SECADO CONVECTIVO CON AIRE CALIENTE EN MUESTRAS DE MELÓN (Cucumis melo L.)". ASPECTOS FÍSICOS DE CALIDAD/CONVECTIVE DRYING WITH HOT AIR IN SAMPLES OF MELON (Cucumis melo L.)". PHYSICAL ASPECTS OF QUALITY

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RESUMEN

Antecedentes: El melón (Cucumis melo L.) posee una corta vida útil por su alto contenido de agua y su naturaleza climatérica. En este sentido, las técnicas de secado pueden contribuir a subsanar las pérdidas poscosecha de este fruto, además de ofrecer alternativas de procesamiento y conservación. El secado convectivo (SC) es un proceso ampliamente utilizado en la industria alimentaria para reducir el contenido de humedad en las frutas con el fin de evitar la proliferación de microorganismos y prolongar su tiempo de vida útil. Objetivo: En el presente estudio se investigó el efecto de la temperatura sobre las cinéticas de secado, la actividad de agua (aw), el volumen, la luminosidad (L*) y el porcentaje de rehidratación en rodajas de melón variedad "Cantaloupe". Métodos: Se aplicó el proceso de SC con aire caliente a una velocidad del aire de 0,5m/s en rodajas de melón de 3mm de espesor y 20mm de diámetro. Se emplearon tres temperaturas de secado; 50, 60 y 70°C. Resultados: Se observó que a mayor temperatura se incrementaron la pérdida de agua y la pérdida de volumen. En cuanto al color, el parámetro L* se vió favorecido (aumento de claridad) con el aumento de la temperatura, mientras que la capacidad de rehidratación (%) de las muestras de melón disminuyó. La aw de todas las muestras fue inferior a 0,42; lo que permite garantizar la estabilidad del producto durante el almacenamiento, disminuyendo las reacciones de pardeamiento, oxidación hidrolítica, auto-oxidación y actividad enzimática. Conclusiones: Con el incremento de la temperatura durante el SC, se redujo el CH, la aw y el volumen. El mayor porcentaje de rehidratación se alcanzó a la menor temperatura de secado (50°C). La luminosidad de las muestras aumentó con el incremento de la temperatura de secado. Teniendo en cuenta lo anterior, se concluyó que la temperatura de secado influyó significativamente en las cinéticas de secado, tiempo de deshidratación y propiedades físicas relacionadas con la calidad del melón. De acuerdo al ANOVA, la mejor temperatura para secar melón con aire caliente fue 70°C.

Palabras clave: Secado convectivo, aire caliente, melón "Cantaloupe".

ABSTRACT

Background: Melon (Cucumis melo L.) has a short shelf life due to its high water content and climacteric nature. In this regard, drying techniques can help overcome post-harvest losses of the fruit, while providing processing alternatives and conservation. Convective drying (CD) is a process widely used in the food industry to reduce moisture content in fruits in order to avoid the proliferation of microorganisms and prolong lifetime. Objectives: In the present study, the effect of temperature on drying kinetics, water activity (wa), volume, brightness (L*) and rehydration percentage for melon slices by convective drying (CD) was investigated. Methods: Hot air CD process with an air velocity of 0.5m / s on melon slices of 3 mm thick and 20 mm diameter was applied. Three drying temperatures, 50, 60 and 70°C, were used. Results: It was observed that higher temperature increased water loss and volume loss. The L* was favored (increase of lightness) by increasing temperature, while rehydration (%) decreased. Wa of all samples was less than 0.42, ensuring the stability of the product during storage, by the reduction of browning reactions, hydrolytic oxidation, self-oxidation and enzymatic activity. Conclusions: With increasing temperature during CD, moisture content, wa and volume were reduced. Highest percentage of rehydration was reached at lower drying temperature (50°C). The brightness of the samples increased with increasing drying temperature. According to the ANOVA, 70°C was best temperature to dry melon by CD.

Keywords: Convective drying, hot air, "cantaloupe" melon.

(ProQuest: ... denotes formula omitted)

INTRODUCCIÓN

El melón (Cucumis melo L.) posee una corta vida útil por su alto contenido de agua y su naturaleza climatérica (1). En este sentido, las técnicas de secado pueden contribuir a subsanar las pérdidas poscosecha de este fruto, además de ofrecer alternativas de procesamiento y conservación. Por otro lado, es posible el control de la aw de la fruta deshidratada para garantizar estabilidad microbiología durante el almacenamiento (2). La temperatura se secado es una variable que debe controlarse para evitar daños irreversibles en alimentos. De acuerdo a algunos investigadores (3-4), argumentan que los vegetales durante el secado pueden tener cambios fisicoquímicos indeseables por su termosensibilidad. En la literatura científica se evidencian escasos estudios de SC en muestras melón "Cantaloupe", por consiguiente el propósito de este trabajo fue evaluar el efecto de la temperatura sobre las cinéticas de secado, aw, volumen, color (L*) y porcentaje de rehidratación durante el SC de rodajas de melón.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se emplearon melones (Cucumis melo L) de la variedad Cantaloupe y se cortaron muestras de 20 mm de diámetro y 3mm de espesor. El SC se realizó a 50, 60 y 70°C, con una velocidad del aire de 0,5 m/s, para ello se empleó un secador de bandejas (Armfield, USA). Para la medida del peso de las muestras se empleó una balanza analítica (Mettler Toledo AE200, Switzerland). El contenido de humedad (CH) se calculó mediante el método 20.013 (5). La aw se obtuvo mediante un equipo Aqualab (4TEV, USA). La luminosidad (L*) se determinó a través del espectro reflexión entre 400-780nm, con un espectrocolorímetro (Hunter Lab, USA). El volumen de las muestras se midió al inicio y al final del secado, se usó un calibrador digital (Bull Tols, USA) y se expresó en cm3 aplicando la ecuación 1. La rehidratación se determinó en muestras de melón deshidratadas a pesos y humedades conocidos. Las muestras fueron inmersas en agua destilada con una relación de 3:1 a 28°C, a diferentes tiempos de rehidratación (0, 15, 30, 60 y 120 min); posteriormente se le retiró el exceso de agua superficial con toallas de papel y se pesaron para determinar el agua ganada (6). Los experimentos se realizaron por triplicado. Los resultados obtenidos se analizaron mediante un análisis de varianza (ANOVA), usando el programa estadístico Statgraphics Centurion XVI, con una significancia entre promedios a un nivel de confianza del 95% (p<0.05).

... (Ecuación 1)

RESULTADOS

En la figura 1, se observan las cinéticas de secado de muestras de melón a 50, 60 y 70°C. El CH inicial de las muestras de melón fue de 16.33±0.3 g agua/g ss o el equivalente a base humedad de 0.9423±0.3 g agua/g m. Se observa que a mayor temperatura de secado mayor es la pérdida de humedad. Para alcanzar un CH de 0.109 g agua/g s.s (10 % b.s) las muestras secadas a 70°C alcanzaron 4 h de proceso, mientras que las secadas a 60 y 50 °C alcanzaron respectivamente 6.82 y 7.93 h. De acuerdo al ANOVA, se obtuvo un p-valor de 0,0013 (p<0,05), indicando que si hay diferencias significativas entre las temperaturas.

La figura 2 muestra los perfiles de aw obtenidos durante el proceso de secado convectivo con aire caliente de muestras de melón. Se evidencia un comportamiento similar al de las cinéticas de secado, ya que con el incremento del tiempo de secado la aw disminuye. De acuerdo al ANOVA, la temperatura tiene un efecto significativo sobre los valores de aw registrados con un p-valor <0.0001 (p<0,05). Al final del secado las muestras alcanzaron valores de aw inferiores a 0.42.

La figura 3 muestra el cambio de volumen de las muestras de melón durante el secado. El volumen de las muestras disminuye con el tiempo de proceso alcanzando pérdidas al final del secado entre el 92 y 96 %. El ANOVA indicó un efecto significativo de la temperatura y del tiempo de secado sobre esta variable de respuesta, p-valor <0.0001 (p<0,05).

El comportamiento de la luminosidad (L*) por efecto del secado se indica en la figura 4. Se evidencia un aumento progresivo de la claridad de las muestras con el tiempo de proceso y con el incremento de temperatura de secado. El ANOVA indicó un efecto significativo de la temperatura sobre L*, p-valor 0.0014 (p<0,05).

En la figura 5, se presentan las curvas típicas de rehidratación de melón deshidratado. El CH absorbido aumenta progresivamente con el tiempo de rehidratación, principalmente entre 15 y 30 min, alcanzando valores entre 73 y 79 % de rehidratación, al final del secado se obtienen valores entre 80.77 y 82.31 %. Con respecto a la temperatura se observa que la rehidratación disminuye con el incremento de la temperatura. El ANOVA evidenció diferencias significativas de la rehidratación entre las temperaturas, p-valor 0.0394 (p<0,05).

DISCUSIÓN

El descenso pronunciado del CH conforme aumenta la temperatura de secado (Figura 1) puede ser explicado por el aumento de la energía cinética de las moléculas del agua causado por el gradiente de temperatura alcanzado durante el proceso; dicho gradiente actúa como fuerza impulsora de la transferencia de calor (3). Similar comportamiento fue observado en el SC de acerola roja y amarilla (4).

Los valores de aw (Figura 2) alcanzados al final del proceso son inferiores a 0.42, lo que garantiza la estabilidad del producto durante el almacenamiento, disminuyendo las reacciones de pardeamiento, oxidación hidrolítica, auto-oxidación y actividad enzimática (7). Estos resultados coinciden con los reportados en el secado de mango y zapallo (8-9).

La pérdida de volumen con el incremento de la temperatura de secado, puede estar asociado a las tensiones o estrés en la matriz celular del fruto por efecto de la pérdida de agua durante el secado. Este cambio d volumen es un indicador de daño estructural en la matriz celular, producto del colapso del material por la salida abrupta del agua por aumento de la fuerza impulsora (10). Además es posible que la movilidad del agua durante el secado sea en dirección axial (espesor), donde la distancia neta recorrida del agua es menor (diámetro mayor con respecto al espesor), agilizando la movilidad del agua y describiendo la difusión de la humedad unidireccionalmente (11).

Con respecto al color en términos de L*, el comportamiento observado en la figura 4 se debe principalmente por la temperatura que puede ocasionar degradación de los pigmentos. Se ha reportado la variación de los valores de L* por efecto de la temperatura de secado causante de la degradación de los pigmentos vegetales (12), como en el caso de uvas por SC (13).

La disminución de la capacidad de rehidratación (Figura 5) con el incremento de temperatura puede ser atribuido posiblemente al alto encogimiento de la matriz celular por efecto de la alta temperatura, ocasionando menos espacios para que el agua penetre en el tejido durante el proceso de rehidratación (14). Por otro lado, una baja rehidratación está asociada a mayores daños estructurales irreversibles por efecto del tratamiento térmico aplicado. Un comportamiento similar fue reportado por algunos investigadores (14).

CONCLUSIONES

La temperatura de secado influyó significativamente en las cinéticas de secado y en propiedades físicas relacionadas con la calidad del melón. Con el incremento de temperatura se obtiene un secado a menor tiempo de proceso, baja aw, bajo volumen y mayor claridad de muestra, sin embargo su rehidratación disminuye.

AGRADECIMIENTOS

Los autores de este trabajo agradecen a COLCIENCIAS, al Programa Jóvenes Investigadores e Innovadores "Virginia Gutiérrez de Pineda" por la financiación de esta investigación y a la escuela de Ingeniería de Alimentos de la Universidad del Valle.

References

REFERENCIAS

1. Liu L, Kakihara F, Kato M. Characterization of six varieties of Cucumis melo L. based on morphological and physiological characters, including shelf-life of fruit. Euphytica. 2004 Jun-Oct; 135: 305-313.

2. Sagar V, Kumar P. Recent advances in drying and dehydration fo fruits and vegetables: A review. J Food Sci Technol. 2010 Feb-Jun; 47(1): 15-26.

3. Koyuncu T, Tosun I, Pinar Y. Drying characteristics and heat energy requirement of cornelian cherry fruits (Cornus mas L.). J Food Eng. 2007 Aug-Dec; 78(2): 735-739.

4. Koyuncu T, Fuat YP. Convective drying characteristics of azarole red (Crataegus monogyna Jacq.) and yellow (Crataegus aronia Bosc.) fruits. J Food Eng. 2007 Aug-Feb; 78(4): 1471-1475.

5. AOAC. Official Methods of Analysis. Moisture determination. Method 20.013. 13th ed. Washington DC: 1980. 361-362 p.

6. Marques LG. Ferreira MC. Freire JT. Freeze-drying of acerola (Malpighia glabra L.). Chem. Eng. Process. 2007 Mar-Apr; 46: 451-457.

7. Singh RP, Heldman DR. Introduction to Food Engineering, 2nd ed., San Diego: Academic Press, Inc.1993. 139-141 p.

8. Ochoa-Martínez CI, Quintero PT, Ayala AA, Ortiz MJ. Drying characteristics of mango slices using the Refractance WindowTM technique. J Food Eng. 2012 Sep-Oct; 109(1): 69-75.

9. Jiménez MF, Cárdenas JD, Ayala-Aponte AA, Restrepo J. (2014). Alternative drying of roselle (Hibiscus sabdariffa L.) through refractance windowTM and convective air. Rev.Fac.Nal.Agr. Medellín. 2014 Mar-Jun; 67(2): 40-42.

10. Sturman B, Nunez A, Hofacker W. 2014. Influence of process control strategies on drying kinetics, colour and shrinkage of air dried apples. Appl Therm Eng. 2014 May-Sep; 62(2); 455-460

11. Thuwapanichayanan R, Prachayawarakorn S, Kunwisawa J, Soponronnarit S. Determination of effective moisture diffusivity and assessment of quality attributes of banana slices during drying. Food Sci Technol-LEB. 2011 Dec-Jan; 44: 1502-1510.

12. Edoun M, Kuitche A, Francois G. Effect of Thermal Process and Drying Principle on Color Loss of Pineapple Slices. American J Food Sci Technol. 2014 Jan-Apr; 2(1):17-20.

13. Adiletta G, Russo P, Senadeera W, Di Matteo M. Drying characteristics and quality of grape under physical pretreatment. J Food Eng. 2016 Oct-Jun; 172: 9-18

14. Krokida MK, Philippopoulos C. Rehydration of dehydrated foods. Dry Technol. 2005 Sep-Apr; 23(4): 799-830