UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
LABORATORIO 2: Curvas de Congelación.
CURSO: Refrigeración y Congelación de Alimentos.
ALUMNAS: Artaza Condori, Ana M. Condori Huanca, Gabriela P. Tantahuillca Landeo, Pat T.
PROFESOR: Villar Estrada, James E.
GRUPO: B* (Lunes de 11 am a 1 pm)
2017-II
INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón. INTRODUCCIÓN Las raíces tuberosas de yacón ( Smallanthus sonchifolius ) son nativos de las montañas de los Andes, donde son comúnmente cultivados y consumidos desde el período de la cultura pre-Inca ( Seminario et al ., 2003 y Graefe et al., 2004 ). La expansión global de su producción y comercialización iniciada después de los estudios relacionados con su consumo a la promoción de los beneficios para la salud humana, tales como la actividad antioxidante asociado a los compuestos fenólicos ( Yan et al., 1999 y Takaneka et al., 2003 ) y la reducción de los niveles de glucosa en la sangre adscritos al perfil de carbohidratos ( Mentreddy, 2007 y Valentová et al ., 2008 ). Por su parecido sensorial a una fruta dulce y refrescante, la raíz se consume tradicionalmente en su forma cruda ( Maldonado et al., 2008 ). El sabor dulce está relacionado con su composición rica en hidratos de carbono. A diferencia de otros tubérculos, sin embargo, las tiendas de yacón fructooligosacáridos (FOS) y la inulina en lugar de almidón. Estos azúcares proporcionan propiedades prebióticas a las raíces de yacón, por cuanto estos componentes están mal rotos por las enzimas digestivas: llegar a la flora intestinal intacta, estimulan el desarrollo y la actividad de los microorganismos que son beneficiosos para la salud humana ( Lachman et al., 2003) Las raíces de yacón poseen tasas aceleradas de pardeamiento enzimático debido al alto contenido de agua (hasta 70% del peso fresco) y los tejidos internos suaves y delicadas. Tal combinación conduce a altas pérdidas durante el post-cosecha y el transporte, lo que restringe el desarrollo sostenible del cultivo y generando pérdidas económicas (Shi et al., 2013 ). Puesto que el yacón es un cultivo estacional, es extremadamente importante establecer alternativas de procesamiento que aumentan la estabilidad y disponibilidad de este alimento ( Scher et al., 2009 ). La conservación de alimentos por frío con más de un siglo de evolución y aplicación comercial, es cada vez más utilizada en muchos productos alimenticios. Se estima que en mercados desarrollados cada vez es mayor el porcentaje de alimentos consumidos o utilizados para otros procesos, que han sido congelados en alguna etapa previa a su uso o comercialización. Actualmente en la industria de alimentos, los productos congelados son cada vez más comunes; lo cual se debe a la necesidad o conveniencia original de conservar los alimentos por más tiempo. El uso de condiciones de congelamiento adecuadas es de importancia fundamental para la calidad del producto final y de la demanda de energía requerida. Por esta razón,los objetivos de la presente práctica fueron obtener las curvas de congelación del yacón en forma líquida y sólida, además de distinguir y diferenciar las fases y partes de las curvas de congelación obtenidas. Página | 2
INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón.
II. MATERIALES Y METÓDOS 2.1. Materiales y Equipos
Alimento sólido: Cubos de yacón
Alimento líquido: Extracto de yacón
Sondas PT100
Cámara de congelación
Software DATA TRACE
2.2. Metodología 2.2.1. Elaboración de curvas de congelación de alimentos líquidos Se colocó en un tubo de ensayo cierta cantidad de extracto de yacón, luego se insertó la termocupla por el eje central (a la mitad de la porción llena). Una vez instalado, se colocó dentro de la congeladora, según correspondía a la congelación rápida o lenta. Por otro lado se midió los grados Brix de cada muestra.
2.2.2. Elaboración de curvas de congelación de alimentos sólidos Se cortó el yacón en forma de cubos (aproximadamente 1 cm de arista), luego se insertó la termocupla en el centro del alimento y se colocó dentro de la congeladora, según correspondía a la congelación rápida o lenta. Por otro lado se midió los grados Brix de cada muestra.
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INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón. III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Jara (2010): pulpa de yacón es k a 50ºC: 1.30 m2/s a 60ºC: 1.36 a 70ºC: 1.48 a 80ºC: 1.63
3.1. Curva de congelación del alimento líquido
3.1. Curva de congelación del alimento sólido
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INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón. Cuadro a: parámetros hallados para la determinación teórica del tiempo de congelación con el método de Plank y Pham.
brix Tc: temperatura final ta: temperatura del ambiente ρ: densidad antes del
método lento método lento método método rápido solido(plank) liquido (pham) rápido liquido (pham) (plank) 4.1 6.5 4.1 6.5 -26.82031 -14.8342 -27.638 -27.445 -27.23 -27.23 -27.95 -27.95 1223.456432 1227.741162 1223.456432 1227.741162
congelamiento (kg/m3) ρ: densidad de yacon congelado
1477.78595
(kg/m3) Cp: calor especifico sin congelar
1477.78595
1477.78595
1477.78595
2946.703028
2935.877464 2946.703028
2935.877464
1961.980655 333600 10
1961.980655 1961.980655 333600 333600 10 60
1961.980655 333600 60
0.274605628
0.274605628 0.274605628
0.274605628
(j/kg ⁰C)
Cp: calor especifico congelado Lf: calor latente de fusión (J/Kg) h: coeficiente convectivo (w/m2 C) Kc: conductividad térmica del yacon congelado(W/m ⁰C)
Tfm: temperatura media de congelación ∆H1: cambio entalpico volumétrico (J/m3) H: humedad antes del congelamiento H: humedad después del congelamiento Ti: temperatura de inicio de congelación ∆H2: cambio entalpico volumétrico (J/m3) Nbi= número de biot
-8.11289153
-4.9605446
-8.403544
-8.352785
-
108025151.8
-
120522811.5
0.972
0.948
0.972
0.948
0.1
0.1
0.1
0.1
-0.2273
-0.8215
-4.673
0.789
-
521616945.4
-
548345121.4
-
0.236703088
-
1.420218527
tiempo de cong elamiento:
9959.57764
9567.343067
2816.120942
2899.304068
0.5 0.125 -
2 25.009
0.5 0.125 -
2 25.084
-
0.0065 37.2542277 22.2694554
-
0.0065 36.3156075 19.597215
p:constantes del tiempo de plank R:constantes del tiempo d plank Ef: dimensión característica Tz: temperatura de inicio de congelación dc: diámetro característico ∆T1: diferencial de temperaturas ∆T2: diferencial de temperaturas
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INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón. Cuadro b: tiempos de congelación teórico y práctico del yacon líquido y sólido. Tiempo congelación (seg) Método lento Cubo 4.1 brix Liquido 6.5 brix Método Cubo 4.1 brix rapido Liquido 6.5 brix
de Tiempo de congelación teórico practico (seg) 9959.58 9567.34 2816.12 2899.30
En el cuadro b se pueden ver los tiempos de congelamiento teórico y practico que se hallaron con el método de pham y plank. Se puede observar que se alejan mucho en los resultados teóricos de los resultados prácticos hechos en laboratorio. En el cuadro a están los parámetros que se utilizaron para hallar el tiempo de congelación teórico con el método pham y plank de acuerdo con Rapin (1990), la duración de la congelación depende de varios factores muy variables, entre otros, el calor latente de congelación, la forma, la textura, las dimensiones, coeficiente de conductividad, embalaje, coeficiente de transmisión superficial del producto, la colocación en el congelador, temperatura aplicada, sistema utilizado, etc. En nuestro caso cabe señalar que el parámetro que más influye en el tiempo de congelación es el coeficiente de transmisión de convección de calor, hc, debido principalmente que tomamos como referencia el coeficiente convectivo según diversos trabajos experimentales, el cual varía entre 5 y 10 W/m2°K, para congelación con aire con el método lento y para el método rápido de congelador de placas se utilizó una convección entre 50 y 120 W/m2°K (cuadro A3). A valores bajos de dicho coeficiente, el tiempo de congelación se verá muy afectadopor pequeños cambios en dicho coeficiente. La temperatura inicial y fin al del producto afectarán ligeramente los tiempos de congelación, a pesar de que no se han considerado en la ecuación de Plank. Para la determinación del calor especifico, densidad y conductividad térmica, se hallaron en función a la humedad con la ayuda de fórmulas citadas por el autor Perusello et al. (2014), que está en el cuadro A1. Para la determinación de la humedad después del congelamiento según Lewis (1993) menciona que a -15°C se ha congelado el 90-95% del agua, asumiendo que la humedad queda en un 10 % para el extracto de yacon líquido y sólido. La determinación de la humedad antes del congelamiento se halló con el cuadro A2 donde se mencionan las características fisicoquímicas del extracto de yacon en función a los grados brix. Geankoplis (1998) indica que la transferencia de calor de un sólido esta relaciona con el tamaño y geometría, el aumento de área superficial resulta en una mayor transferencia de calor. Los sólidos usados en la práctica fueron de 1cm de arista Página | 6
INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón. aproximadamente, sin embargo se pudo hacer a las muestras de tal forma que tengan mayor área superficial, como por ejemplo en láminas, de esta forma se observaría en las tres muestras una mejor grafica del punto de congelación y los puntos eutécticos.
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INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón. IV. CONCLUSIONES Se obtuvo los valores para el tiempo de congelación del aguymanto (uchuva)utilizando los modelos: Plank, Nagaoka, PhamEl tiempo de congelación depende de diversos factores, unos son relativos al producto a congelar y otros al equipo utilizado: coeficiente convectivo, dimensionesy forma del producto, temperatura inicial y final.
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INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón. V. BIBLIOGRAFÍA
Geankoplis, J. 1998. Procesos de transporte y operaciones unitarias. Tercera edición. Editorial C.E.C.S.A., México.
GRAEFE, S., HERMANN, M., MANRQIUE, I., GOLOMBEK, S., BUERKERT, A., 2004. Effects of post-harvest treatment on the carbohydrate composition of yacon roots in the Peruvian Andes. Field Crops Res. 86, 157 –165.
LACHMAN, J., FERNANDEZ, E.C., ORSÁK, M., 2003. Yacon [Smallanthus sonchifolia (Poepp. et Endl.) H. Robinson] chemical composition and use – a review. Plant Soil Environ. 49, 283 –290.
LEWIS, MJ. 1993. Propiedades físicas de los alimentos y de los sistemas de procesado. Editorial Acribia S.A. Zaragoza, España. MALDONADO, S., SANTAPAOLA, J.E., SINGH, J., TORREZ, M., GARAY, A., 2008. Cinética de la transferencia de masa durante la deshidratación osmótica de yacón (Smallanthus sonchifolius). Ciência e Tecnologia de Alimentos 28 (1), 251 – 256.
MEJÍA A., R. A. 2015. Impregnación al vacío de fructooligosacáridos de yacón (Smallanthus sonchifolius Poepp & Endl.) en manzana. Tesis para optar al título de Ingeniero en Industrias Alimentarias. Universidad Nacional Agraria La Molina. La Molina (Perú).
MENTREDDY, S.R., 2007. Review – medicinal plant species with potential antidiabetic properties. J. Sci. Food Agric. 87, 743 –750. ORREGO, E.2008. CONGELACIÓN Y LIOFILIZACIÓN DE ALIMENTOS. ED. Universidad Nacional de Colombia. Colombia Pag: 35.
PERUSELLO, C. A.; KUMAR, Ch.; De CASTILHOS, F. y KARIM, M. A. 2014. Heat and mass transfer modeling of the osmo-convective drying of yacon roots (Smallanthus sonchifolius). Applied Thermal Engineering 63: pp 23-32
Rapin, P. (1990). Prontuario del frío. Editorial Reverté, S.A. Barcelona, España. Página | 9
INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón.
SANTOS, C. A.; LAURINDO, J. B.; SILVEIRA J., V. y HENSE, H. 2008. Influence of secondary packing on the freezing time of chiken meat in air blast freezing tunnels. Food Science and Technology, 28: pp 252-258.
SEMINARIO, J., VALDERRAMA, M., MANRQIUE, I., 2003. El yacón: fundamentos para el aprovechamiento de um recurso promisorio, first ed. Centro Internacional de la Papa, Lima, pp. 13 –115.
TAKANEKA, M., YAN, X., ONO, H., YOSHIDA, M., NAGATA, T., NAKANISHI, T., 2003. Caffeic acid derivatives in the roots of yacon (Smallanthus sonchifolius). J. Agric. Food Chem. 51, 793 –796.
YAN, X., SUZUKI, M., OHNISHI-KAMEYAMA, M., SADA, Y., NAKANISHI, T., NAGATA, T., 1999. Extraction and identification of antioxidants in the roots of yacon (Smallanthus sonchifolius). J. Agric. Food Chem. 47, 4711 – 4713. VALENTOVÁ, K., STEJSKAL, D., BARTEK, J., DVORACKOVÁ, S., KREN, V., ULRICHOVÁ, J., SIMÁNEK, V., 2008. Maca (Lepidium meyenii) and yacon (Smallanthus sonchifolius) in combination with silymarin as food supplements: in vivo safety assessment. Food Chem. Toxicol. 46, 1006 –1013.
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INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón.
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INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón. VI. ANEXOS ANEXO 1. Valores revisados para estimar las propiedades del yacón Cuadro A1. Ecuaciones ajustadas para calculas las propiedades termofísicas del yacón en función al contenido de humedad.
Fuente: Perusello et al. (2014)
Cuadro A2. Características fisicoquímicas y funcionales de los extractos concentrados de yacón.
Fuente: Mejía (2015) Página | 12
INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón. Cuadro A3. Comparación de congeladores por tiempos y coeficientes de transferencia superficiales
Fuente: Orrego (2008)
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INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón. ANEXO 2. Artículo científico PARTE Título
DESARROLLO Influencia del envase secundario sobre el tiempo de congelación de cortes de carne de pollo en túneles de circulación con aire forzado 1 Verificar la influencia del envase secundario comercial (Cajas de cartón comerciales) en el tiempo de congelación para los cortes de pollo envueltos en películas de PEBD en túneles de circulación con aire forzado. Evaluar la sustitución de las cajas de cartón comercial (CCB) por cajas de metal perforados (PMB). Este trabajo busca reducir la resistencia térmica que presentan los empaques cambiando el tipo de material que se emplea comúnmente. Cuando se da una congelación lenta, se forman cristales grandes que afectan sensorialmente el alimento, es por ello que se busca realizar la congelación de manera más rápida, y que cause menor pérdida de agua durante el descongelamiento. El empaque en los alimentos suele ser empleado para evitar daños mecánicos. A continuación se detalla el trabajo. Cada muestra se envolvió en envases de PEBD, 0.6mm. Se colocaron por igual en empaques de CCB, con la parte superior expuesta, y PMB, con 81% de perforaciones en su superficie. En ambos se dispuso de sensores Pt-100 en el centro geométrico y se realizó el seguimiento de temperatura. Hay dos tipos de túneles de congelación: Túnel de congelación 1: El flujo de aire durante la congelación fue horizontal, las cajas estuvieron una cerca a otra. Área total del evaporador fue 6000 m 2. Tiempo de 13.8 h. Túnel de congelación 2: El flujo de aire durante la congelación fue vertical, las cajas estuvieron una cerca a otra. Área total del evaporador fue 9324 m 2. Tiempo de 15.6 h. Se compararon las resistencias térmicas en ambos materiales (valores de R, q, T). El experimento llegó hasta que la temperatura del centro sea -18ºC. Túnel de congelación 1: Para todos los puntos tomados como referencia, se obtuvo que el tiempo de congelación para llegar a 18ºC fue reducido en 40% al reemplazar CCB por PMB. Túnel de congelación 1: En este caso, ambas muestras (CCB, PMB) no llegaron a -18ºC en 15.6 h. Sin embargo, se observó que el tiempo empleado con PMB fue 45% menor que CCB. Se obtuvieron beneficios cuantitativos y cualitativos con el envase secundario de PMB Empíricamente se demostró que la caja de cartón comercial ofrece una alta resistencia de calor térmica. El material de PMB ayuda a reducir el tiempo de congelación y mejora la congelación homogénea, se reduce 45% del tiempo. Con este envase se puede obtener un producto de mejor calidad.
Objetivo
Desarrollo del tema
Método de Análisis
Resultados
Conclusiones
Comentario: Se logra observar las grandes ventajas respecto a la mejor transferencia de calor y menor tiempo de congelación necesario con este nuevo material. Pero también se debería evaluar su inocuidad, es decir, si existe transferencia de moléculas metálicas en el transcurso de tiempo de contacto con el alimento.
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Santos et al. (2008) Página | 14
INFORME 2: Curva de Congelación en el yacón.
BORRAR LO DE ABAJO SI NO SE NECESITA :) Densidad aparente del yacón fresco 1.0121 g/cm3 (Rojas, 2015)
http://repositorio.lamolina.edu.pe/bitstream/handle/UNALM/2599/Q02-R628T.pdf?sequence=1&isAllowed=y
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