APLICACI

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APLICACIÓN DE ULTRASONIDOS DE POTENCIA AL SECADO
CONVECTIVO DE FRESAS   1Gamboa-Santos, J.
1Montilla, A. 1Villamiel, M. 2García-Pérez,
J.V. 1Instituto de Investigación en Ciencias de
la Alimentación (CIAL, CSIC-UAM), Calle Nicolás
Cabrera, 9, Cantoblanco, Madrid, E28049, España.
E-mail j.gamboa_at_csic.es. 2Grupo de Análisis y
Simulación de Procesos Agroalimentarios (ASPA).
Departamento Tecnología de los Alimentos,
Universitat Politècnica de València (UPV), Camí
de Vera s/n, Valencia, E46022, España.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
INTRODUCCIÓN
El secado por convección constituye un método
ampliamente utilizado para aumentar la vida útil
de un gran número de alimentos con contenidos en
humedad superiores al 80, como es el caso de
hortalizas y frutas. No obstante, dependiendo de
las condiciones del proceso pueden producirse
cambios físicos, químicos y físico-químicos en
los constituyentes de los productos
deshidratados, alterándose consecuentemente su
calidad. Entre las alteraciones indeseables que
se producen, las modificaciones en componentes
bioactivos, nutritivos, flavores, color y textura
han sido objeto de numerosos estudios(1,2). En
particular, la pérdida de vitamina C durante el
proceso de deshidratación ha sido investigada en
diversos sustratos vegetales, entre los cuales se
encuentran las fresas, frutas de recomendado
consumo, no sólo por su palatabilidad sino por
sus propiedades saludables. Con la finalidad de
reducir la pérdida de compuestos nutritivos y
bioactivos se están estudiando métodos emergentes
de procesado, entre ellos el secado asistido con
ultrasonidos (US). En general, se ha visto que
los US de potencia incrementan la velocidad de
secado, siendo mayor el efecto cuando se aplican
velocidades de aire inferiores a 5 m/s(3) y bajas
temperaturas de proceso. Los estudios realizados
hasta el momento se han centrado en analizar la
influencia de los US en los procesos de
transferencia de energía y/o materia,
encontrándose escasos trabajos que estudien la
influencia en la calidad final del producto
deshidratado. En particular, en fresa, no existen
estudios previos sobre las cinéticas de secado en
procesos asistidos por US ni sobre la calidad del
producto final deshidratado.

• Independientemente de la temperatura aplicada,
  el aumento
• de la potencia US incrementó la velocidad de
  secado de forma significativa.
• A 40ºC, para alcanzar una humedad de 0,35 kg
  H2O/kg MS, la aplicación de 60 W de potencia
  produjo una reducción del tiempo de secado de un
  15 respecto del tratamiento control sUS.
  Mientras que a 70 ºC y 30 y 60 W de potencia, se
  lograron reducciones de un 25 y 35,
  respectivamente.
• El modelo SRE no permitió obtener un buen ajuste
  de las cinéticas de secado, obteniéndose VAR
  bajas (entre 92 y 95). Este hecho pone de
  manifiesto la necesidad de utilizar el modelo RE
  considerando la resistencia externa a la
  transferencia de materia, que proporciona VAR
  superiores a 99.
• Con el modelo RE, se obtuvieron incrementos de
  la De del orden del 50 a 40ºC y 60 W, respecto
  de las experiencias sUS. A 70 ºC, los
  incrementos fueron significativos a partir de 30
  W de potencia.
• En cuanto al coeficiente de transferencia de
  materia (k), se obtuvieron incrementos de hasta
  el 25 en experiencias realizadas a 40 ºC y 60 W,
  respecto del control sUS. A 70 ºC y 30 W se
  encontró un aumento de k del 16, valor que se
  mantuvo al aplicar 60 W de potencia.

Efecto de los US sobre la cinética de secado
Fig. 2. Cinéticas de secado convectivo de fresas
a 40 y a 70 ºC, 2 m/s y potencias de US de 0
(sUS), 30 y 60 W (cUS). MS inicial de la fresa
fresca 9,36 0,11 .
Experiencias SRE SRE RE RE RE RE
Experiencias De (10-10m2/s) VAR () De 2 (10-10m2/s) k (10-5kg H2O/m2/s) VAR () MRE ()
sUS-40 0,740,05a1 95,78 1,070,13a 1,240,06a 99,67 9,01
cUS-40-30 0,710,09a 94,62 1,220,22ab 1,310,36a 99,90 8,79
cUS-40-60 0,930,05b 92,08 1,600,15b 1,550,12a 99,90 6,48
sUS-70 1,410,09c 93,20 2,280,33c 2,380,17b 99,87 6,55
cUS-70-30 1,590,11d 93,82 2,720,25d 2,800,30bc 99,84 10,61
cUS-70-60 1,740,06d 92,99 3,340,35e 2,770,05c 99,78 23,45

• El presente trabajo se ha centrado en
• El estudio de la influencia de la aplicación de
  US de potencia en la cinética de secado
  convectivo de fresas,
• La retención de vitamina C y las propiedades de
  rehidratación del producto final,
• con el objeto de obtener fresas deshidratadas
  de alta calidad.

Tabla 2. Parámetros estimados y resultados
estadísticos para los modelos SRE (sin
resistencia externa) y RE (con resistencia
externa).
OBJETIVOS
1Las muestras con igual letra en la misma columna
no presentan diferencias estadísticamente
significativas entre sus medias (LSD 0,05). 2
Resolución para geometría de lámina infinita,
empleando el método de diferencias finitas (4) en
Matlab.
Retención de vitamina C
Capacidad de rehidratación
Pérdida de sólidos solubles
a)
b)
c)
c
b
c1
c
c
b
b
bc
a
a
ab
a
a
a
a
a
a
Tabla 1. Condiciones experimentales de secado
convectivo de fresa asistido por US.
a)
b)
c)
Experiencias Temperatura (ºC) Potencia US (W)
sUS-40 40 0
cUS-40-30 40 30
cUS-40-60 40 60
sUS-70 70 0
cUS-70-30 70 30
cUS-70-60 70 60
a) y b) Fresas frescas (Fragaria ananassa)
variedad Candonga. c) Fresas cortadas en láminas
(2,5 0,5 mm de espesor).

• Los porcentajes de retención de Vitamina C se
  encontraron en el intervalo 63-76, con respecto
  a la muestra fresca.
• El aumento de temperatura de 40 a 70ºC sUS (0 W)
  dio lugar a una reducción del 4 en la retención
  de esta vitamina.
• Con respecto a la aplicación de US, únicamente a
  70 ºC se observaron diferencias significativas en
  las muestras tratadas con US (30 y 60 W) respecto
  a las muestras sin US, encontrándose
  porcentajes de retención del 63-65.

Fig 3. Porcentaje de retención de vitamina C (a),
capacidad de rehidratación (b) y porcentaje de
pérdida de sólidos por lixiviado en fresas
deshidratadas a 40 y a 70 ºC, con potencias US de
0 (sUS), 30 y 60 W (cUS). 1Las muestras con igual
letra no presentan diferencias estadísticamente
significativas entre sus medias (LSD 0,05).
Potencia eléctrica aplicada al transductor
US.

• Las muestras deshidratadas sin US mostraron RR
  semejantes, independientemente de la temperatura
  (3,4 y 3,7 para 40 y 70 ºC, respectivamente).
• A 40 ºC, la aplicación de US dio lugar a un
  incremento significativo de la RR, mientras que a
  70C no se observaron cambios con la potencia
  ultrasónica.

• En general, se observó un incremento
  significativo en la pérdida de SS por lixiviado,
  tras la aplicación de US de potencia, debido,
  probablemente, a cambios en la estructura de la
  matriz provocados por los US.

Fig. 1. Secadero convectivo asistido por US a
escala de laboratorio. (Grupo ASPA, UPV).
La modelización matemática de las cinéticas
de secado de fresas asistido por US permitió
observar una reducción significativa de la
resistencia externa e interna a la transferencia
de agua. La aplicación de US de potencia en
la deshidratación de fresas constituye un método
eficaz para obtener un producto de elevada
calidad, atendiendo a la retención de vitamina C
y a las propiedades de rehidratación. Los datos
obtenidos en el presente trabajo son los primeros
realizados sobre del efecto de la deshidratación
convectiva de fresas asistida por US, tanto desde
el punto de vista de la cinética de secado como
de la evaluación de la calidad del producto
resultante.
Ecuaciones de los modelos que consideran la
resistencia externa a la transferencia de materia
despreciable (SRE) y significativa (RE). CC
condición de contorno.
L semiespesor de la muestra (m) Wp humedad
local de la muestra (kg H2O/ kg MS) We humedad
de equilibrio
pds densidad del sólido seco (kg MS/m3) k
coeficiente convectivo de transferencia de
materia (kg H2O/m2/s) aw actividad de agua en
la superficie fair humedad relativa del aire de
secado
De difusividad efectiva t tiempo (s) x
dirección de transporte característica de la
lámina

• Extracción con ácido oxálico 0.4 (1 g
  muestra/12,5 mL ácido oxálico).
• Homogenización ultraturrax 13500 rpm, 1 min,
  adición de 2,5 mL DTT (0,5) y oscuridad a 0 ºC,
  30 min.
• Dilución hasta 25 mL con agua Milli-Q y
  centrifugación a 3200g, 5 min. Filtración (pvd
  0,45 µm).
• 4) RP-HPLC-UV (columna C18) Detección
  UV (245 nm). Inyección 20 µL, bajo
  condiciones isocráticas (KH2PO4, 5mM, pH 3 1 mL/
  min).

• Rehidratación por inmersión en agua destilada
  (relación sólido líquido 150). Tº amb., 24 h
  (5).
• 2) Cálculo de RR como
• RR Mr / Md
• Mr g de fresa rehidratada
• Md g de fresa deshidratada

1. Determinación gravimétrica a partir de 0,5 mL de
   agua de rehidratación (6).
2. Estufa a 102 ºC, durante 48 h (5).

CONCLUSIONES
MATERIALES Y MÉTODOS
AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido financiado
por el Ministerio de Ciencia e Innovación
(Proyectos Fun-c-Food Consolider CSD2007-00063
Ingenio 2010 y AGL 2007-63462). J.G.S. agradece
además al CSIC y a la UE por el disfrute de una
beca predoctoral (JAE). REFERENCIAS (1) Chua y
col. (2000). Dry Tech, 18 907-936. (2) Mayor y
Sereno (2004). J Food Eng, 61, 373-386. (3) Riera
y col. (2011). ISBN 978-0-8138-1754-5, Vol. 13,
265-302. (4) Mulet y col. (2005). J Food Sci, 7,
E318-E323. (5) Soria y col. (2010). J Agric Food
Chem, 58, 7715-7722. (6) AOAC, 950.1, 1990.