ALFA. Revista de Investigación en Ciencias Agronómicas y Veterinarias
Mayo-agosto 2024 / Volumen 8, Número
23
ISSN: 2664-0902 / ISSN-L: 2664-0902
https://revistaalfa.org
pp. 331 – 343
Efectos del tiempo de congelación en las características bromatológicas de Arazá (Eugenia stipitata) aplicando
modelos matemáticos
Effects of
freezing time on the bromatological characteristics of Arazá (Eugenia
stipitata) applying mathematical models
Efeitos do tempo
de congelamento nas características bromatológicas do Arazá (Eugenia stipitata)
aplicando modelos matemáticos
José Francisco Falconí Novillo
jfalconin@unemi.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-2623-115X
Universidad Estatal de Milagro. Ecuador
Artículo recibido 8 de febrero 2024 | Aceptado 6 de marzo 2023 |
Publicado 2 de mayo 2024
RESUMEN
El arazá es una fruta
que proviene principalmente de la región amazónica del Ecuador la cual posee
características sensoriales y nutricionales únicas, destacando el contenido de
vitamina C que supera a la naranja en un 37%. Por los que nos trazamos como objetivo
evaluar los efectos del tiempo de congelación en las características
bromatológicas de Arazá (Eugenia stipitata) aplicando modelos matemáticos. Los
frutos cosecharon en la ciudadela Dager, ubicada en la ciudad de Milagro que
pertenece a la provincia del Guayas del Ecuador, a los cuales se le
determinaron contenido de humedad, proteína y cenizas, se estimaron los
parámetros anteriormente mencionados aplicando modelos matemáticos en RStudio;
posteriormente se sometió a una temperatura de -18°C y de determinaron la
densidad, tiempo de congelación, calor especifico según modelos de Choi y Okos,
temperatura final de congelación y análisis de sensibilidad. El fruto con bajo
en fibra, ceniza y grasas con 0.4, 0.14 y 0.5 %, respectivamente, mientras que
altos el proteína, humedad y carbohidratos (0.51, 91.45 y 7 %), efecto de la
temperatura con incrementos de la densidad 2.75 kg/m3, disminuye en 2.17
kJ/kg°C el calor específico, temperatura congelación media de -7.13 °C y que
esta es alcanzada a 2.98 horas. En base al análisis de sensibilidad se
determinó que a medida que disminuyen los parámetros de temperatura externa,
fracción de agua y densidad de la fruta, el tiempo de congelación disminuye y
viceversa, ya que a partir de una
temperatura externa de 28°C por cada 6,5°C que se reduce el tiempo de
congelación disminuye un 3,02%; al tener una fracción de agua de 0,9145 por
cada 0,02 unidades que se reduce de este parámetro el tiempo de congelación
disminuye un 1%; partiendo de una densidad de 1040,50 Kg/m3 se determinó que
por cada 49,5 unidades que disminuye este parámetro el tiempo de congelación se
reduce en un 5%.
Palabras clave: Arazá; Congelación; Modelos matemáticos; Análisis de
sensibilidad; RStudio
ABSTRACT
Araza is a fruit that
comes mainly from the Amazon region of Ecuador which has unique sensory and
nutritional characteristics, highlighting the vitamin C content that exceeds
that of oranges by 37%. Therefore, our objective is to evaluate the
effects of freezing time on the bromatological characteristics of Arazá
(Eugenia stipitata) by applying mathematical models. The fruits were harvested
in the Dager citadel, located in the city of Milagro, which belongs to the
Guayas province of Ecuador, for which moisture, protein and ash content were
determined. The aforementioned parameters were estimated by applying
mathematical models in RStudio; Subsequently, it was subjected to a temperature
of -18°C and the density, freezing time, specific heat according to Choi and
Okos models, final freezing temperature and sensitivity analysis were
determined. The fruit is low in fiber, ash and fat with 0.4, 0.14 and 0.5%,
respectively, while high in protein, moisture and carbohydrates (0.51, 91.45
and 7%), effect of temperature with increases in density 2.75 kg/ m3, the
specific heat decreases by 2.17 kJ/kg°C, the average freezing temperature is
-7.13 °C and this is reached at 2.98 hours. Based on the sensitivity analysis,
it was determined that as the parameters of external temperature, water
fraction and density of the fruit decrease, the freezing time decreases and
vice versa, since from an external temperature of 28°C for each 6.5°C, which
reduces the freezing time, decreases by 3.02%; By having a water fraction of
0.9145 for every 0.02 units that is reduced from this parameter, the freezing
time decreases by 1%; Starting from a density of 1040.50 Kg/m3, it was
determined that for every 49.5 units that this parameter decreases, the
freezing time is reduced by 5%.
Key words: Araza; Freezing; Mathematical models; Sensitivity Analysis; RStudio
O Arazá é uma fruta proveniente principalmente da região amazônica do
Equador que possui características sensoriais e nutricionais únicas, destacando-se
o teor de vitamina C que supera em 37% o da laranja. Portanto, nosso objetivo
é avaliar os efeitos do tempo de congelamento nas características
bromatológicas do Arazá (Eugenia stipitata) através da aplicação de modelos
matemáticos. Os frutos foram colhidos na cidadela de Dager, localizada na
cidade de Milagro, pertencente à província de Guayas, no Equador, para os quais
foram determinados o teor de umidade, proteína e cinzas.Os parâmetros
mencionados foram estimados através da aplicação de modelos matemáticos no
RStudio; Posteriormente, foi submetido à temperatura de -18°C e foram
determinados a densidade, tempo de congelamento, calor específico segundo
modelos de Choi e Okos, temperatura final de congelamento e análise de
sensibilidade. A fruta é pobre em fibras, cinzas e gordura com 0,4, 0,14 e
0,5%, respectivamente, enquanto rica em proteínas, umidade e carboidratos
(0,51, 91,45 e 7%), efeito da temperatura com aumentos na densidade de 2,75
kg/m3, o calor específico diminui 2,17 kJ/kg°C, a temperatura média de
congelamento é de -7,13°C e é alcançada em 2,98 horas. Com base na análise de
sensibilidade, determinou-se que à medida que os parâmetros de temperatura
externa, fração de água e densidade do fruto diminuem, o tempo de congelamento
diminui e vice-versa, pois a partir de uma temperatura externa de 28°C para
cada 6,5°C, o que reduz o tempo de congelamento, diminui em 3,02%; Por ter uma
fração de água de 0,9145 para cada 0,02 unidades que se reduz deste parâmetro,
o tempo de congelamento diminui 1%; Partindo de uma densidade de 1040,50 Kg/m3,
determinou-se que a cada 49,5 unidades que este parâmetro diminui, o tempo de
congelamento é reduzido em 5%.
Palavras-Chave: Arazá; Congelando; Modelos matemáticos; Análise sensitiva; RStudio
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, la producción de frutas amazónicas
ha ganado un gran espacio en el mercado global, particularmente el arazá
(Eugenia stipitata McVaugh) que es considerado una fruta exótica y de alto
contenido en antioxidantes. Ello significa que su consolidación en forma de
cadena de valor puede traer beneficios económicos y sociales a los productores
de este fruto. En el Ecuador, el cultivo de arazá es de 704 ha de superficie
plantada a nivel nacional, y de forma silvestre; en sistemas agroforestales en las
provincias del oriente es de 250 ha (1)
El arazá (Eugenia stipitata) es una fruta tropical de
la zona amazónica de Brasil y Colombia muy apreciada por su color amarillo
intenso, características sensoriales exóticas y altos niveles de jugosidad.
Esta fruta tiene alto contenido de antioxidantes fenólicos, carotenoides y
vitamina C que le otorgan propiedades antioxidantes, antimutagénicas y
antigenotóxicas. Actualmente se consume fresco o en jugos, ya que su fragilidad
y corta vida útil limitan sus posibilidades de comercialización. Para
solucionar este problema deben utilizarse técnicas de preservación que permitan
aumentar su vida útil sin deteriorar sus propiedades sensoriales y
nutricionales como la deshidratación y congelación (2).
El mundo de hoy en día le apuesta al procesado de
frutas y verduras, siendo las frutas un alimento cuyas características
físico-químicas y nutricionales llaman la atención de los consumidores ya que
su consumo equilibrado aporta grandes beneficios para la salud (3).
Las frutas son alimentos primordiales en la dieta
diaria del ser humano debido a su aporte nutricional. Al considerarse alimentos
altamente perecederos, requieren un proceso de conservación para alargar su
tiempo de vida útil. Es ahí en donde intervienen procesos como la congelación y
ultracongelación. La congelación es uno de los métodos de conservación más
utilizados en la industria alimentaria. Cabrera, define a dicha operación como
un proceso de preservación, el cual actúa mediante la reducción de la temperatura
del alimento, hasta un valor por debajo del cual empiezan a formarse cristales
de hielo. Si bien es cierto que este proceso no destruye microorganismos, los
inhibe, incrementando el tiempo de vida útil del producto (4).
De acuerdo con Anaya-Esparza et al. (5), el proceso de
conservación de frutas y vegetales a bajas temperaturas no cuenta con los
estudios suficientes que satisfagan la incertidumbre sobre los efectos que este
tipo de procesos generan en los alimentos tratados, así como también sobre la
combinación de tecnologías que permitan que el estado de frutas y vegetales
permanezca intacto posterior a un proceso de congelación.
Según Arias-Giraldo et al. (6), el tiempo nominal de
congelación es el periodo necesario para que el centro térmico de un producto,
que se encuentra en su temperatura inicial de congelación, alcance la
temperatura final de congelación. El tiempo efectivo, por su parte, corresponde
al tiempo total requerido para disminuir la temperatura desde cierto valor
inicial por encima de su punto de congelación, hasta su temperatura final. La
tasa media de congelamiento (o factor de penetración de calor) es el cociente
entre la dimensión característica del producto y el tiempo nominal de
congelación; mientras que la velocidad media es la razón entre la diferencia de
las temperaturas inicial y final de congelación, y el tiempo usado para
alcanzar dicho diferencial.
Por lo que debido a las características del fruto del
arazá y el proceso se conservación y los cambios que ocurren durante este (7),
se hace preciso realizar análisis de sensibilidad realizando una variación en
los parámetros de temperatura externa, fracción de agua y densidad empleando
modelos matemáticos en RStudio para conocer la influencia de cada uno respecto
al tiempo de congelación y así preservar la calidad de la fruta. Por lo que,
nos trazamos como objetivo, evaluar los efectos del tiempo de congelación en
las características bromatológicas de
Arazá (Eugenia stipitata) aplicando modelos matemáticos.
MATERIALES Y MÉTODOS
El arazá se cosechó en la ciudadela Dager, ubicada en
la ciudad de Milagro que pertenece a la provincia del Guayas del Ecuador, donde
se seleccionaron cinco árboles al azar, de los cuales se colecto un total de 3
kg de muestra (frutos), la colecta fue únicamente de frutos maduros en buen
estado, estos se sometieron a una temperatura de -18°C, con el objetivo de
posteriormente se estimar los parámetros del proceso aplicando modelos
matemáticos en RStudio.
Análisis físico-químicos
Para el procesamiento de los frutos después de haber
sido almacenados a una temperatura bajo cero, fueron retirados y mezclados en
un solo envase logrando homogeneizar la muestra. A los cuales se determinaron
sus características bromatológicas en el Laboratorio de Control Biológico de la
Agencia de Regulación Control y Vigilancia Sanitario (ARCSA) de Guayaquil.
El contenido de humedad se efectuó por gravimetría
(pérdida por desecación) que es el método estipulado por la AOAC 925.09
empleado por Olivera et al. (8). La proteína se determinó por titulometría (digestión
Kjeldahl) que es el método estipulado por la AOAC 920.152 utilizado por Cortés-Herrera et al. (9). Este método consiste en la transformación del
nitrógeno presente en sulfato de amonio, también puede darse por una
mineralización con ácido sulfúrico. Posteriormente el sulfato de amonio se
alcaliniza por la adición de hidróxido de sodio con lo cual se descompone y el
amoniaco liberado se destila y se capta en una solución ácida, luego se procede
a una valoración del amoníaco. Se aplicó la siguiente fórmula:
En donde 〖HCl〗_ml es el consumo de HCl
0,1 M (ml), N_HCl es la normalidad de ácido clorhídrico y W_muestra es el peso
de muestra (g).
Los análisis de cenizas se realizaron por gravimetría
que es el método estipulado por la AOAC 923.03 (10). Este método consiste en la calcinación de la muestra
en una mufla a temperaturas de 500 – 600°C lo cual produce la oxidación de la
materia orgánica quedando únicamente la materia inorgánica que es lo que se
conoce como cenizas. Para lo cual se aplicó la siguiente fórmula:
Cenizas (%)=
(m_2- m_0)/(m_1- m_0 ) x 100
En donde m_2 es
el peso del crisol después de la incineración (g), m_1 es el peso crisol antes
de la incineración (g) y m_0 es el peso
del crisol vacío (g). Para cumplir con los objetivos planteados se determinaron
de forma experimental el contenido de humedad, proteína y cenizas de la fruta
en estado cuatro de maduración pues según Reyes et al. (11) es este estado en
donde la fruta posee excelentes características bromatológicas.
Determinaciones aplicando modelos matemáticos
La densidad se determinó mediante modelos matemáticos
empleados por Alabi et al. (12) que utiliza los siguientes coeficientes:
Proteína: ρ = 1,3299 * 103 – 5,1840 * 10-1T
Grasa: ρ = 9,2559 * 102 – 4,1757 * 10-1T
Carbohidratos: ρ = 1,5991 * 103 – 3,1046 * 10-1T
Fibra: ρ = 1,3115 * 103 – 3,6589 * 10-1T
Ceniza: ρ = 2,4238 * 103 – 2,8063 * 10-1T
Agua: ρ = 9,9718 * 102 + 3,1439 * 10-3T – 3,7574 *
10-3T2
El resultado obtenido se expresó en kg/m3.
Propiedades térmicas
Las propiedades térmicas de los alimentos son parámetros que repercuten
en la transferencia de calor. Es necesario tener conocimiento de esto para el
diseño de equipos, rendimiento durante los procesos, aplicación de métodos de
conservación y su comportamiento en general. Estas propiedades dependen en
mayor o menor grado de la temperatura y la composición del alimento (13). Calor
específico y conductividad térmica son las propiedades que se estimaron
mediante modelos matemáticos los mismos son indispensables para determinar el
tiempo de congelación de los alimentos.
Calor específico
Se estimó el calor específico (Cp) con los modelos de Choi y Okos según
lo especificado por Alabi et al. (12) mediante la resolución de los siguientes
coeficientes:
Proteína: Cp = 2,0082 + 1,2089 * 10-3T -
1,3129 * 10-6T2
Grasa: Cp = 1,9842 + 1,4733 * 10-3T – 4,8008 * 10-6T2
Carbohidrato: Cp = 1,5488 + 1,9625 * 10-3T – 5,9399 * 10-6T2
Fibra: Cp = 1,8459 + 1,8306 * 10-3T – 4,6509 * 10-6T2
Ceniza: Cp = 1,0926 + 1,8896 * 10-3T – 3,6817 * 10-6T2
Agua: Cp = 4,0817 – 5,3062 * 10-3T + 9,9516
* 10-4T2
Agua: Cp = 4,1762 – 9,0864 * 10-5T + 5,4731
* 10-6T2
La fórmula para determinar el contenido de agua
(humedad) varía de acuerdo a la temperatura del alimento, siendo la primera
fórmula empleada en rangos de temperatura de - 40 a 0°C y la segunda fórmula en
rangos de 0-150°C. El resultado obtenido se expresó en kJ/kg °C.
Conductividad térmica
Se estimó la conductividad térmica (k) según lo
especificado por Dharshini y Meera (14) mediante la
resolución de los siguientes coeficientes:
Proteína: k = 1,7881 * 10-1 + 1,1958 * 10-3T –
2,7178 * 10-6T2
Grasa: k = 1,8071 * 10-1 - 2,7604 * 10-3T – 1,7749
* 10-7T-2
Carbohidratos: k = 2,0141 * 10-1 + 1,3874 * 10-3T
– 4,3312 * 10-6T2
Fibra: k = 1,8331 *
10-1 + 1,2497 * 10-3T – 3,1683 * 10-6T-2
Ceniza: k = 3,2962 *
10-1 + 1,4011 * 10-3T – 2,9069 * 10-6T2
Agua: k = 5,7109 * 10-1 + 1,7625 * 10-3T – 6,7036
* 10-6T-2
El resultado obtenido se expresó en W/m°C.
Tiempo de congelación
Para estimar el tiempo de congelación se empleó el modelo de Plank
modificado en donde Da Silva et al. (15) indican que a diferencia del modelo de
Plank convencional este modelo toma en cuenta el tiempo que se requiere para la
eliminación de calor sensible durante las etapas de pre y post congelación como
se muestran a continuación:
Temperatura de congelación media:
T_cm=1,8+0,263 T+0,105 T_a
En donde tc es el tiempo de congelación del alimento (s), ρ es la
densidad del alimento sin congelar (kg/m3), 𝜆a es el calor latente de congelación del alimento
(kJ/kg), h es el coeficiente convectivo de transferencia de calor (W/m2
°C), k es la conductividad térmica del alimento congelado (W/m /°C), Ta es la
temperatura del medio frío (°C), Cpnc es el calor específico sin
congelar (kJ/kg/°C), To es la temperatura inicial del producto (°C), E es un
factor de forma que varía entre 1 y 3, β1 y β2 son factores de forma, A es el
área seccional (m2), D es la dimensión característica (m), V es el
volumen del alimento (m3), Tcm es la temperatura media (°C), 〖∆T〗_1 y 〖∆T〗_2 son las gradientes
de temperatura, 〖∆H〗_1 es el cambio
entálpico volumétrico durante el periodo de enfriamiento (kJ/m3) y 〖∆H〗_2 es el cambio entálpico volumétrico durante el
cambio de fase y el periodo de post enfriamiento (kJ/m3), Cpc
es el calor específico congelado (kJ/kg °C) y T es la temperatura final de
congelación (°C).
Análisis de sensibilidad
Mediante el paquete estadístico Rstudio para Windows
10, se empleó la función plot para realizar un análisis de sensibilidad por
medio de gráficas de líneas variando los parámetros de temperatura externa,
fracción de agua y densidad en función al tiempo de congelación del arazá
estimado.
RESULTADOS
Análisis físico-químicos
En la Tabla 1 se
observan los análisis físico - químicos obtenidos. El fruto con bajo en fibra,
ceniza y grasas con 0.4, 0.14 y 0.5 %, respectivamente, mientras que altos el
proteína, humedad y carbohidratos (0.51, 91.45 y 7 %).
Tabla 1. Valor nutricional de la Pulpa de Arazá
|
Parámetros |
Contenido (%) |
|
Proteína |
0,51 |
|
Humedad |
91,45 |
|
Cenizas |
0,14 |
|
Grasas |
0,5 |
|
Fibra |
0,4 |
|
Carbohidratos |
7 |
|
Total |
100 |
Vale destacar que el contenido de fibra y
carbohidratos fueron obtenidos de los estudios realizados por Chagas et al.
(16) y el porcentaje de grasas fue tomado de la investigación de Kumar et al.
(17).
Tabla 2. Densidad del Arazá a diferentes temperaturas
|
Temperatura (0C) |
Valor (kg/m3) |
|
28 |
1040,50 |
|
-18 |
1043,25 |
Propiedades térmicas
En la Tabla 3 se observan el
calor específico calculado a diferentes temperaturas disminuye en 2.17 kJ/kg°C en la medida
que las temperaturas bajan de cero.
Tabla 3. Calor específico del arazá
|
Temperatura |
Valor
(kJ/kg°C) |
|
28°C |
3,96 |
|
-18°C |
1,79 |
En la Tabla 4 se aprecian los
valores de conductividad térmica a diferentes temperaturas.
Tabla 4. Conductividad térmica del arazá
|
Temperatura |
Valor (W/m°C) |
|
28°C |
0,58 |
|
-18°C |
0,50 |
Tiempo de congelación, arrojan como resultado que las
frutas de arazá presentan una temperatura congelación media de -7.13 °C y que
esta es alcanzada a 2.98 horas de someterlas a la refrigeración.
Análisis de sensibilidad
En la Tabla 5 se observan que
en la que se incrementa el tiempo de congelación existe aumentos tres valores
aleatorios asignados a las variables temperatura externa (14.1 °C), fracción de
agua (0.1565 %) y densidad (119 Kg/m3) en función al tiempo del
proceso de congelación.
Tabla 5. Valores aleatorios para análisis de sensibilidad
|
Temp. (°C) |
T (h) |
F.A. (%) |
T (h) |
D (kg/m3) |
T (h) |
|
13,9 |
2,78 |
0,758 |
2,84 |
991 |
2,83 |
|
21,5 |
2,89 |
0,8898 |
2,95 |
1040,5 |
2,98 |
|
28 |
2,98 |
0,9145 |
2,98 |
1110 |
3,17 |
F.A.: fracción de agua
D: densidad
Temp.: temperatura externa
Las gráficas de líneas obtenidas en RStudio Figura 1
muestran una misma tendencia que aparece en la tabla 5 con relación
directamente proporcional entre el tiempo de congelación ya que a aumentar este
se produce incrementos para los tres parámetros asignados
(temperatura externa, fracción de agua y densidad) frente al tiempo de
congelación.
Figura 1. Tiempo de congelación del arazá con respecto
a la: a) temperatura externa; b) fracción de agua y c) densidad
DISCUSIÓN
Análisis físico-químicos
Los valores obtenidos coinciden con los reportados por
Falconí et al. (4); Falconí et al. (18); Chica (19), El Arazá, posee 90% de
humedad, razón por la cual se le considera una fruta de alta perecibilidad,
debido a la asociación de humedad con la tasa respiratoria. De igual manera,
los contenidos de proteína son altos, asociados a la alta tasa metabólica
sumando a esto niveles elevados de actividad enzimática. Por su parte,
Chaves-Quesada y Acosta-Montoya (20) en guayaba fresca, al determinarse un
contenido de proteína de 0,9 %; grasa 0,3 % y de acuerdo con Jacqueline (21) un
80,2% de humedad, lo cual nos indica que el contenido nutricional obtenido es
similar al de la guayaba debido a que esta fruta pertenece a la familia de las
mirtáceas, al igual que el arazá.
En condiciones del Perú al evaluar 4 variedades
Barrantes et al. (22) reportaron concentraciones de proteínas de 0.44-0.56 %;
humedad de 94.81-96.69%; fibra de 0.25-0.41 %; 2-4 % de carbohidratos,
0.11-0.19 % de grasa. Los que concluyen la amplia variación entre las 4
variedades de esta fruta en cuanto a su composición química. En este sentido
Gamboa et al. (23) notificaron esta variabilidad en los análisis bromatológicos
realizados en la corteza de arazá de diferentes zonas geográficas del Ecuador,
los resultados destacados fueron en Pichincha el arazá tuvo un pH de 2.08 y
cenizas 2.41%. En Vinces el arazá presenta acidez de 2.53%, sólidos solubles
5.90 °Brix y proteínas 12.22%; mientras que los resultados de arazá en Baba
9.03 % de fibra cruda. Mientras que, Balaguera-López y Arévalo (24),
demostraron que los valores de mayor relevancia se obtuvieron en Brasil con
acidez de 2.20% ácido cítrico anhidro, fibra cruda 11.29%, ceniza 2.04% y
proteínas 12.67%; el pH en el arazá de Ecuador fue de 2.42, sólidos solubles
5.55 °Brix, vitamina A 92.35 IU y vitamina C 38.75/100mg, lo que demuestra los
efectos de los factores de clima y el suelo en la composición química de esta
fruta.
Propiedades térmicas
Los valores obtenidos en calor específico guardan relación
con los estudios realizados Reyes et al. (2) Falconí et al. (4) y Falconí et al
(18) quienes sometieron a temperaturas de 28 a -18°C notificaron valores de
1-3,96 kJ/kg°C respectivamente, lo cual indica que al existir un incremento en
la temperatura del alimento existe un aumento en dicha propiedad y viceversa,
ya que al disminuir la temperatura del alimento el valor de esta propiedad
decrece. En otra investigación realizada por Da Silva et al (15) al obtener el
calor específico de la zanahoria se obtuvo 3,918 kJ/kg°C a temperatura
ambiente, igual que lo reportado por Evelyn et al. (25) para zumo de naranja
arrojando un valor de 3,818 kJ/kg°C.
Con respecto a la conductividad térmica los resultados
guardan similitud con los estudios de Seppälä et al. (26) quienes compararon la
conductividad térmica de los alimentos con malitol y sorbitol a temperatura
ambiente y de enfriamiento arrojando valores entre 0,51 W/m°C y 0,6 W/m°C.
Valores similares reporta Da Silva et al (15) quienes al determinaron un valor
de 0,56 + 0,07 W/m°C para la zanahoria fresca, concordando también por Bai et
al. (27) quienes al elevar la temperatura de las bayas goji de 25 a 85°C
obtuvieron un aumento de 0,352 a 0,824 W/m°C respectivamente, por lo que es
evidente que existe una relación directamente proporcional entre la
conductividad térmica y la temperatura de la fruta, lo cual se aprecia en los
resultados obtenidos demostrando la fiabilidad de los modelos matemáticos
empleados.
Tiempo de congelación
Al evaluar el efecto del escaldado Millán et al. (28) mostraron que la
calidad de la pulpa de arazá que es degradado tanto por efecto del escaldado
como por el almacenamiento en congelación. Sin embargo, se encontró que a
tiempos de escaldado superiores a 7 min la pérdida de este ácido por efecto del
escaldado se ve compensada por la mayor estabilidad de esta vitamina durante la
congelación. Aunque la velocidad de congelación y de descongelación no afectó
la estabilidad de esta vitamina, sí hubo un efecto importante sobre la capacidad
de retención de líquidos, la firmeza, índice de viscosidad, cohesividad y
consistencia. Mediante el empleo de la congelación rápida y la descongelación
lenta se logró una menor degradación de las propiedades físicas de la pulpa.
Mientras que, Narváez (29) al someter a 50 °C durante O, 10, 20 y 30 min antes
de ser refrigerados a 7 °C durante 14 días y maduración complementaria a 25 °C
durante 3 días. Los frutos que no recibieron el choque térmico presentaron un
pardeamiento severo que se intensificó durante la maduración complementaria. De
los tratamientos de choque térmico ensayados se encontró que el calentamiento
de los frutos a 50 "C durante 30 min inhibe las lesiones por frío, con lo
que se logró prolongar su vida útil hasta por 15 días.
El tiempo estimado por Alhamdan et al. (30) para
congelar dátiles frescos fue de 4,41 h; (31) en su investigación concluyó que se requiere de 3,84 h para congelar açai
y
Kobayashi y Suzuki (32) estimaron un tiempo de congelación de 3,6 h para las fresas, y con ello se
puede evidenciar que el valor obtenido para el arazá guarda relación con el
otro tipo de frutas y verduras como el tomate, naranja y guayaba comercializada
en el mercado, debido a que cada una posee una composición química diferente en
términos de humedad y sólidos totales, enfatizando también que la forma y el
tamaño de la fruta son factores determinantes que influyen en la determinación
del tiempo de congelación el cual se ajusta a lo real demostrando la
autenticidad de los modelos matemáticos empleados en esta investigación.
Vale recalcar que los modelos matemáticos empleados
arrojan valores que se aproximan a lo real por lo tanto tienen cierto grado de
incertidumbre y por lo general los valores que se obtienen con variabilidad del
0.6-2.25. En su investigación Arias et al. (31) estimaron un tiempo de 3,84 h
empleando el modelo de Plank y un valor de 2,56 h obtenido de forma experimental
para la congelación de la pulpa de açai existiendo una disminución del 33% de
lo calculado en los momentos matemáticos, esta tendencia se observa también en
los valores obtenidos.
Análisis de sensibilidad
El análisis de densidad pretende demostrar la
influencia de un parámetro con respecto una variable, Bai et al. (27)
determinaron que la densidad de la bayas goji disminuía de 1193 kg/m3
a 947 kg/m3 a medida que el contenido de agua aumentaba del 15,1 % a
75,2%; sin embargo al aumentar la temperatura de 25 a 85°C existe un aumento
del 57,28% de la conductividad térmica, en donde dicha tendencia se observa en
los resultados obtenidos ya que a medida que aumenta el valor de los parámetros
de estudio el tiempo del proceso se extiende. De forma similar reporta Astray et al. (33) al modelar la cinética de degradación de compuestos
fenólicos en el fruto de madroño concluyendo que la degradación aumenta por el
pH y temperatura de almacenamiento.
CONCLUSIONES
La densidad, calor específico y conductividad térmica
del arazá a 28°C es de 1040,50 kg/m3, 3,96 kJ/kg°C y 0,58 W/m°C
respectivamente, datos que son muy comunes en frutas que ya se procesan
actualmente y que por consiguiente demuestran la fiabilidad de los modelos
matemáticos empleados.
El calor específico y conductividad térmica del arazá
a -18°C es de 1,79 kJ/kg°C y 0,50 W/m°C respectivamente, y con ello se confirma
que a menor temperatura las propiedades térmicas descienden y que existe una
relación directamente proporcional entre el tiempo de congelación y los
parámetros establecidos en esta investigación.
El tiempo de congelación del arazá a -18°C es de 2,98
horas está dentro de los parámetros normales en frutas, por lo cual se reafirma
la conservación y preservación de la calidad de este fruto; así como la
aplicabilidad de los modelos matemáticos para la estimación de este indicador.
En base al análisis de sensibilidad se determinó que a
medida que disminuyen los parámetros de temperatura externa, fracción de agua y
densidad de la fruta, el tiempo de congelación disminuye y viceversa, ya que
a partir de una temperatura externa de
28°C por cada 6,5°C que se reduce el tiempo de congelación disminuye un 3,02%;
al tener una fracción de agua de 0,9145 por cada 0,02 unidades que se reduce de
este parámetro el tiempo de congelación disminuye un 1%; partiendo de una
densidad de 1040,50 Kg/m3 se determinó que por cada 49,5 unidades
que disminuye este parámetro el tiempo de congelación se reduce en un 5%.
Se recomienda estimar la vida útil del arazá con
modelos matemáticos a distintas temperaturas de conservación tomando como base
los resultados obtenidos en esta investigación.
CONFLICTO DE INTERESES.
Los autores declaran que no existe
conflicto de intereses para la publicación del presente artículo científico.
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