 106.3 57.8 49.9 105.9 60.3 54.2 105.2 56.9 49.2 22 105.80 0.4016 -0.9124

3 102.4 61.0 56.0 102.0 62.9 54.2 101.7 60.2 55.3 23 102.03 0.3800 -0.9675

4 99.1 64.2 57.1 98.2 65.8 57.6 98.9 63.7 55.9 24 98.73 0.3612 -1.0184

5 95.2 68.2 57.5 94.9 68.7 58.4 94.3 67.2 56.0 25 94.80 0.3387 -1.0828

A3 93.4 70.0 31.0 93.2 70.0 34.6 92.3 70.0 34.0 30 92.97 0.3282 -1.1142

1 89.1 61.7 49.0 89.1 62.3 48.6 88.4 62.0 48.9 31 88.87 0.3047 -1.1883

2 86.9 66.4 56.0 86.7 66.0 49.2 86.3 66.2 57.3 32 86.63 0.2920 -1.2312

3 85.1 70.2 57.3 84.6 67.8 50.6 84.1 69.2 58.1 33 84.60 0.2803 -1.2718

4 83.1 70.7 59.1 82.6 69.4 52.3 82.9 71.2 59.3 34 82.87 0.2704 -1.3078

5 81.3 71.0 62.0 80.7 71.4 54.2 81.7 71.0 62.4 35 81.23 0.2611 -1.3430

A4 80.2 70.0 33.0 79.1 71.0 35.4 80.5 70.0 34.2 40 79.93 0.2536 -1.3719

1 77.1 64.9 41.9 76.4 61.8 41.8 76.9 65.6 42.1 41 76.80 0.2357 -1.4451

2 75.3 68.7 45.9 75.0 65.8 45.8 74.9 69.0 46.0 42 75.07 0.2258 -1.4881

3 73.7 69.9 47.6 73.4 69.6 48.4 73.2 71.2 48.5 43 73.43 0.2165 -1.5303

4 72.6 70.0 59.9 72.2 69.7 59.7 72.5 71.0 60.0 44 72.43 0.2107 -1.5571

5 71.1 70.0 61.9 70.9 69.7 61.6 70.9 71.0 62.4 45 70.97 0.2024 -1.5977

A5 70.1 70.0 36.9 70.0 70.0 38.8 70.2 70.0 37.2 50 70.10 0.1974 -1.6225

1 68.2 67.8 53.4 67.9 66.4 52.8 67.8 67.3 53.1 51 67.97 0.1852 -1.6863

2 66.9 68.5 56.5 66.8 69.6 56.0 66.4 68.7 55.2 52 66.70 0.1780 -1.7262

3 66.1 69.2 63.6 65.7 69.0 62.6 62.9 69.7 63.0 53 64.90 0.1676 -1.7859

4 65.0 70.1 65.7 64.5 70.6 64.8 64.3 70.0 65.0 54 64.60 0.1659 -1.7961

5 64.5 70.0 66.1 63.4 70.3 67.2 64.4 71.0 66.0 55 64.10 0.1631 -1.8135

A6 62.3 70.0 38.9 62.0 70.0 39.0 62.4 70.0 39.2 60 62.23 0.1524 -1.8812

1 60.9 68.1 58.3 60.8 66.1 58.4 60.4 65.1 58.3 61 60.70 0.1436 -1.9405

2 60.1 69.0 62.3 60.0 67.7 62.8 59.8 67.2 61.5 62 59.97 0.1394 -1.9701

3 59.3 69.7 62.3 59.3 70.3 65.8 59.2 69.6 62.3 63 59.27 0.1354 -1.9992

4 58.4 70.1 62.9 58.3 70.7 68.0 58.5 70.1 62.3 64 58.40 0.1305 -2.0365

5 57.6 70.1 62.9 57.5 70.9 69.8 57.8 71.2 62.4 65 57.63 0.1261 -2.0707

A7 56.6 70.0 39.9 56.5 70.0 39.4 56.9 70.0 39.5 70 56.67 0.1206 -2.1155

1 55.7 69.5 64.2 55.3 68.8 53.8 55.4 70.1 53.7 71 55.47 0.1137 -2.1741

2 54.9 69.9 64.2 54.4 70.5 61.2 54.6 70.4 62.1 72 54.63 0.1089 -2.2170

3 54.3 70.0 65.1 54.2 70.3 63.2 54.1 69.8 63.2 73 54.20 0.1065 -2.2400

4 53.9 70.0 65.9 53.4 70.0 65.8 53.7 69.8 64.9 74 53.67 0.1034 -2.2690

5 52.8 70.0 66.2 52.8 70.0 66.9 52.6 69.8 66.0 75 52.73 0.0981 -2.3220

A8 51.8 70.0 40.1 51.8 70.0 39.4 51.2 70.0 39.9 80 51.60 0.0916 -2.3904

1 50.9 71.2 65.2 51.2 69.0 64.8 50.2 71.0 55.0 81 50.77 0.0868 -2.4438

2 50.5 71.1 66.9 50.7 68.9 66.2 49.8 71.0 58.2 82 50.33 0.0843 -2.4728

3 50.2 70.9 67.1 50.4 69.2 67.1 49.6 71.5 62.5 83 50.07 0.0828 -2.4910

4 50.0 70.8 67.9 50.1 70.3 67.8 49.4 71.0 66.4 84 49.83 0.0815 -2.5073

5 49.9 70.9 67.9 49.6 70.6 68.0 49.2 71.0 67.6 85 49.57 0.0800 -2.5262

A9 49.4 70.5 45.1 49.1 70.0 44.2 48.9 70.0 44.7 90 49.13 0.0775 -2.5577

1 48.9 69.3 62.1 48.5 66.1 61.8 48.1 69.4 61.2 91 48.50 0.0739 -2.6056

2 48.4 69.5 63.6 48.2 69.6 65.2 47.9 70.0 63.7 92 48.17 0.0720 -2.6317

3 47.6 70.0 65.9 47.8 70.6 67.0 47.7 70.0 65.1 93 47.70 0.0693 -2.6694

4 47.3 70.1 66.9 47.5 70.8 67.8 47.5 70.5 66.8 94 47.43 0.0678 -2.6917

5 47.1 70.1 67.0 47.2 70.5 68.2 47.2 70.5 67.9 95 47.17 0.0662 -2.7145

A10 47.0 70.1 57.3 47.0 70.5 46.2 47 70.5 46.9 100 47.00 0.0653 -2.7290

Ln XTiempo

(min)

Corrida 1 Corrida 2 Corrida 3

Peso

(g)

Temperatura (°C) Peso

(g)

Temperatura (°C) Peso

(g)

Temperatura (°C)T

(min)

Peso

promedio

(g)

Humedad

adimensional

Promedio X*

Anexo VI

-Pág. 1 de 6 -

ANEXO VI. Secado con ciclos de atemperado 5X5.

1 2 3 2.06 2.12 2.03

Peso inicial (g) = 210.40 210.10 210.80 0.34 0.36 0.35

Peso final (g) = 47.00 47.00 47.00 1.72 1.76 1.68

Hum. inicial (g) = 175.67 174.42 174.46 0.34 0.36 0.35

S.S. (g) = 34.73 35.68 36.34 83.50 83.02 82.76

Hum. Elim. (g) = 163.40 163.10 163.80 16.50 16.98 17.24

Hum. Elim. (%) = 77.66 77.63 77.70

S.S. (%) = 22.34 22.37 22.30

Hum. final (g) = 12.27 11.32 10.66

Hum. fin (%) = 5.83 5.39 5.05

Temperatura (°C)= 70.00 70.00 70.00

V flujo sup. (m/s) = 15.40 15.40 15.40

rpm = 705.00 705.00 705.00

Htz. = 25.00 25.00 25.00

1 0.7752 0.064238

2 0.7390 0.079450

3 0.8057 0.629830

4 0.8738 0.044080

5 0.8878 0.043074

6 0.9144 0.038401 0.9233 0.006041

7 0.9261 0.036131 0.1083 0.002957 0.00431681

8 0.9306 0.038294

9 0.9606 0.025361

10 0.9600 0.030855

1 2.02147E-09 1.5671E-09 3.2404E-09 m2/s

2 2.50017E-09 1.8476E-09

3 1.98198E-08 1.5968E-08 2.6776E-09 m2/s

4 1.38713E-09 1.2121E-09

5 1.35547E-09 1.2034E-09

6 1.20842E-09 1.1050E-09

7 1.13699E-09 1.0529E-09

8 1.20505E-09 1.1214E-09

9 7.98072E-10 7.6662E-10

10 9.7096E-10 9.3210E-10

CONDICIONES DE SECADO

Peso inicial (g) =

Humedad (g) =

CORRIDA Humedad Equilibrio muestra

PERIODO

Pendientes

Cubo de papaVolumen (cm

3)

Req

(m)

PERIODO Fracción de peso

perdido X

CALCULO DEL COEFICIENTE DIFUSIVO

Deff promedio ponderado =

Deff promedio =

Atemperado 5X5

Deff

PonderadoDeff

media Ln Req

(m)ESCALDADA

% S. S. =

Peso final (g) =

S. S. (g) =

% de Humedad =

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0 20 40 60 80 100 120

Ln X

Tiempo (min)

COEFICIENTE DIFUSIVO

mR

D.

2

eq

ef

π

Anexo VI

-Pág. 2 de 6 -

ANEXO VI. Secado con ciclos de atemperado 5X5.

Lote 1 0.579 0.592 0.425

Lote 2 0.553 0.539 0.399

Lote 3 0.542 0.546 0.421

a

b

c

Lote 1 10 0.11

Lote 2 10 0.11

Lote 3 10 0.11

Lote 1 1.4738

Lote 2 1.4379

Lote 3 1.3942

Lote 1

Lote 2

Lote 3

a

largo

b

ancho

c

alto

1.05

1.10

Número de

cubos

volumen

unitario

(cm3)

masa

(g)

VOLUMEN (cm3) = 0.1083 0.0029

Número de cubos

10

10

10

volumen (cm3)

1.10

1.05

0.2972

0.2927

0.2972

RADIO DE ESFERA EQUIVALENTE

(cm) =0.00260.2957

COEFICIENTE DE ENCOGIMIENTO = 0.1295

CARACTERÍSTICAS DE CUBOS DESHIDRATADOS

Número de cubos

10

10

10

DIMENSIONES (cm) =

0.5580

0.5590

0.4150

0.0190

0.0288

0.0140

volumen

desplazado

(cm3)

1.10

DENSIDAD (g/cm3) = 1.3256 0.0525

Radio

equivalente

1.10

densidad

(g/cm3)

1.3398

1.3694

1.2675

c

b

a

±±

±

±

±

±

Anexo VI

-Pág. 3 de 6 -

ANEXO VI. Secado con ciclos de atemperado 5X5.

Lote 1 20 0.7803 2.6856 6.3032 34.7262 94.1665

Lote 2 20 0.7803 2.1048 5.8621 35.6774 94.6108Lote 3 20 0.7803 1.8015 5.4430 36.3448 94.9454

Lote 1 15.6666 84.3334

Lote 2 11.3431 88.6569

Lote 3 9.1059 90.8941

87.96 3.34

Lote 1

Lote 2

Lote 3

COEFICIENTE DE REHIDRATACIÓN

Número de cubosPeso de 1 pieza

fresca (g)

Peso

deshidratad

o (g)

Peso

drenado

(g)

S. S. inicial

(%)

S. S. seco

(%)

Humedad cubo rehidratado (%) =

Capacidad de absorción de aguaCapacidad de

retención de sólidos

S. S. rehidratado

(%)

Humedad

rehidratado (%)

0.5144 0.3905 0.2008

0.5122 0.3339 0.1710

CAPACIDAD DE

REHIDRATACIÓN

0.4934 0.2898 0.1430

Capacidad de rehidratación = 0.1716 0.0289±

±

Anexo VI

-Pág. 4 de 6 -

ANEXO VI. Secado con ciclos de atemperado 5X5.

Lote 1 10 0.6990 0.6920 0.4980

Lote 2 10 0.6900 0.6960 0.4810

Lote 3 10 0.6950 0.6910 0.5260

a

b

c

Lote 1 10

Lote 2 10

Lote 3 10

Lote 1 10 2.8013

Lote 2 10 2.9880

Lote 3 10 3.3293

Lote 1

Lote 2

Lote 3

a

largo

b

ancho

c

alto

CARACTERÍSTICAS DE CUBOS REHIDRATADOS

0.3745

Número de

cubos

masa

(g)

densidad

(g/cm3)

volumen (cm3)

DIMENSIONES

(cm) =

Número de

cubos

VOLUMEN (cm3) = 0.2567 0.0404

0.6947

0.6930

0.5017

0.0045

0.0026

0.0227

volumen

desplazado

(cm3)

2.50

2.20

3.00

volumen unitario

(cm3)

Número

de cubos

2.50

2.20

3.00

1.1205

1.3582

1.1098

0.25

0.22

0.30

0.4153

RADIO EQUIVALENTE DE ESFERA

(cm) =0.3935 0.0205

COEFICIENTE DE

ENCOGIMIENTO =0.3068

DENSIDAD (g/cm3) = 0.14041.1962

Radio

equivalente 0.3908

c

b

a

±±

±

±

±

±

Anexo VI

-Pág. 5 de 6 -

ANEXO VI. Secado con ciclos de atemperado 5X5.

Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido de una muestra de cubos de papa

completos después de un esquema de secado 5X5.

Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido de una muestra de superficie de

cubos de papa después de un esquema de secado 5X5.

Termograma de Calorimetría Diferencial de Barrido de una muestra de centros de

cubos de papa después de un esquema de secado 5X5.

Anexo VI

-Pág. 6 de 6 -

ANEXO IX. Microfotografías electrónicas de barrido de muestras deshidratadas usando esquemas de atemperado.

Anexo IX Página 1 de 7

5 MIN AIREACIÓN [87.280]

ATEMPERADO 1 [95.375]

10 MIN AIREACIÓN [113.433]

ATEMPERADO 2 [95.322]

15 MIN AIREACIÓN [104.703]

ATEMPERADO 3 [74.705]

20 MIN AIREACIÓN [114.887]

ATEMPERADO 4 [89.231]

25 MIN AIREACIÓN [131.984]

ATEMPERADO 5 [110.136]

30 MIN AIREACIÓN [116.566]

ATEMPERADO 6 [104.440]

35 MIN AIREACIÓN [88.651]

ATEMPERADO 7 [93.627]

40 MIN AIREACIÓN [119.401]

ATEMPERADO 8 [110.018]

45 MIN AIREACIÓN [109.541]

ATEMPERADO 9 [97.437]

Microfotografías electrónicas de barrido de superficies de muestras de papas deshidratadas con ciclos de atemperado 5X5. 150X Barra 100 μm. [Luminosidad].

A

B

C

G M

H N

I O

D J P

E K Q

F L R

ANEXO IX. Microfotografías electrónicas de barrido de muestras deshidratadas usando esquemas de atemperado.

Anexo IX Página 2 de 7

5 MIN AIREACIÓN [92.139]

ATEMPERADO 1 [85.222]

10 MIN AIREACIÓN [101.654]

ATEMPERADO 2 [123.031]

15 MIN AIREACIÓN [83.108]

ATEMPERADO 3 [95.703]

20 MIN AIREACIÓN [118.159]

ATEMPERADO 4 [94.774]

25 MIN AIREACIÓN [121.114]

ATEMPERADO 5 [119.212]

30 MIN AIREACIÓN [99.372]

ATEMPERADO 6 [89.625]

35 MIN AIREACIÓN [105.144]

ATEMPERADO 7 [107.255]

40 MIN AIREACIÓN [82.576]

ATEMPERADO 8 [105.892]

45 MIN AIREACIÓN [96.156]

ATEMPERADO 9 [99.136]

Microfotografías electrónicas de barrido de centros de muestras de papas deshidratadas con ciclos de atemperado 5X5. 150X Barra 100 μm. [Luminosidad].

A G M

B H N

C I O

D J P

E K Q

F L R

ANEXO IX. Microfotografías electrónicas de barrido de muestras deshidratadas usando esquemas de atemperado.

Anexo IX Página 3 de 7

5 MIN AIREACIÓN [93.897]

ATEMPERADO 1 [115.167]

10 MIN AIREACIÓN [128.669]

ATEMPERADO 2 [121.429]

15 MIN AIREACIÓN [91.321]

ATEMPERADO 3 [96.903]

20 MIN AIREACIÓN [92.580]

ATEMPERADO 4 [106.613]

25 MIN AIREACIÓN [104.477]

ATEMPERADO 5 [121.375]

30 MIN AIREACIÓN [116.654]

ATEMPERADO 6 [112.448]

35 MIN AIREACIÓN [122.767]

ATEMPERADO 7 [113.176]

40 MIN AIREACIÓN [101.561]

ATEMPERADO 8 [101.576]

45 MIN AIREACIÓN [132.147]

Microfotografías electrónicas de barrido de superficies de muestras de papas deshidratadas con ciclos de atemperado 5X10. 150X Barra 100 μm. [Luminosidad].

A

B

C

G M

H N

I O

D J P

E K Q

F L

ANEXO IX. Microfotografías electrónicas de barrido de muestras deshidratadas usando esquemas de atemperado.

Anexo IX Página 4 de 7

5 MIN AIREACIÓN [95.693]

ATEMPERADO 1 [94.559]

10 MIN AIREACIÓN [111.361]

ATEMPERADO 2 [107.269]

15 MIN AIREACIÓN [83.930]

ATEMPERADO 3 [96.511]

20 MIN AIREACIÓN [107.269]

ATEMPERADO 4 [100.380]

25 MIN AIREACIÓN [120.049]

ATEMPERADO 5 [91.096]

30 MIN AIREACIÓN [96.990]

ATEMPERADO 6 [107.654]

35 MIN AIREACIÓN [122.534]

ATEMPERADO 7 [101.087]

40 MIN AIREACIÓN [100.867]

ATEMPERADO 8 [103.619]

45 MIN AIREACIÓN [117.831]

Microfotografías electrónicas de barrido de centros de muestras de papas deshidratadas con ciclos de atemperado 5X10. 150X Barra 100 μm. [Luminosidad].

A

B

C

D

G M

H

I

N

O

J P

E K Q

F L

ANEXO IX. Microfotografías electrónicas de barrido de muestras deshidratadas usando esquemas de atemperado.

Anexo IX Página 5 de 7

10 MIN AIREACIÓN [125.914]

ATEMPERADO 1 [116.719]

20 MIN AIREACIÓN [128.537]

ATEMPERADO 2 [120.626]

30 MIN AIREACIÓN [123.178]

ATEMPERADO 3 [120.492]

40 MIN AIREACIÓN [121.748]

ATEMPERADO 4 [114.096]

50 MIN AIREACIÓN [122.612]

ATEMPERADO 5 [130.495]

60 MIN AIREACIÓN [122.411]

ATEMPERADO 6 [146.042]

Microfotografías electrónicas de barrido de superficies de muestras de papas deshidratadas con ciclos de atemperado 10X5. 150X Barra 100 μm. [Luminosidad].

A

B

G

H

C I

D J

E K

F L

ANEXO IX. Microfotografías electrónicas de barrido de muestras deshidratadas usando esquemas de atemperado.

Anexo IX Página 6 de 7

10 MIN AIREACIÓN [118.627]

ATEMPERADO 1 [109.648]

20 MIN AIREACIÓN [98.264]

ATEMPERADO 2 [108.438]

30 MIN AIREACIÓN [115.446]

ATEMPERADO 3 [116.940]

40 MIN AIREACIÓN [119.391]

ATEMPERADO 4 [94.572]

50 MIN AIREACIÓN [115.865]

ATEMPERADO 5 [104.154]

60 MIN AIREACIÓN [134.439]

ATEMPERADO 6 [91.076]

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

Microfotografías electrónicas de barrido de centros de muestras de papas deshidratadas con ciclos de atemperado 10X5. 150X Barra 100 μm. [Luminosidad].

ANEXO IX. Microfotografías electrónicas de barrido de muestras deshidratadas usando esquemas de atemperado.

Anexo IX Página 7 de 7

El siguiente cuadro condensa la información obtenida para luminosidad de

las muestras analizadas. Hay que recordar que un valor numérico mayor implica

una mayor luminosidad y físicamente una superficie mas lisa y por el contrario, un

valor numérico de luminosidad menor implica una superficie con poros más

profundos.

Cuadro 1. Valores medios de luminosidad de muestras de cubos de papa antes de la deshidratación y al final de los diferentes esquemas.

Muestra

Luminosidad

Superficie Centro

Aireación Atemperado Aireación Atemperado

Fresco 128.03 ---- 125.11 ----

Escaldado 121.45 ---- 111.08 ----

Convencional sin escalde 114.47 ---- 92.63 ----

Convencional escaldado 116.32 ---- 104.04 ----

5X5 109.61 96.70 99.94 102.21

5X10 109.34 111.09 106.28 100.27

10X5 124.07 124.75 117.01 104.14

Rehidratado conv. sin esc. 115.91 ---- 89.31 ----

Rehidratado conv. esc. 104.75 ---- 97.22 ----

Rehidratado 5X5 116.75 ---- 98.15 ----

Rehidratado 5X10 94.82 ---- 105.93 ----

Rehidratado 10X5 99.33 ---- 98.74 ----