Instituto Politécnico Nacional

CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIÓN PARA EL

DESARROLLO INTEGRAL REGIONAL

UNIDAD OAXACA

DOCTORADO EN CIENCIAS EN CONSERVACIÓN Y

APROVECHAMIENTO DE RECURSOS NATURALES

(INGENIERÍA DE PROCESOS)

SECADO CONVECTIVO DE AJO ( Allium sativum, L.) CON CONDICIONES

VARIABLES DE OPERACIÓN

Tesis que para obtener el grado de

DOCTOR EN CIENCIAS

PRESENTA:

Anabel López Ortiz

BAJO LA DIRECCIÓN

DR. JUAN RODRIGUEZ RAMÍREZ

SANTA CRUZ XOXOCOTLÁN, OAX. Diciembre 2011

SECADO CONVECTIVO DE AJO ( Allium sativum, L.) CON CONDICIONES VARIABLES DE OPERACIÓN

Por:

Anabel López Ortiz

Resumen El ajo es un material biológico altamente sensible a cambios de temperatura.

Durante el proceso de secado la estructura celular es fragmentada, consecuentemente

son formados compuestos volátiles y bio-activos. Estos cambios en la estructura

interna se reflejan en las variaciones de las propiedades estructurales (densidad real,

densidad aparente y porosidad). Éstas frecuentemente han sido expresadas

únicamente en función del contenido de humedad (Lozano, Rostein y Urbicain 1983;

Madamba, Driscoll y Buckle 1994) y muy pocas veces en función de la temperatura del

aire de secado y del contenido de humedad. Estas dependencias no son suficientes

para explicar la no linealidad de la densidad a bajos contenidos de humedad.

El presente trabajo tiene como objetivo estudiar el efecto del secado no-

isotérmico (variación de la temperatura en forma de una onda trapezoidal a diferentes

periodos de onda: 60, 80, 120 y 160 min) e isotérmico (a 40, 50 y 60°C) en el deterioro

de la calidad del ajo en tiempo real a través las diferentes variables respuesta:

densidad real (ρp), densidad aparente (ρb), porosidad (ε), temperatura de transición

vítrea (Tg), temperatura de la superficie (Ts) de hojuelas de ajo, temperatura en el

interior (Ti) de hojuelas de ajo, contenido de humedad (X), difusividad efectiva (D) y

agrietamiento del ajo rebanado con espesor inicial de 2 ± 0.25 mm; para obtener

ecuaciones que describan el comportamiento de las variables respuestas y predecir el

momento adecuado para detener el proceso de secado.

Se encontró que ρb, ρp, ε, y D son función de la temperatura del aire de secado,

contenido de humedad y de la fase en la que se encuentra el material. Se ubicó un

punto crítico en la intersección de Ti, Ts, y Tg; este punto se identificó como un cambio

de fase de segundo orden. Este cambio de fase de segundo orden fue asociado al

cambio de pendiente en la tendencia de las propiedades estructurales (ρb, ρp y ε). Un

cambio de tendencia en la porosidad (ε) con respecto al contenido de humedad, fue

particularmente drástico a altas temperaturas de secado y bajos contenidos de

humedad. Los datos experimentales de ρb, ρp y ε se ajustaron apropiadamente (R2 >

0.85) a una ecuación no lineal de tres términos exponenciales. La densidad real

durante el proceso de secado fue posible predecirla con un modelo semi-empírico, con

una R2 = 96.34 en comparación con los datos experimentales.

Dirigida por: Dr. Juan Rodríguez Ramírez.

ABSTRACT Garlic is a biological material highly sensitive to temperature changes. During

the drying process, cellular structure is fragmented, resulting in the formation of volatile

bio-active compounds. These changes in internal structure are reflected in changes in

the structural properties (true density, apparent density and porosity). However, these

structural properties have often been expressed only in terms of moisture content

(Lozano, Rostein and Urbicain 1983; Madamba, Driscoll and Buckle 1994) and have

seldom been reported as a function of both drying air temperature and moisture

content. These functions are not enough to explain the non-linearity of density at low

water contents.

The aim of this study was to study the effect of non-isothermal drying

(trapezoidal wave profile at different wave periods: 60, 80, 120 and 160 min) and

isothermal (at 40, 50 and 60 °C) on the quality deg radation of garlic during drying.

True density (ρp), apparent density (ρb), porosity (ε), glass transition temperature (Tg),

surface temperature (Ts), inside temperature (Ti), moisture content (X), effective

diffusivity (D) and cracking were analyzed in sliced garlic (initial thickness 2 ± 0.25 mm)

in order to derive equations that describe the behavior of these structural variables and

aid in the identification of the appropriate time to stop the drying process. A critical

point in the intersection of Ti, Ts and Tg was found; this point was identified as a second

order phase transition. Diffusivity and slope changes in ρb, ρp and ε with respect to

moisture content were found to be related to this critical point. Experimental data for

ρb, ρp and ε were fitted to a non-linear equation with three exponential terms with

respect to moisture content, with an R2 > 0.85. A semi-empirical model for predicting

changes in particle density during the drying process was obtained, with an R2 = 96.34.