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PELADO QUÍMICO Y SECADO POR VENTANA REFRACTANTE I.
INTRODUCCIÓN: El presente informe de práctica de laboratorio l aboratorio es de pelado químico en el cual la etapa de pelado, en la transformación de frutas, tiene gran importancia por su impacto visual que perjudica la aceptación organoléptica y la calidad comercial del producto. Este, es una de las etapas fundamentales en la serie de operaciones de acondicionamiento de productos cuyo fin es el procesamiento procesamiento industrial. El objetivo del pelado es el de retirar la cáscara de acuerdo a las exigencias del producto que se vaya a procesar, minimizar las pérdidas ocasionadas por la operación, minimizar el uso de energía y agentes químicos. Por ello es uno de los temas que hoy día está recibiendo atención por parte de investigadores. Dentro de los estudios desarrollados, se han evaluado métodos de pelado mecánico por abrasión en tambores rotatorios con una superficie recubierta de carborundo Ahvenainen et al. 1998, el método químico con NaOH por Sapers et al. 1993 y 1995, el método a vapor por Fernández 2004, Sapers et al. 1993 y 1995, el método manual por Ahvenainen et al. 1998; Hägg et al. 1998 y el método de pelado enzimático Palazón et al. 2000. Sin embargo, los estudios han ido encaminados más hacia la búsqueda de nuevas alternativas sin detenerse a evaluar y a determinar cuáles causas se pueden generar a partir del pelado más utilizado, el pelado a través del uso de la soda cáustica, dejando un gran vacío en el conocimiento de sus deficiencias y en la amplitud de su uso. Conjuntamente, en este campo de investigación, debe implicarse conjuntamente todos los parámetros de calidad que puedan ser alterados por la metodología y la intensidad del tratamiento aplicado, como la calidad organoléptica, el pH, el color, la textura y las pérdidas generadas por el proceso de pelado empleado. Por ello, y pese a los avances logrados en la búsqueda de métodos de pelado, se precisa disponer dis poner de una mayor información verificable y objetiva del método tradicional de pelado de las frutas con el fin de conocer sus efectos y de poder reducir el margen de su uso y por ende disminuir los daños que ocasiona su uso tanto en el producto empleado como en el ambiente. Esto supone la necesidad de continuar con los estudios. En concreto, se precisa estudiar la posibilidad de reducción del empleo de la soda cáustica a partir de la valoración de los daños físicos físicos y químicos que puede conllevar conllevar su uso para responder a los limitantes limit antes tecnológicos de la cadena.
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II.
OBJETIVOS DEL PELADO QUÍMICO:
Conocer la técnica del pelado químico y el desprendimiento de la cascar del durazno.
Determinar la concentración y el tiempo optima de hidróxido de sodio en el pelado químico del durazno.
Estimar las características organolépticas del durazno en el transcurso del tratamiento.
III. REVISIÓN LITERARIA: 3.1. PELADO: Es una operación imprescindible en la elaboración de muchas frutas y verduras en la que para mejorar el aspecto del producto final se requiere la eliminación del material no comestible. El coste de esta operación se procura reducir al mínimo eliminando la menor parte posible del producto y reduciendo al máximo los gastos energéticos, de material y de mano de obra. Durante el pelado el producto no debe sufrir daños y después de éste, la superficie del mismo debe quedar limpia. (Trujillo Navarro, Y. 2008).
3.1.1. MÉTODOS DEL PELADO: 3.1.1.1. Pelado al vapor: Los alimentos (por ejemplo: diversas raíces como, remolacha, zanahoria, etc.) se introducen en lotes en un recipiente a presión que rueda a 4-6 revoluciones por minuto, al que se halla conectado un flujo de vapor a alta presión (1.500 kPa). La rotación del recipiente asegura que el alimento en cuestión contacte con el vapor por todas sus caras durante un tiempo preestablecido que depende del tipo de alimento. La elevada temperatura del vapor calienta rápidamente la superficie del producto (15-30 segundos) pero su baja conductividad térmica impide que este penetre hacia el interior por lo que éste no se cuece y por tanto, su color y textura no sufren ninguna modificación. Al producirse una súbita caída de la presión se libera vapor bajo la piel y la superficie del alimento se despega. La mayor parte del material salta al liberarse el vapor y la ducha de agua sólo se precisa para liberar los restos de piel que permanecen adheridos.
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Este tipo de peladoras están alcanzando una gran difusión no sólo por su capacidad de producción (hasta 4.500 kg/hora), sino por su bajo consumo en agua, porque las pérdidas de peso que provocan el producto son muy escasas y por el buen aspecto de los alimentos pelados por este método. Además el ciclo de pelado puede controlarse automáticamente y los efluentes que se genera son de mayor concentración, lo que hace más fácil su eliminación (Anón., 1984) .
3.1.1.2. Pelado a cuchillo: En este sistema de pelado la piel de la fruta y verdura se retira al presionar estas en rotación contra unas cuchillas fijas. En otros casos son unas cuchillas rotatorias las que retiran la piel del alimento, que permanece estacionario. Este sistema resulta particularmente adecuado para los frutos cítricos cuya piel se retira con facilidad sin apenas deterioro o pérdida de peso.
3.1.1.3. Pelado por abrasión: En este sistema el alimento entra en contacto con unos rodillos de carborundo o se coloca en unos recipientes recubiertos con este material (material abrasivo a base de silicio y carbono). Esta superficie abrasiva arranca la piel que es seguidamente arrastrada por una corriente abundante de agua. Las ventajas de este método son su bajo coste energético (dado que esta operación se realiza a temperatura ambiente), los escasos gastos de inversión que requiere y el buen aspecto de los alimentos pelados por este método. Algunos productos de forma irregular (por ejemplo, patatas con cavidades) requieren un acabado a mano. Las limitaciones de este sistema son: Las pérdidas que provocan son mayores que las del pelado a vapor
(25% contra un 8-18% para las verduras) La producción de grandes cantidades de efluentes diluidos cuya
eliminación resulta cara y difícil, y La escasa capacidad de este sistema ya que los alimentos deben
contactar individualmente con la superficie abrasiva. Una excepción a estas objeciones la constituyen las cebollas cuya piel se elimina con facilidad en rodillos abrasivos con una producción de hasta 2.500 kg/h.
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3.1.1.4. Pelado Químico (Pelado cáustico): Este sistema utiliza una solución diluida de hidróxido sódico a 100-120°C. Por el procedimiento antiguo de pelado cáustico los alimentos pasan por un baño de sosa al 1-2%, este mecanismo consiste en tratar las frutas con una solución diluida de hidróxido de sodio que actúa disolviendo las sustancias pectinas que se encuentran debajo de la epidermis. Esto permite el desprendimiento de la piel prácticamente sin pérdidas de mesocarpio. Arthey, D., Colin, D (2002). Es importante recordar que luego del pelado químico es necesario realizar un enjuague de forma de no alterar el pH del producto. Si bien este sistema era, en otro tiempo, de uso corriente para el pelado de productos como remolachas, zanahorias, etc. provocaba en algunos de ellos cambios de color y además resultaba caro, por lo que en la actualidad ha sido sustituido por el pelado a vapor. Una variante de este sistema de pelado cáustico es el sistema de pelado cáustico en seco, en el que el alimento se sumerge en una solución del 10% de hidróxido sódico que reblandece la piel siendo ésta posteriormente eliminada en unos discos o rodillos de goma. Esta variante reduce tanto el consumo de agua, como las pérdidas de producto y genera un efluente de consistencia pastosa que se elimina con mayor facilidad.
3.1.1.5. Pelado a la llama: Se utiliza principalmente para las cebollas. Consiste en una cinta sinfín que transporta el producto en rotación a través de un horno a una temperatura superior a 1.000°C. A su paso por el horno, la última capa de la cebolla y las raíces más finas se queman y la piel chamuscada es eliminada mediante una ducha de agua a alta presión. Las pérdidas medias por este sistema son del 9%. (Wiley, R. 2004)
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3.2. PROCESO DE SECADO: El secado se describe como un proceso de eliminación de substancias volátiles (humedad) para producir un producto sólido y seco. La humedad se presenta como una solución líquida dentro del sólido es decir; en la microestructura del mismo. Cuando un sólido húmedo es sometido a secado térmico, dos procesos ocurrirán simultáneamente:
Transferencia de energía en forma de calor del ambiente que rodea al sólido para evaporar la humedad de su superficie. Este segundo subproceso depende las condiciones externas de temperatura, humedad y flujo del aire, presión, área de exposición y el tipo de secador empleado. (Proceso 1)
Transferencia de la humedad interna del sólido hacia la superficie de éste y su subsecuente evaporación. El movimiento de la humedad dentro del sólido es una función de la naturaleza física del sólido, su temperatura y su contenido de humedad (Proceso 2).
La velocidad a la cual el secado es realizado está determinada por la velocidad a la cual los dos procesos, mencionados anteriormente, se llevan a cabo. La transferencia de energía, en forma de calor, de los alrededores hacia el sólido húmedo puede ocurrir como resultado de convección, conducción y/o radiación y en algunos casos se puede presentar una combinación de estos efectos. Las operaciones de deshidratado son importantes en la industria de química y de alimentos. El objetivo principal del secado de fruta es remover agua del sólido hasta un nivel en donde el crecimiento microbiológico y la deterioración por reacciones químicas sean minimizadas Un proceso de secado es óptimo cuando el tiempo en el que se lleva a cabo es el mínimo, utilizando un mínimo de energía, lo cual está estrechamente relacionado con la eficiencia energética del secador empleado. Con respecto a la frutas y vegetales, el secado puede lograr una reducción en volumen de entre 75% y 85%, dependiendo de la porosidad del alimento. Por esta razón, la importancia del secado en alimentos representa una disminución en costos a la hora de transportarlos, además de que su manejo es más fácil ya que no es necesario invertir en procesos de refrigeración o añadir conservadores para mantenerlos en buen estado antes de consumirlos. Lo que puede dar lugar a un incremento en los ingresos a la hora de comercializar productos secos. (EMISON 2009).
3.2.1. CINÉTICA DEL SECADO. Si un lote de polvo o granos húmedo es secado en un lecho fluidizado y el contenido de humedad X (definido como peso de agua por unidad de peso de sólido seco) es determinado como una función de tiempo t, la curva resultante de X contra t será igual a la curva de la figura 03 (a). TECNOLOGÍA DE LOS PAI I
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Esta es convencionalmente dividida en dos partes, el primero llamado periodo de velocidad constante de secado y el segundo velocidad decreciente de secado. El contenido de humedad en el punto de transición entre los dos periodos es llamado contenido crítico de humedad Xcr. Si el secado continúa más tiempo, X se aproximará al contenido de humedad Xe, correspondiente a la humedad de equilibrio. En cualquier punto de la curva, la cantidad de humedad removible permaneciente (X – Xe) se conoce como el contenido de humedad libre. La velocidad de secado, -dX/dt, puede ser determinada en cualquier punto derivando la curva de X contra t. Una gráfica de -dX/dt contra el contenido de humedad libre (X – X e) es una forma
alterna
de
representar
el
secado
característico de un material tal y como se muestra en la figura 03 (b). Como un método aproximado, el periodo de velocidad constante puede ser considerado como correspondiente a la humedad removida de la superficie de las partículas, mientras que el periodo de velocidad decreciente corresponde a la eliminación de la humedad interna. (Cabrera L. 2004)
3.2.2. VELOCIDAD CONSTANTE DE SECADO: La superficie contiene humedad, la vaporización se lleva a cabo a partir de ahí. En esta etapa de secado se lleva a cabo la difusión del vapor del agua a través de la interface aire/humedad y la velocidad a la cual la superficie por difusión es eliminada. Cabrera L. 2004)
3.2.3. VELOCIDAD DECRECIENTE DE SECADO: La velocidad a la cual la humedad puede pasar a través del sólido como resultado de la concentración de gradientes entre las partes más profundas y la superficie es el paso a controlar. Dado que, la profundidad media del nivel de humedad incrementa progresivamente y la conductividad de calor de las zonas externas secas es muy pequeña, la velocidad de secado es cada vez más influenciada por la conducción de calor. Sin embargo, si el producto seco tiene una densidad alta y cavidad pequeña con poros pequeños, el secado es determinado no tanto por la conducción de calor pero, si por una resistencia alta a la difusión dentro del producto. Como la concentración de humedad disminuye por el secado. (Cabrera L. 2004) TECNOLOGÍA DE LOS PAI I
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IV. MATERIALES Y MÉTODOS: 4.1. MATERIALES: 4.1.1. Material de análisis:
Frutas: durazno
Tubérculos: papa
4.1.2. Material de vidrio y plástico:
Vasos de precipitación de 250 ml
Fiolas de 100, 250 y 500 ml
Placas Petri.
Piseta.
Mica de plástico.
4.1.3. Equipos:
Baño maría.
Hervidor.
Agitador magnético.
Estufa.
4.1.4. Instrumentos:
Balanza analítica (máx. 220 g )
Cronometro.
Termómetro.
4.1.5. Reactivos: NaOH
Agua destilada
4.1.6. Material auxiliar:
Cuchara.
Cuchillo.
Tabla de picar.
Plato de losa.
Depósitos plásticos.
Regla.
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4.2. METODOLOGÍA: 4.2.1. Metodología del pelado químico del durazno.
Se preparó seis soluciones de NaOH a una concentración de 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 y 3% en p/v.
Se calentó las soluciones anteriormente preparadas hasta una la temperatura de ebullición.
Luego sumergimos el durazno en las soluciones con una concentración de 0.5, 1, 1.5, 2,2.5, y 3 % por un tiempo de 60 segundos.
Después del tratamiento aplicado se procedió a enfriar con agua de paso que se eliminó el NaOH presente en la piel de los alimentos.
Se verifico la facilidad del desprendimiento de la cascara, cambio de color y textura del durazno.
Determinamos la concentración y el tiempo optima de hidróxido de sodio en el pelado químico del durazno.
4.2.2. Metodología del secado por ventana refractante (por contactó directo) de la papa.
Se acondicionó el equipo baño maría a una temperatura de 64 °C.
Se lavó y corto la papa en forma laminar de (2×2×0.5 cm) y se pesó 100 g.
Lugo se colocó una mica de plástico en vez de la tapa del equipo.
Después se colocó la muestra (100 g) sobre la mica de plástico y también se midió la temperatura (colocando un termómetro sobre la mica).
Dejamos secar por 5 minutos y se pesó, así sucesivamente se pesa cada 5 minutos.
Realizamos los cálculos calculamos la cantidad de materia seca (S), humedad del producto en base seca, velocidad de secado y otros cálculos para construir la gráficas.
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V.
RESULTADOS: En los siguientes resultados que se presenta observaremos el pelado químico del durazno en el cual se verá cuál de los tratamientos es el que conserva mejor el color, la firmeza a Tº de ebullición. En el secado por vena refractante se observara la tabla de la determinación del porcentaje de humedad, de masa seca, materia seca y el área total de secado. Asimismo la gráfica de Wi vs. tiempo, la de Xi vs. tiempo y la gráfica de la velocidad de secado vs. Y los datos que sirven para construir las gráficas o las tablas se encuentran en los anexos:
5.1. Determinación del pelado químico del durazno con NaOH a diferentes tiempos y concentraciones: Tabla 1: pelado con una solución a 0,5% de NaOH y a temperatura de ebullición. Tiempo (s)
Color
Textura
Pelado
5
0
0
no
10
1
1
si
15 Fuente: elaboración propia. Tabla 2: pelado con una solución a 1 % de NaOH y a temperatura de ebullición. Tiempo (s)
Color
Textura
Pelado
5
0
0
no
10
1
1
no
15
2
2
si
Fuente: elaboración propia. Tabla 3: pelado con una solución a 1.5 % de NaOH y a temperatura de ebullición. Tiempo (s)
Color
Textura
Pelado
1
1
no
2
2
si
5 10 15 Fuente: elaboración propia.
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Tabla 4: pelado con una solución a 2 % de NaOH y a temperatura de ebullición. Tiempo (s)
Color
Textura
Pelado
1
1
no
2
2
si
5 10 15 Fuente: elaboración propia.
Tabla 5: pelado con una solución a 2.5 % de NaOH y a temperatura de ebullición. Tiempo (s)
Color
Textura
Pelado
2
2
no
3
2
si
5 10 15 Fuente: elaboración propia.
Tabla 6: pelado con una solución a 3 % de NaOH y a temperatura de ebullición. Tiempo (s)
Color
Textura
Pelado
0
3
no
1
3
si
5 10 15 Fuente: elaboración propia.
Tabla 7: escala para la medición de las características organolépticas. Color
Textura
Pelado
0
similar al producto fresco
similar al producto fresco
no
1
ligeramente diferente
ligeramente blando
si
2
diferente
blando
3
muy diferente
duro
Fuente: elaboración propia.
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5.2. Determinación del secado por ventana refractante de la papa. Tabla 8: Determinación de %H, %m.s, S y A. W Placa
W P+M
W Muestra
%Hbh
%ms
%Hbs
S
A
21.13
23.14
10.33
80.5421104
413.9303
0.405483
5.6
30.93
32.56
10.02
83.7325349
19.45789 16.26747
514.7239
4.94
10.175
82.1373226
17.86268
464.3271
5.27
Promedio
Fuente: elaboración propia. Grafica 1: de la difusividad efectiva versus tiempo. e D
1.6E-07 1.4E-07 1.2E-07
0.0000001 8E-08 6E-08 4E-08 2E-08 0 0
20
40
60
80
100
120
140
tiempo (seg)
Fuente: elaboración propia. Grafica 2: Velocidad de secado versus humedad en base seca de la papa . R
0.0004
0.00035
0.0003
0.00025
0.0002
0.00015
0.0001
0.00005 50
70
90
110
130
150
170
190
210
230
Xi
Fuente: elaboración propia. TECNOLOGÍA DE LOS PAI I
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VI. DISCUSIONES:
Según Trujillo Navarro, Y. 2008. Dice que el pelado químico es una operación imprescindible en la elaboración de muchas frutas y verduras en la que para mejorar el aspecto del producto final se requiere la eliminación del material no comestible. El coste de esta operación se procura reducir al mínimo, eliminando la menor parte posible del producto y reduciendo al máximo los gastos energéticos, de material y de mano de obra. Durante el pelado el producto no debe sufrir daños y después de éste, la superficie del mismo debe quedar limpia. Y en cuanto a nuestros resultados se puede decir que en el tratamiento del pelado químico del durazno se consideró una disolución de hidróxido sódico con concentraciones entre 0.5 y 3 % en p/v en la que se observó que se tuvo un pelado en un tiempo muy corto y el tiramiento que mejor conservo el color, la firmeza y nos proporcionó un óptimo pelado al durazno fue con una disolución de 0.5% de hidróxido sódico por un tiempo de 10 segundos a una temperatura de ebullición. Asimismo se puede decir que con este tratamiento se realiza el pelado del durazno antes de ser enlatados para ser sacados al mercado ya que hoy en día los duraznos enlatados ha tenido una acogida muy amplia ante esta población. Y también podemos decir de los demás tratamientos aplicados a diferentes concentraciones como de 1.5 y 2 % de hidróxido sódico coinciden, que a un tiempo de 10 segundos obtuvieron un cambio de color diferente a de sus características iniciales y una textura muy blanda y es en esos términos en donde se logró el pelado. Por lo cual al ver las tablas del 1 al 6 se observa los resultados que a medida que se va aumentando la concentración de hidróxido sódico, se presenta más decoloración en el durazno por el tiempo de exposición (10 seg.) y como se ve en la figura 1 el color se va tornando a naranja más claro, siendo más representativo en los tratamientos de hidróxido sódico a 0.5 %
En cuanto al secado por ventana refractante, de acuerdo con lo señalado por Emisón 2009. La transferencia de energía en forma de calor del ambiente que rodea al sólido para evaporar la humedad de su superficie. Este segundo subproceso depende las condiciones externas de temperatura, humedad y flujo del aire, presión, área de exposición y el tipo de secador empleado, por ende la papa alcanza una velocidad de secado constante entre los minutos 15 – 70, comparando con el secado de la papa por
aire caliente se puede decir que el secado por
ventana refractante alcanza una velocidad de secado más rápido que con aire caliente, por ello se pude decir que el secado por ventana refractante es el mejor método para deshidratar productos para un fin agroindustrial. y en el minuto 75 alcanza el punto de humedad crítica y desde ahí se inicia una línea de tendencia que indica la velocidad decreciente de secado del producto. TECNOLOGÍA DE LOS PAI I
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VII. CONCLUSIONES:
Logramos conocer la técnica del pelado químico del cual se puede mencionar que es una técnica imprescindible y logramos eliminar el material no comestible del durazno.
Se logró determinar la concentración y el tiempo optima de hidróxido de sodio en el pelado químico del durazno del cual la concentración optima fue de 0.5 % de hidróxido sódico (NaOH) y aun tiempo de 10 segundos se logró el pelado.
Conseguimos evaluar las características organolépticas del durazno en el transcurso del tratamiento del cual se puede decir que en tratamiento a 0.5 % de hidróxido sódico fue el que conservo el color y la textura con un cambio escaso de su estado inicial.
En cuanto a al secado por venta refractante de la papa. se puede decir que este secado es bastante influenciado por la temperatura ambiente y por contacto directo con el agua a temperatura de 64 °C. El secado a altas temperaturas y muy rápido puede producir un producto de baja calidad para su uso final, con este método se tuvo un secado en menor tiempo. y también se puede concluir que para el secado de la papa el mejor método es el del secado por venta refractante ya que es un ahorro de tiempo y eso economiza.
VIII. RECOMENDACIONES:
Siempre tener en cuenta la cantidad de concentración y tiempo a utilizar para evitar que los productos se sobrepasen de pelado y el mesocarpio se vea afectado o la pulpa.
Puede sustituirse el hidróxido sódico por hidróxido potásico, en el pelado químico de del durazno y contrastar con los resultados con los de esta práctica de pelado químico con hidróxido sódico. Para poder afirmar que con el hidróxido sódico el pelado es mejor.
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IX. BIBLIOGRAFÍA: “Application of Fracture Mechanics to the Texture of Food”, Anales de Mecánica de la
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ANEXOS 9.1. En las figuras que muestran el pelado químico con hidróxido de sodio a diferentes concentraciones a una temperatura de ebullición.
Figura 1: pelado químico del durazno después del tratamiento. Tabla 9: determinación de la humedad del producto en base seca, la velocidad de secado y otros resultados para la papa. T (min)
T (seg)
Wm
X (KgH2O/ Kg ms)
R
0
0
100.33
246.43344
0.000368519
5
300
96.35
236.61798
0.000375
10
600
92.3
226.62989
15
900
88.6
20
1200
25
De 65.47648237
4.181691
1.39859E-07
62.86854983
4.141046
0.000342593
6.9201E-08
60.21474914
4.097917
217.50497
0.000314815
4.56713E-08
57.790 28924
4.056821
85.2
209.1199
0.000337963
3.39215E-08
55.562 40717
4.017507
1500
81.55
200.11828
0.000300926
2.684E-08
53.17071024
3.973508
30
1800
78.3
192.10315
0.000314815
2.21366E-08
51.04111709
3.932632
35
2100
74.9
183.71808
0.000306481
1.87589E-08
48.81323502
3.888001
40
2400
71.59
175.55497
0.000309259
1.62222E-08
46.6443263
3.842551
45
2700
68.25
167.31788
1.42394E-08
44.4557598
3.794495
50
3000
65.47
160.46185
1.26741E-08
42.63413858
3.752655
55
3300
62.78
153.82778
1.13923E-08
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TECNOLOGÍA DE LOS PAI I
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