Modelado de la Cinética de Secado de la l a Carne de Alpaca (Lama pacos L.) Alex Moran Quispe 1, Carmen Pachas Napa 1, Juan Ynocente Regalado 1, Lucio Villalobos Gamarra 1, Rodolfo Buitrón de la Flor 1 1
Facultad de Ingeniería Pesquera y de Alimentos. Universidad Nacional del Callao.
Resumen Se ha estudiado y modelado la de secado por aire caliente de la carne de alpaca (Lama pacos -1 L.) a la temperatura de 50º C, con velocidad de aire de 1 m·s , en el laboratorio del Centro Experimental Tecnológico de la Universidad Nacional del Callao. Durante las experiencias se observó con mayor apreciación el periodo velocidad decreciente. Los modelos matemáticos aplicados fueron el modelo de Newton, Henderson-Pabis y Page. Además se evaluó la calidad de ajuste de estos modelos por medio de la suma de errores cuadrados, la raíz media de los errores cuadrados y el Chi cuadrado. Al comparar los valores experimentales con los calculados, se demostró que el modelo de Page obtuvo la mejor calidad de ajuste en cada curva de secado, representando una excelente herramienta para estimar el tiempo de secado de este producto.
INTRODUCCIÓN. En las zonas altas de nuestro país, donde la agricultura y ganadería común no son viables, la crianza de Camélidos, tienen evidente importancia socio-económica, constituyendo una fuente de trabajo para un vasto sector de la población andina. Las especies vicuña, llama y alpaca constituyen un valioso recurso genético y económico que debe ser conservado y aprovechado sustentablemente. (CONACS 2004). El Perú cuenta con 3, 156,101 alpacas distribuidas principalmente en la sierra sur del país (MINAG, 2002). La crianza de los camélidos es exclusivamente de tipo extensiva, alimentados con pastos de muy poco valor nutricional y expuesto a severas inclemencias ambientales (Reiner y Bryant, 1986; San Martín, 1991). La rentabilidad económica de los criadores alto andinos proviene principalmente de la comercialización de la fibra y carne de estos animales (San Martín y Bryant, 1987). Las regiones que tienen mayor población de camélidos en Alpaca son: Puno (1,712,110), Cuzco (400,877), Arequipa (384,000) y en Llamas son: Puno (397,700), Cuzco (206,351), Huancavelica (123,000). La carne de alpaca se caracteriza por su color rojo cereza, de sabor agradable y de textura medio suave. Pero como en todas las especies animales, las características sensoriales varían con la edad, sexo, estado sanitario y fundamentalmente por el manejo y alimentación de los mismos (Téllez (1992), citado por CONACS (2004).
Como se puede observar en la Tabla 1, el valor proteico de la carne de camélidos es superior a la de otras carnes como la de ovino o vacuno y su contenido de grasa es menor, por lo tanto no es fuente de colesterol y la convierte en un producto Light.
Tabla 1: Composición química (%) de la carne de camélidos con otras especies. ESPECIE Porcino Ovino Alpaca Ternera Vaca
PROTEINAS
GRASA
14,50 17,00 18,93 19,00
37,0 28,0 3,90 7,50
21,00
5,05
CENIZA 0,75 1,00 1,11 1,40 1,00
Fuente Solís (1997) El principal limitante de la aceptación de la carne de alpaca para el consumo humano es la Sarcosistiosis. Se trata de pequeños quistes localizados en los músculos esqueléticos, que corresponden a la fase intermedia de desarrollo de un parasito cuyo hospedero final son los perros y otros carnívoros silvestres. (Diouf 2003). Existen macroquistes y microquistes producidos por los parásitos Sarcocystis lamacanis y Sarcocystis aucheriae respectivamente. aucheriae respectivamente. Los microquistes no se pueden detectar visualmente y se encuentran mayormente en el corazón y el diafragma, pero también en los músculos esqueléticos. Los macroquistes que son del tamaño de un grano de arroz, se pueden detectar a simple vista y se encuentran mayormente en el esófago y la nuca, pero también en cualquier músculo esquelético. La presencia de estos quistes da una apariencia desagradable a la carne y hace que sea decomisada durante la inspección veterinaria, esta tiene lugar por no ser considerada apta para el consumo humano. El mayor problema de la percepción que tiene el público de esta enfermedad es la Sarcosistiosis, que no es infecciosa para el hombre. Esta enfermedad es generalmente confundida con la Cisticercosis, la cual constituye un peligro real para el hombre y presenta signos clínicos similares (quistes). Debido a la similitud de los síntomas clínicos de las dos enfermedades parece que el consumidor también confunde los peligros que presentan ambas parasitosis. El peligro ligado a la presencia de quistes en la carne de alpaca se puede eliminar mediante la aplicación de calor (60 ºC durante 3ºmin.), frío (-20 ºC por 10 días). (IVITA 1998) Una de las formas que permitiría un mejor uso de este recurso proteico seria la industrialización diversificada. Las principales pueden ser: a) la deshidratación en forma de charqui, b) Conservas, lo que permitiría una mayor retribución económica al ganadero y la zona de influencia. La industria cárnica se ha esforzado en la preservación de sus alimentos, encontrando que la realización por medio del calor, y en particular por el tratamiento térmico de enlatados, ya que sigue siendo uno de los procedimientos más eficientes para mantenerlos en buen estado. El objetivo primordial de este proceso es asegurar la destrucción de todos los microorganismos capaces de provocar intoxicación alimentaria y reducir el contenido de microorganismos hasta un nivel comercial (Prandl et.al 1994).
MATERIALES Y MÉTODOS. Preparación de las muestras. La carne de alpaca se adquirió en el mercado de la ciudad de Lima, Perú. Se seleccionó la carne con las características organolépticas adecuadas y se mantuvo en condiciones de conservación. Luego las muestras fueron preparadas manualmente en láminas de 4 cm de largo 3 cm de ancho y 0,5 cm de espesor, parte de las muestras fue sometida a un tratamiento previo en una solución de NaCl (5%) durante tres horas.
Equipos y procedimiento. Se utilizó un equipo de secado experimental, provisto de un ventilador para forzar el aire de secado, un sistema de calefacción compuesto de resistencias que aseguran la temperatura de secado con recubrimiento aislante, cuanta además con un control automático de temperatura de secado. Además el equipo cuenta con bandejas las que se usaron para distribuir la materia para su secado. Se utilizó también una balanza analítica con exactitud ± 0,1 g. Inicialmente se procedió a establecer la temperatura y la velocidad del aire de secado en la máquina que se muestra en la Fig. 1, luego al pesado de las bandejas y se adecuaron las muestras en las bandejas (Fig.2 y 3) y se pesó el sistema de muestra con bandeja para cada tratamiento a estudiar, de allí entra al secador, y tras controles de tiempo se procede a los pesados consecutivos para la obtención de datos experimentales (Fig.4,5 y 6).
Fig.1. Máquina para secado de Alimentos (CET)
Fig. 2. Selección de las muestras de ambos tipos de tratamientos.
Fig.3. Acondicinamiento de las muestras en las bandejas.
Fig. 4. Colocación de las muestras en el equipo de secado a condiciones controladas.
Fig.5. Realización de los controles en los tiempos establecidos.
Fig. 6. Carne de alpaca secada por aire a 50°C. 50°C.
Determinación del contenido de humedad inicial de las muestras. Se realizó la determinación de humedad mediante el método de estufa a 105°C (AOAC, 1997), con los que se determinó la humedad para las muestras con ambos tratamientos, siendo la HR para la muestra in-natura de 76% y de 80% para la muestra con tratamiento al 5% NaCl. La determinación de la humedad se realizó en el CET-UNAC.
Construcción de las curvas de secado. Se evaluó el proceso de secado para la carne de alpaca, a temperatura de bulbo seco de 50°C, 50°C, velocidad constante de 1m/s, y geometría en láminas. Se procedió al secado como se describe en la parte del procedimiento. Durante el proceso de secado las muestras fueron pesadas a intervalos de 10 minutos durante la primera hora, luego cada 15 minutos durante las dos horas siguientes y por ultimo por 20 minutos por el tiempo restante al proceso. Las curvas de secado experimentales se modelaron con tres ecuaciones empíricas; el modelo de Newton (ec. 1), Henderson-Pabis (ec. 2) y con la ecuación de Page (ec. 3), (Azzouz et al., 2002; Togrul y Pehlivan, 2003; Mwithiga y Olwal, 2004; Doymaz, 2005).
(1) (2) (3)
Para evaluar la calidad de ajuste obtenido de los modelos propuestos sobre los datos experimentales, se utilizaron: la suma de los errores cuadrados (SSE) (ec. 4) y la raíz media de los errores cuadrados (RMSE) (ec. 5).
∑
(4)
⁄ [ ∑ ]
(5)
Los valores más bajos SSE y RMSE que tiendan a cero, se consideran como óptimos y ayudan a elegir el mejor modelo de ajuste para las gráficas obtenidas.
RESULTADOS. La humedad inicial de la muestra (carne de alpaca) en fresco fue de 76 deshidratación osmótica – D.O(al 5% de sal) fue de 80
(76%) y con
(80%).
Sabiendo que:
(6)
Las curvas de secado experimentales se modelaron con tres ecuaciones empíricas:
Modelo De Newton
:
:
Modelo De Henderson-Pabis Modelo De Page
:
(7) (8) (9)
Secado de la carne de alpaca ( lama pacos l.) In – natura:
70.00
60.00
50.00
% ) O
40.00
M / M30.00 ∆ ( 20.00
10.00
0.00 0
100
2 00
300
400
500
600
Tiempo(min)
Fig.7. Variación porcentual de la masa del secado de carne de alpaca in natura a la temperatura de 50ºC
3.50 ) g k / 3.00 g k ( a 2.50 c e s e 2.00 s a b n 1.50 e d a d 1.00 e m u 0.50 H 0.00 0
100
200
300
400
500
600
Tíempo(min)
Fig.8. Curva de secado de la Carne de Alpaca in natura a la temperatura de 50ºC
0.030 ) n i 0.025 m / g k ( 0.020 o d a c e 0.015 s e d d 0.010 a d i c o l e 0.005 V
0.000 0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
Humedad en base seca (kg/kg)
Fig.9. Cinética de secado de Carne de Alpaca in natura a 50ºC
0.030 ) n i 0.025 m / g k ( 0.020 o d a c e s 0.015 e d d 0.010 a d i c o l e 0.005 V
y = 0.010566x - 0.011115 R² = 0.940682
0.000 1.00
1.50
2.00
2.5 0
3.00
3.50
Humedad en base seca(kg/kg)
Fig.10. Modelización para el primer periodo difusional del secado de Carne de alpaca in natura a 50ºC
0.004 ) n i 0.004 m / g k 0.003 ( o d a c e s 0.003 e d d a 0.002 d i c o l e 0.002 V
y = 0.003460x - 0.000440 R² = 0.882081
0.001 0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
Humedad en base seca(kg/kg)
Fig.11. Modelización para segundo periodo difusional del secado de Carne de Alpaca in natura a 50ºC El valor de la humedad de equilibrio equilibrio obtenida representa un valor de 0.127Kg/Kg, fue obtenido proyectando el modelo de regresión para la ecuación obtenida de:
Entonces:
(10)
El modelado matemático de las curvas de secado experimentales con los modelos de Newton, H-P y Page, se aprecian en en la figuras 12, 13 y 14, respectivamente.
Se puede observar que los modelos de Newton y H-P presentaron una calidad de ajuste menor para los datos experimentales con respecto al modelado de Page en todo el tiempo de secado hasta el equilibrio. En la Fig. 12 se aprecia la comparación entre la humedad experimental y calculada con el Modelo de Newton. 3.50
) g 3.00 k / g k ( a 2.50 c e s 2.00 e s a b n 1.50 e d a d 1.00 e m u 0.50 H
Puntos experimentales Modelo de Newton
0.00 0
10 0
20 0
3 00
40 0
5 00
60 0
Tiempo(min)
Fig.12. Curva de secado experimental y calculada de Carne de Alpaca in natura a 50ºC
La Fig. 13 se aprecia la comparación entre la humedad experimental y calculada con el Modelo de Henderson Pabis.
3.50 ) g 3.00 k / g k ( a 2.50 c e s 2.00 e s a b n 1.50 e d a d1.00 e m u 0.50 H
Puntos Experimentales Modelo de de H enderson Pabis
0.00 0
1 00
2 00
30 0
40 0
50 0
600
Tíempo(min)
Fig.13. Curva de secado experimental (modelo Henderson- Pabis) y calculada de Carne de alpaca in natura a 50ºC
En la Fig. 14 se aprecia la comparación entre la humedad experimental y calculada con el Modelo de Page.
3.50 ) 3.00 g k / g k 2.50 ( a c e s e 2.00 s a b n 1.50 e d a d 1.00 e m u H 0.50
puntos experimentales modelo de Page
0.00 0
10 0
200
300
Tiempo (min)
40 0
500
600
Fig.14. Curva de secado experimental (modelo Page) y calculada de Carne de alpaca in natura a 50ºC
Al analizar los resultados de las pruebas estadísticas aplicadas sobre los modelos propuestos, 2 se observa que para los tres modelos y todas las temperaturas utilizadas se obtiene un r igual o superior a 0.94, sin embargo con el modelo de Page se obtiene el mejor ajuste si se consideran los otros estadísticos (SSE, RMSE y Chi-cuadrado), ya que con este modelo se lograron los valores más bajos de estos parámetros con respecto a los modelos de Newton y de H-P.
Secado de carne de alpaca (Lama pacos L.) en en secado secado de carne de alpaca (lama pacos l.) In – natura Tabla 2. Resultados de las pruebas estadisticas para los modelos apiicados en
MODELO
SSE
RMSE
Newton
0.94
0.00214321
0.046294813
0.002248908
Henderson – Pabis
0.94
0.00343866
0.058640132
0.003608253
Page
0.94
3.14717*10
-5
0.005609968
0.000033023
Secado de la carne de alpaca (Lama pacos L.) con deshidratación osmótica (D.O.):
80.00 70.00 60.00 % 50.00 ) O
M / 40.00 M Δ ( 30.00 20.00 10.00 0.00 0
1 00
2 00
300
4 00
500
600
Tiempo(min.)
Fig.15. Variación porcentual de la masa del secado de carne de alpaca con D.O. (5% sal) a la temperatura de 50ºC.
3.00
) g 2.50 k / g k ( a 2.00 c e s e s a 1.50 b n e d 1.00 a d e m u 0.50 H 0.00 0
100
200
300
400
500
600
Tiempo(min.)
Fig.16. Curva de secado de la Carne de Alpaca Alpaca con D.O. (5% sal) a la la temperatura de 50ºC
0.030
) n i 0.025 m / g 0.020 K ( o d a 0.015 c e s e 0.010 d d a d i 0.005 c o l e V 0.000 0 .5 0
1 .0 0
1 .5 0
2 .0 0
2 .5 0
3 .0 0
3 .5 0
4 .0 0
4 .5 0
Humedad en base seca(Kg/Kg)
Fig.17. Cinética de secado de Carne de Alpaca con D.O. (5% sal) a 50ºC.
0.0300 ) n i m0.0250 / g k ( o d 0.0200 a c e s e d 0.0150 d a d i c o l 0.0100 e V
y = 0.009376x - 0.013150 0.013150 R² = 0.96884 5
0.0050 2 .0 0 0
2 .5 0 0
3 .0 0 0
3 .5 0 0
4 .0 0 0
Humedad en base seca(kg/kg)
Fig.18. Modelización para el primer periodo difusional del secado de Carne de alpaca con D.O. (5% sal) a 50ºC
0.0070
) n i 0.0060 m / g 0.0050 k ( o d a 0.0040 c e s e 0.0030 d d a d i 0.0020 c o l e 0.0010 V
y = 0.003777x 0.003777x - 0.001191 0.001191 R² = 0.98126 0.98126 6
0.0000 0 .5 0 0
1 .0 0 0 1 .5 0 0 Humedad en base seca(kg/kg
2 .0 0 0
Fig.19. Modelización para el segundo periodo difusional del secado de Carne de alpaca con D.O. (5% sal) a 50ºC
El valor de la humedad de equilibrio obtenida representa un valor de 0.3Kg/Kg, fue obtenido proyectando el modelo de regresión para la ecuación obtenida de:
Entonces:
(11)
El modelado matemático de las curvas de secado experimentales con los modelos de Newton, H-P y Page, se aprecian en la la figuras 20, 21 y 22, respectivamente. Se puede observar que los modelos de Newton y H-P presentaron una calidad de ajuste menor para los datos experimentales con respecto al modelado de Page en todo el tiempo de secado hasta el equilibrio.
En la Fig. 20 se aprecia la comparación entre la humedad experimental y calculada con el Modelo de Newton. 4.50 ) 4.00 g k / 3.50 g k ( a c 3.00 e s e s 2.50 a b n 2.00 e d 1.50 a d e m1.00 u H 0.50
Modelo de Newton Puntos experimentales
0.00 0
100
2 00
300
400
500
600
Tiempo(min)
Fig.20. Curva de secado experimental y calculado de Carne de alpaca con D.O. (5% sal) a 50ºC
La Fig. 21 se aprecia la comparación entre la humedad experimental y calculada con el Modelo de Henderson Pabis.
4.50
) 4.00 g k / 3.50 g k ( a 3.00 c e s e s 2.50 a b 2.00 n e d 1.50 a d e m1.00 u H 0.50
Modelo de Henderson - Pabis Puntos exper imentales imentales
0.00 0
100
2 00
3 00
4 00
5 00
6 00
Tiempo(min)
Fig.21. Curva de secado experimental (modelo Henderson- Pabis) y calculada de Carne de alpaca con D.O. (5% sal) a 50ºC.
En la Fig. 22 se aprecia la comparación entre la humedad experimental y calculada con el Modelo de Pages.
4.50
4.00
modelo de Page
3.50 ) g k / 3.00 g k ( a 2.50 c e s 2.00 e s a b 1.50 n e d 1.00 a d e 0.50 m u H 0.00
Puntos experimentales
0
100
200
300
400
500
600
Tiempo(min)
Fig.22. Curva de secado experimental (modelo Page) y calculada de Carne de alpaca con D.O.(5% sal) a 50ºC
Al analizar los resultados de las pruebas estadísticas aplicadas sobre los modelos propuestos, 2 se observa que para los tres modelos y todas las temperaturas utilizadas se obtiene un r igual a 0.981, sin embargo con el modelo de Page se obtiene el mejor ajuste si se consideran los otros estadísticos (SSE, RMSE y Chi-cuadrado), ya que con este modelo se lograron los valores más bajos de estos parámetros con respecto a los modelos de Newton y de H-P.
Secado de la carne de alpaca (Lama pacos L.) con deshidratación osmótica (D.O.): Tabla 3. Resultados de las pruebas estadisticas para los modelos
MODELO
SSE
RMSE
Newton
0.981
0.001039503
0.032241321
0.001090769
Henderson – Pabis
0.981
0.001588793
0.039859669
0.001667149
Page
0.981
2.46467 *10
-5
0.004964544
0.0000258622
Fuente: elaboracion propia
CONCLUSIONES: De acuerdo a los resultados obtenidos en esta investigación se puede concluir que el proceso de secado de la carne de alpaca presenta dependencia con la temperatura, exhibiendo además los periodos de inducción, velocidad constante y decreciente, alcanzando una humedad de equilibrio cercana a 0.127Kg/Kg y 0.3Kg/Kg para la temperatura de secado; para la carne de alpaca in natura y con el D.O. (al 5% de sal) sal) respectivamente. Las tres ecuaciones propuestas (Newton, H-P y Page) y utilizadas para describir el proceso de secado a la temperatura de trabajo (50°C) (50°C) resultaron ser útiles, no obstante, con el modelo de Page se obtuvo el mejor ajuste sobre los datos experimentales a la temperatura de trabajo empleado al ser evaluado por las pruebas estadísticas. Los parámetros cinéticos k1, k2 y k3 presentaron dependencia lineal y positiva con la temperatura de secado. Por último, de acuerdo a los resultados estadísticos aplicados, el modelo de Page fue el que presentó la mejor calidad de ajuste de los datos experimentales y representa una buena herramienta para el cálculo del tiempo de secado de la carne de alpaca ( Lama pacos L.) en in – natura y con D.O. (al 5% de sal).
NOMENCLATURA:
) ( ) ( ) ( ) (
BIBLIOGRAFÍA.
Mostajo, W.; 1983. Sarcocystiosis en alpacas beneficiadas en el Camal Municipal de Santa Rosa Melgar - Puno. Tesis Med. Vet. y Zoot. UNA - PUNO. Páginas: 17 - 24. Preston, H.; 1947. Revista de Camélidos Sudamericanos. Enfermedades Infecciosas y Parasitarias de las Alpacas. Nº 4.Octubre, 1987. Lima Lim a - Perú. UNMSM - IVITA - CICCS. Página: 25. Proyecto Alpacas - CONCYTEC.; 1988. Seminario - Taller sobre Producción, Procesamiento, Transformación y Consumo de Carne de Camélidos Domésticos. Puno. Páginas: 39 - 46. Preston, H.; 1947. Revista de Camélidos Sudamericanos. Enfermedades Infecciosas y Parasitarias de las Alpacas. Nº 4.Octubre, 1987. Lima Lim a - Perú. UNMSM - IVITA - CICCS. Página: 25. Salva, Bettit y otros; 2008.Carne de alpaca, características y procesamiento – Asamblea Nacional de Rectores. Sitio web: http://www.scielo.cl/pdf/ingeniare/v15n1/Art08.pd
