DESHIDRATACIÓN DE AFRECHO DE YUCA POR MÉTODOS COMBINADOS/CASSAVA BAGASSE DEHYDRATION BY COMBINED METHODS

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RESUMEN

Antecedentes: La implementación de operaciones de deshidratación para subproductos derivados de la agroindustria del almidón de yuca, es una alternativa para prevenir su posible efecto contaminante, además de aportar valor para su aplicación posterior y proporcionar una línea de producción para la industria de almidones. Los métodos de deshidratación mecánicos pueden ser convenientes para complementar los procesos térmicos y alcanzar condiciones óptimas de secado disminuyendo gastos energéticos. Objetivo: Se evaluó el efecto de dos métodos de deshidratación combinados, el método mecánico de filtración-prensado combinado con secado por convección forzada, en la pérdida de humedad y el tiempo de secado convectivo del afrecho de yuca proveniente de un proceso industrial de extracción de almidón nativo. Métodos: Se evaluaron seis tratamientos de presión entre 3,45 y 17,24 Mpa durante 10 min para la deshidratación mecánica y posteriormente se secaron las muestras por convección forzada de aire a 60°C y velocidad de 2 m/s. Resultados: Los resultados indican que el aumento de la presión reduce significativamente (p>0,05) el contenido de humedad del material y el tiempo de secado convectivo. Con la mayor presión aplicada (17,24 Mpa) durante el prensado se logró una remoción de humedad de 22.07 % hasta que el contenido de agua del material fue de 66,33 %. Las condiciones requeridas de humedad del afrecho de yuca al final del secado convectivo (10%) se alcanzaron en 3,8 horas, aplicando el mismo tratamiento. Los coeficientes de difusividad efectiva para el afrecho presentaron valores entre 1,1381 x 10-10 y 2,6467x 10-10 m2/s, observándose un aumento en la variable a menor humedad alcanzada con el prensado. Conclusiones: Se evidencia que una mayor presión aplicada durante el proceso de filtración-prensado permite disminuir el tiempo de secado convectivo del afrecho de yuca hasta una humedad adecuada para su conservación, lo que podría reflejarse en la economía del tratamiento aplicado a este subproducto.

Palabras clave: Secado, almidón, prensado, humedad, difusividad.

ABSTRACT

Antecedents: Implementing dehydration operations for products derived from the extraction process of cassava starch is an alternative to prevent their possible contaminating effect, as well as providing value for subsequent application and provide a production line for the starch industry. The methods of mechanical dehydration may be desirable to supplement thermal processes and achieve optimum drying conditions reducing energy costs. Objetive: The effect of both methods of dehydration combined, mechanical filtrationpressing method combined with drying by forced convection, in moisture loss and convective drying time of cassava bagasse from an industrial process of extraction of native starch, was evaluated. Methods: Six treatments pressure between 3.45 and 17.24 MPa for 10 min were evaluated for mechanical dehydration and subsequent samples at 60 ° C and air velocity of 2 m/s were dried. Results: The results indicate that the increased pressure significantly reduced (p> 0.05) the moisture content of the material and convective drying time. With higher applied pressure (17.24 MPa) during pressing, one moisture removal of 22.07% was achieved until the water content of the material was 66.33%. The conditions required moisture cassava bagasse at the end of convective drying (10%) were reached at 3.8 hours, applying the same treatment. Effective diffusivity coefficients for bagasse were between 1.1381 and 2,6467x 10-10 x 10-10 m2/s, with an increase in the variable lower humidity reached with the press. Conclusions: It is evident that greater pressure applied during the filtration-pressing process reduces the time convective drying of cassava bagasse until adequate moisture for preservation, which can be reflected in lower energy costs for the treatment of this by-product.

Keywords: Drying, starch, pressing, moisture diffusivity.

(ProQuest: ... denotes formula omitted)

INTRODUCCIÓN

El afrecho de yuca es un material semisólido fibroso con un contenido de humedad superior al 85%, derivado el proceso de extracción de almidón de yuca (1). Las cantidades generadas y su alto contenido de humedad lo convierten en un potencial agente contaminante, siendo necesaria una disposición adecuada que permita atenuar el impacto y utilizarlo en el proceso productivo (2). Se pueden combinar métodos de separación mecánicos y operaciones de secado convectivo para deshidratar el producto y hasta alcanzar porcentajes óptimos de humedad que permitan su conservación (3).

La filtración por prensado es la operación que se utiliza para separar mezcla de fluidos-sólidos (4), usando fuerzas físico-mecánicas (gravedad, centrifuga, presión), las cuales actúan sobre mezclas de partículas estableciendo una diferencia de presión que hace que el fluido pase a través de un medio filtrante (5). Se ha determinado que el rendimiento de este proceso depende de variables como el contenido de humedad, tamaño de partícula, temperatura, tiempo y presión (6). El secado es un método ampliamente utilizado para preservar o prolongar la vida útil de algunos productos biológicos y alimentarios (7, 8). Es una operación unitaria en la que se da el transporte simultáneo de calor y masa (9, 10). La difusividad es un mecanismo de trasporte importante debido al movimiento aleatorio de la moléculas que permiten el transporte de la humedad (11).

El objetivo del presente trabajo fue evaluar el efecto de la combinación de dos métodos deshidratación, filtración-prensado y secado por convección forzada, en la pérdida de humedad y en el tiempo de secado convectivo del afrecho de yuca.

MATERIALES Y MÉTODOS

Deshidratación mecánica del afrecho de yuca

El prensado de las muestras de afrecho húmedo, derivado de un proceso industrial de obtención de almidón de yuca, se realizó en una prensa hidráulica a escala de laboratorio hecho en acero inoxidable AISI 304, con una capacidad de 3000 g. Las muestras de afrecho fueron pesadas (1000 g) y depositadas en una cámara de prensado de acero con orificios de 5mm de diámetro, cubiertas con un tamiz de tela para la retención de los sólidos. Para cada experimento se estableció un tiempo de prensado de 10 minutos a las diferentes condiciones de presión definidas en el diseño experimental. La humedad inicial y final de la muestra se determinó mediante el método de la AOAC (12).

Cinética de secado y difusividad efectiva

Se aplicó secado por convección forzada de aire en un secador de bandejas a escala de laboratorio de acero inoxidable AISI 304, con una capacidad de carga máxima de 3500g. Se establecieron las condiciones de secado en el equipo, temperatura de bulbo seco de 60 °C y velocidad del aire de secado de 2.0 m/s, y se introdujeron las muestras de afrecho parcialmente seco proveniente del prensado, que fueron previamente depositadas con un espesor uniforme de 0,7 cm en dos bandejas. Se determinó la pérdida de peso de las muestras a intervalos de tiempo entre 5 y 15 minutos.

La construcción de las curvas de secado se realizó mediante el método descrito por Geankoplis (3). La humedad de equilibrio fue calculada con el modelo matemático de GAB (13). Entonces el contenido de humedad libre X (Kg agua/ Kg masa seca) fue calculado para cada tiempo (t) de secado y luego se obtuvieron las curvas de velocidad de secado R (Kg agua/h*m2) en función de la humedad libre en base seca (X). A continuación se estableció la razón de humedad (MR) (Ec. (1)) que relaciona el gradiente de la humedad libre (X) de la muestra en función del tiempo (t) con la humedad inicial (X0) y la humedad de equilibrio (Xe) (14,15). Finalmente se calculó el coeficiente de difusividad efectiva a partir de la pendiente de la línea recta obtenida de graficar el Ln (MR) en función del tiempo para cada tratamiento, aplicando la ecuación integrada de la segunda ley de Fick (3) (Ec. 1), donde Df es la difusividad efectiva (m2/s), t es el tiempo (h) y l es el espesor de la muestra (m).

...

Diseño experimental y análisis estadístico

El proceso de deshidratación combinado fue evaluado por medio de un diseño experimental completamente al azar, donde el único factor es la presión aplicada con seis niveles (3,45; 6,21; 8,96; 11,72; 14,48; 17,24 Mpa), con 4 repeticiones por tratamiento, para un total de 24 unidades experimentales. Las variables estudiadas fueron pérdida de humedad, humedad final luego del prensado y tiempo de secado convectivo. Los resultados fueron evaluados mediante un análisis de varianza ANOVA y una prueba de comparación de rangos múltiples de Tukey a un nivel de significancia ??=0,05.

RESULTADOS

En la tabla 1 se muestra los resultados del proceso de deshidratación mecánica. La presión aplicada mostró un efecto significativo en el porcentaje de agua extraída y humedad final del afrecho de yuca (p>0,05). El porcentaje de perdida de humedad aumentó con el incremento de la presión aplicada, lográndose reducir hasta un 22,07% con 17,24Mpa. Con el mismo tratamiento se alcanzó una humedad mínima de 66,33%, evidenciándose una reducción de la humedad final a mayor presión aplicada.

La figura 1a describe la pérdida de humedad libre en función del tiempo de secado por convección forzada de las muestras de afrecho provenientes del proceso de deshidratación mecánica. Se observó una reducción significativa en el tiempo de secado convectivo (P>0,05) al aumentar los niveles de presión establecidos para la deshidratación mecánica, hasta alcanzar la humedad requerida (≤ 10%) (Tabla 1).

En la figura 1b se observa la velocidad de secado para las variables y condiciones implementadas. De las que se diferencian dos fases una de velocidad constante y otra de velocidad decreciente para todos los tratamientos. Los tratamientos T4, T5 y T6 presentaron la velocidad de secado más bajas (0,458; 0,456 y 0,454 Kg agua/h*m2) posiblemente por la menor cantidad de agua presente en el afrecho de yuca (16).

La difusividad efectiva se interpreta como la facilidad con que el agua es removida del material en el proceso de secado (17). Los coeficientes de difusividad efectiva para el afrecho presentaron valores entre 1,1381 x 10-10 y 2,6467x 10-10 m2/s .

DISCUSIÓN

En el proceso de separación mecánica se observó que el porcentaje de pérdida de humedad incrementa notablemente a medida que se aumenta la presión aplicada, lo que es posible debido a que esta operación permite eliminar una fracción del agua libre presente en es sólido dependiendo de la presión ejercida sobre el material. La fuerza aplicada permitió compactar y vencer la resistencia del material, generando una diferencia de presión para lograr la liberación de agua a través del tamiz (5,18).

El tiempo de secado convectivo se redujo a mayor presión ejercida durante el prensado debido a que se alcanzó un menor contenido de humedad en las muestras de afrecho lo que conduce a una mayor velocidad de difusión del agua hasta alcanzar la humedad de equilibrio a las condiciones establecidas (19). Este comportamiento coincide con los resultados obtenidos por Corzo et al. (20) y por Faustino et al. (21) en el secado de productos agroalimentarios, quienes señalan que la humedad inicial del producto incide sobre la difusividad y el tiempo de secado. Esta variable también afecta la velocidad de secado (16), encontrándose que los tratamientos con menor humedad inicial presentaron una velocidad de secado más baja durante el periodo constante.

Los valores calculados para la difusividad efectiva se encuentran en el rango encontrado por Salcedo-Mendoza et al.(22) para yuca fresca. La tendencia observada indica que se logra mayor difusividad en el afrecho a menor contenido de humedad inicial, lo que muestra una disminución de las resistencias internas del sólido facilitando la remoción del agua en el material. Una explicación a este fenómeno consiste en el incremento de la porosidad y consecuentemente una mayor área de transferencia de masa en el producto (23).

Los resultados establecen un precedente en la deshidratación de subproductos del procesamiento de yuca por dos métodos combinados, ya que los estudios realizados sobre afrecho de yuca son escasos. Una limitación encontrada en el estudio fue la presión lograda con el equipo de deshidratación mecánica, siendo pertinente ampliar el límite superior de presión aplicada y observar el comportamiento de la pérdida de humedad a mayores presiones.

CONCLUSIONES

La aplicación de los procesos de prensado y secado convectivo permite una reducción significativa para el tiempo de deshidratación de las muestras de afrecho evaluadas, logrando que el material alcanzara una humedad del 10% al transcurrir 3,8 h de secado. A menor contenido de humedad al final del prensado aumentan los coeficientes de difusividad lográndose remover más rápido el agua presente en el afrecho y disminuir el tiempo de secado, lo que podría reflejarse en la economía del tratamiento aplicado a este subproducto.

References

REFERENCIAS

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