Determinación de propiedades termofísicas

Tabla 1. Propiedades Termofísicas del Aguaymanto

Producto𝛒

(Kg/m3)CP

(KJ Kg-1°C-1)K

(W/m*°C)H

(%)𝛂

(m2/s)TC

(°C)

Aguaymanto 1053,70 ± 0,01 5,94 ± 0,49 0,71 ± 0 84,04 ± 0,18 1,15E-07 ± 6,64E-16 -3,4

Con los valores obtenidos en la tabla 1, se pueden comparar con otros resultados obtenidos por diversos autores para frutos frescos, con una composición parecida al aguaymanto, como los reportados por Alvarado (1994), el cual encontró valores de conductividad y difusividad térmica relativamente lejanos a los reportados en este trabajo para fresa, melón y tomate con valores de 0,52 W m -1 °C-1 y 1.47x10-7 m2 s-1; 0,57 W m-1 °C-1 y 1,59 x10-7 m2 s-1; 0,55 W m-1 °C-1 y 1,50 x10-7 m2 s-1. Para aguacate y ciruela, Alvarado (1994) encontró valores más bajos a los encontrados en esta investigación con valores en conductividad y difusividad térmica 0,39 W m-1 °C-1 y 1,16x10-7 m2 s-1 y para ciruela 0,54 W m-1 °C-1 y 1,49x10-7 m2 s-1.Biju y Carson (2008) midieron la difusividad en cacahuete (Castanea sativa) a 30 °C la cual fue de 5,1 x 10-11

m2 s-1. Asimismo, en grosellas se han reportado difusividad y conductividad térmica de 1,38x10-7 m2 s-1 y 0,22 W-1 m-1 K-1 y Cp de 1,64 kJ kg-1 °C-1 (Gordillo et al., 2009) valores por debajo a esta investigación.

Respecto al calor específico del aguaymanto, el cuadro X (ver anexo) nos dice que tiene un valor de 3,64 KJ Kg-1 °C-1 para esta fruta antes de congelar, y un valor de 1,88 KJ Kg-1 °C-1 después de congelación. Al comparar nuestro calor específico determinado (antes de congelación), podemos ver que este valor se encuentra muy alejado, el cual se debe a la influencia de la calibración del calorímetro, y al aislamiento total del sistema empleado, ya que el método utilizado para la medición nos dice que se asume un intercambio de calor despreciable entre el calorímetro y la atmósfera que le rodea (Jerry D. Wilson et al, 2003), siendo este el factor no controlable que habría desviado la medición óptima.

La bibliografía ha revelado que se han llevado muy pocas investigaciones en aguaymanto para determinar sus propiedades térmicas. El conocimiento de las propiedades térmicas en frutos promisorios para la agroindustria, es necesaria para el modelaje, optimización y el diseño de los procesos y equipos de procesamiento en las operaciones basadas en tratamientos térmicos tales como secado, tostado, enfriamiento o congelación (Ariza y Gordillo 2007; Mercali et al., 2013).

Además, también se determinó la humedad del aguaymanto, donde este valor se comparó con los obtenidos por otros autores (ver anexos), los cuales fueron de 79,8% y 85,9%, observando que estos son relativamente cercanos y teniendo en cuenta que el cuadro A fueron para aguaymanto nativo del Perú y del cuadro B fueron de origen colombiano, diferenciándose en este parámetro debido a las condiciones de siembra, clima, pos cosecha, etc., del alimento en cada lugar (López et. al, 2004).

La disminución de la densidad y, por ende, el aumento de volumen de los alimentos al congelar varía de producto a producto, dependiendo principalmente de su contenido de humedad y composición (Barreiro y Sandoval, 2006).

Determinación del tiempo de congelación

Para la predicción de los tiempos de congelación, se debe construir una curva de congelación, para poder extraer parámetros que intervienen en su cálculo.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

-36

-32

-28

-24

-20

-16

-12

-8

-4

0

4

8

12

16

20

Curva de congelación

Tiempo (min)

Tem

pera

tura

(°C)

Figura X. Curva de congelación del aguaymanto

En la gráfica de la curva de congelación del aguaymanto, se observa que este se enfría rápidamente hasta el minuto 13, alcanzando una temperatura de -3.3°C, luego la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar el punto de congelación en el minuto 15, a un temperatura de -3.4°C, ya que al formarse los cristales de hielo se va liberar el calor latente de congelación a una velocidad superior a la que este se extrae del alimento (Singh et al, 2011). En la gráfica de curva de congelación para el aguaymanto este pequeño aumento no se puede apreciar en la gráfica, esto posiblemente se deba a que el ascenso de temperatura fue muy rápido, y la lectura del termostato no pudo apreciarlo en el lapso correspondiente.

Seguidamente, notamos que pasado los -3.4°C se mantiene constante en varios puntos de temperatura después del mencionado, donde el aguaymanto comienza a bajar su temperatura lentamente. Esto podría ser por que debido a que en esta etapa se forma la mayor parte del hielo, el cual provoca el incremento de la concentración de solutos en el aguaymanto (Gruda et al., 1986).

Tabla 2. Tiempos de Congelación del Aguaymanto

ProductoTiempos

(h)Plank Nagaoka Pham

Aguaymanto 0.55Las limitaciones de la ecuación de Plank se refieren principalmente a la determinación de valores cuantitativos de los parámetros que intervienen. Los valores de densidad de alimentos congelados son difíciles de conocer o medir. Si bien la temperatura inicial de congelación está tabulada para muchos alimentos, las temperaturas inicial y final del producto no se tienen en cuenta en la ecuación para el cálculo del tiempo de congelación. La conductividad térmica k debería ser la del producto congelado, y no existen valores precisos disponibles para la mayoría de alimentos (Singh, 1984).

Tal y como era de esperar, el tiempo de congelación predicho mediante la ecuación de Plank es menor (xxx) que el obtenido con el método de Pham (yyy). La razón principal de esta divergencia es que la ecuación de Plank no tiene en cuenta el tiempo que se requiere para la eliminación del calor sensible durante las etapas de pre y post congelación (Singh, 1984).

De acuerdo con Solis (2000), en la congelación el calor del alimento pasa por conducción, del interior a la superficie y de ella al medio de congelación. Los factores relativos al producto a congelar y al equipo utilizado y que determina la velocidad de transferencia calórica son: dimensiones y forma del producto (particularmente su espesor), temperatura inicial y final, temperatura del refrigerante, coeficiente de transferencia de calor superficial del producto, variación de entalpía, conductividad térmica del producto.

En un alimento envasado, el envase impone una barrera al flujo calórico. El tiempo de congelación tiene que ser suficiente para asegurar que la temperatura del producto se reduzca a la temperatura final deseada la misma que es establecida por el nivel requerido para establecer y mantener la calidad del producto.

La duración de la congelación depende varios factores muy variables, entre otros el calor específico, el calor latente de congelación, la forma, textura, las dimensiones el coeficiente de conductividad, embalaje, coeficiente de transmisión superficial del producto, la colocación en el congelador, temperatura aplicada, sistema utilizado, etc. ( Rapin, 1990)

La congelación rápida retrasa muy pronto las reacciones químicas y enzimáticas de los alimentos deteniendo el crecimiento microbiano. El mismo efecto produce la congelación lenta pero con menor rapidez.

De acuerdo con Instituto interamericano de Ciencias Agrícolas, (1980) los efectos físicos de la congelación son de gran importancia. El volumen de alimento congelado se expande levemente y se forman cristales de hielo que aumentan de tamaño. Generalmente tales cristales son mayores en la congelación lenta acumulándose más hielo entre las células que en el caso de la congelación rápida.

Existen cambios en la calidad de los productos cuando son sometidos a procesos de congelación. Por ejemplo, un producto sin congelar tendrá 70% de agua y 30% de sólidos totales a cualquier temperatura por encima de la temperatura inicial para la cristalización de hielo. Sin embargo, con un cambio de temperatura de 5 ° por debajo de la temperatura inicial de congelación, un producto podría tener 30% de agua sin congelar, 40% de agua congelada o hielo y el mismo 30% de sólidos totales. Este cambio se presenta de manera gradual y por cada grado de cambio de temperatura, habrá cambios en la composición del producto.

Al disminuir la temperatura, el porcentaje de hielo incrementará en oposición al agua sin congelar. A una temperatura mucho menor que la inicial a la de congelación, una pequeña fracción de agua permanecerá en el estado líquido y será agua no congelable (Heldman y Hartel, 1997, citados en Gómez et al., 2007).

La mayoría de las frutas son suaves en textura incluso antes del congelado y descongelado, sin embargo la congelación tiende a alterar la estructura y destruir la turgencia de las células vivas en los tejidos. Los métodos de preparación para frutas que se van a congelar se ven influenciados por la fragilidad de tejidos de frutas y deberán de ser escogidos cuidadosamente, a diferencia de las hortalizas donde fibras permiten mantener la estructura después del congelado.

Regularmente entre los pretratamientos se encuentran: el lavado, el pelado, el rebanado o cortado, el escaldado, también están el procesado de la fruta (generación de jugos o néctares) y el empacado (Skrede, 1996, citado en Gómez et al., 2007).

Para establecer las condiciones de congelación es necesario considerar las velocidades del proceso de congelación, con la finalidad de minimizar la ruptura de la pared celular, ya que se tiene como objetivo disminuir las pérdidas de calidad, causadas por las diferentes velocidades de congelación a las que pueden ser sometidos los alimentos, así, se deberá elegir la velocidad y condiciones más adecuadas para el producto en cuestión (Skrede, 1996 citado en Gómez et al., 2007).

El empacado de frutas es utilizado para excluir el aire desde el tejido de la fruta. El reemplazo del oxígeno por azúcares o gas inerte, los cuales consumen el oxígeno por la glucosa-oxidas y/o el uso de vacío y de películas impermeables al oxígeno para prevenir y retardar el oscurecimiento y otros cambios de color. Las frutas son empacadas en

bolsas de plástico, botes de plástico, bolsas de papel, latas o en bolsas de polietileno (Gradziel, 1988; Venning et al., 1989, citado en Gómez et al., 2007).

La calidad de los alimentos congelados se encuentra influenciada por la velocidad con que se produce la congelación. Diversas características de calidad están relacionadas con el tamaño de los cristales el cual es una consecuencia de la velocidad con que se produce la congelación. El principal efecto de la congelación sobre la calidad de los alimentos es el daño que ocasiona en las células el crecimiento de los cristales de hielo. La congelación prácticamente no provoca afectaciones desde el punto de vista nutritivo.

La resistencia de diversos tejidos animales y vegetales a la congelación es muy diversa. Así, las frutas y los vegetales, por ejemplo, presentan una estructura muy rígida por lo que la formación de los cristales de hielo puede afectarlos con mayor facilidad que a las carnes.

Los alimentos, al congelar, aumentan su volumen debido a la menor densidad del agua congelada en relación con el agua líquida. Esto es especialmente notable en los alimentos con un elevado contenido de humedad. Este hecho debe ser tomado en cuenta cuando se diseñan o escogen recipientes para congelar alimentos en su interior. Dichos recipientes no deben ser rígidos, ya que pueden fracturarse o deformarse al expandirse el alimento congelado en su interior.

Conclusión

Con relación a las propiedades termofísicas, las cuales según esta investigación son muy similares a los encontrados por otros autores en frutas frescas del trópico húmedo

Referencias

Flint, O. 1996. Microscopía de los Alimentos: Manual de Métodos Prácticos Usando la Microscopía Óptica. Editorial Acribia S.A., Zaragoza – España.

Guan, J.; Hanna, A. M. Extruding foams from corn starch acetate and native corn starch.Biomacromolecules, v. 5, p. 2329-2339, 2004.

Knutzon, C. A.; Grove, M. J. Rapid method for estimation of amylose in maize starches.Cereal Chemistry, v. 71, n. 5, p. 469, 1994.

Alvarado, J. de D. Propiedades físicas de frutas. IV. Difusividad y conductividad térmica efectiva de pulpas. Latin American Applied Research, 24: 41-47 (1994).

Biju C. A. Carson, K. Drying curves and apparent diffusivity of New Zealand chestnut variety ‘1015’. Journal of Food Engineering 85: 381–386. (2008).

Gordillo D. F., V. A. Ortega y R. F. Zarate, Correlación Entre Parámetros Térmicos de Café de Diferente Origen. Revista Colombiana de Física 41(1). (2009).

Ariza, C. y Gordillo, D. Uso de la Técnica Fotoacústica para la Caracterización de Café Proveniente del Eje Cafetero Colombiano. Rev. Acad. Colomb. Cienc. 31(119): 217-234. (2007).

Mercali, G. D., D. Jaeschke, I. C. Tessaro y L. Ferreira Marczak, Degradation kinetics of anthocyanins in acerola pulp: Comparison between ohmic and conventional heat treatment. Food Chemistry 136 853–857. (2013).

Jerry D. Wilson, Anthony J. Buffa – 2003 fisica, quinta edición. Editorial Pearson.educación México

Anexos

Tabla 5. Composición proximal de distintas frutas nativas peruanas (g/100gde fruta)

Componente Tuna verde

Tuna roja

Tuna anaranjada

Tomate de árbol

Aguaymanto Papaya de monte

Humedad (%) 81.7 78.4 80.6 82.9 79.8 93.7Cenizas (%) 0.4 0.4 0.5 1.0 1.0 0.5Proteína cruda (%)

1.5 0.9 0.9 1.9 1.9 0.9

Fibra cruda (%) 3.7 3.5 3.9 4.5 3.6 0.6Grasa cruda (%) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.0 0.0Carbohidratos (%)

16.3 20.2 17.9 14.1 17.3 4.9

Energía total (Kcal/100g de muestra)

72.1 85.3 76.1 64.9 76.8 23.2