Titulo :
Análisis y simulación de procesos de secado de cilantro, perejil y epazote bajo condiciones de temperaturas cambiantes
Problema de la Investigacion :
En este estudio se presenta una descripción de los principios fundamentales del proceso y modelacion matematica del secado de cilantro, perejil y epazote, especias cultivadas en los huertos y parcelas familiares de México, que cultivan de forma extensiva para satisfacer la demanda de las grandes ciudades ya que uno de los principales retos de los distribuidores es hacer llegar un producto estable y de alta calidad al mercado, donde su demanda crece día a día. Este reto puede ser fácilmente superado alargando el tiempo de vida del producto gracias a una disminución en la humedad inicial de las especies.
Objetivos :
-Objetivo General :
Analizar el comportamiento de secado de cilantro, perejil y epazote para simular nuevas condiciones de secado a temperaturas cambiantes y a velocidades de aire variables, con las cuales se obtengan procesos más rápidos y productos de mejor calidad.
-Objetivos Especificos :
Realizar la cinetica de secado de los productos usando diferentes temperaturas de bulbo seco y velocidades de aire.
Analizar las curvas de secado y seleccionar el modelo matematico que mejor se aplique para dicho analisis y la prediccion de procesos de secado.
Predecir la cinetica de secado de las especias mencionadas para temperaturas cambiantes.
Estudiar las variaciones en la calidad de los productos obtenidos en este estudio en funcion de las condiciones de secado estudiadas.
Resumen marco teorico :
Desde hace algunos años se ha venido empleando, para la conservación de los alimentos, el sistema de deshidratación, un metodo basado en la reduccion de su contenido de humedad, a niveles en que se limite el crecimiento microbiano y se retarden las reacciones quimicas deteriorativas. En la mayoria de las operaciones de secado se utiliza aire caliente, donde la deshidratación permite hoy en día obtener hierbas aromaticas deshidratadas en excelentes condiciones, por lo que es preciso determinar con exactitud, y para cada genero, cual ha de ser su temperatura optima de desecacion, así como el tiempo de duracion de ésta.
Para tal fin, se realizaron ensayos de similacion de secado de cilantro, perejil y epazote a escala de laboratorio. Las condiciones de secado se establecieron a dos velocidades de aire(5 m/s y 10 m/s) y cuatro temperaturas de proceso(35ºC, 45ºC, 49ºC, 55ºC). A partir de los resultados obtenidos se observó que el epazote presenta menores tiempos de proceso para alcanzar una humedad final del 5%, 17 horas a 35ºC, 8.5 horas a 45ºC y 5.5 horas a 55ºC con una velocidad de aire de 5 m/s y 6.8 horas a 45ºC, 6.2 horas a 49ºC y 4.3 horas a 55ºC con una velocidad de aire de 10 m/s, que los otros dos productos estudiados.
Se generaron las curvas de secado en base a los datos obtenidos de forma experimental obteniendose la velocidad de secado para los tres productos. Se aprecia que en los tres casos solo existe un periodo de velocidad decreciente. Se obtuvo la pendiente de las curvas de cinetica de secado, y se observo que tanto el cilantro como el epazote muestran una tendencia similar a las tres temperaturas para cada velocidad, mientras que el perejil presenta una diferencia con las pendientes de cilantro y epazote muy marcada, especialmente a 55ºC, donde la diferencia promedio entre ellas es de 17.28% a una velocidad de aire de 5 m/s y de 29.83% a una velocidad de aire de 10 m/s.
Se modelaron las curvas de secado experimentales para cada producto mediante la utilización de un modelo lineal y de la Curva Caracteristica de Secado (CDC), en espera de poder predecir con exactitud los procesos de secado. Se calcularon los porcentajes de error para cada prediccion y se observo que mediante el uso de la CDC el menor porcentaje de error a una velocidad de 5 m/s se presenta a 45ºC para el cilantro (16.6%) y el perejil (9.5%) y a 55ºC para el epazote(10.4%) y a 49% para el cilantro(10.7%).
Los porcentajes de error calculados para la prediccion lineal de las curvas de secado presentaron una tendencia similar, observandose que a una velocidad de aire de 5 m/s la prediccion es mas acertada ya que el menor porcentaje de errir ocurre para cilantro(10% a 45ºC), epazote(9% a 55ºC) y perejil(15.8% a 45ºC) a esta velocidad de aire.
Se realizo una simulación de proceso a temperaturas cambiantes y se obtuvieron resultados satisfactorios para la prediccion. La simulación, realizada mediante la utilización de la Curva Caracteristica de Secado presenta una amplia disposición para la utilización de infinidad de procesos involucrando el cambio en temperatura y velocidad del aire.
Se realizaron estudios de los parámetros de calidad para cilantro, perejil y epazote y se encontro que el epazote presenta las mejores caracteristicas después de ser sometido al proceso de secado, presentado la menor diferencia neta de color a las tres temperaturas (5.71 a 35ºC, 4.01 a 45ºC, 5.61 a 55ºC) y un mejor porcentaje de rehidritacion(94%). Los análisis microbiológicos demostraron no ser satisfactorios para ninguna de las hierbas estudiadas, presentando valores de levaduras en todos los casos por arriba del valor permitido por las Normas Oficiales Mexicanas.
Hipotesis :
La deshidratacion es una tecnica de conservación de alimentos basada en la eliminación de agua de los mismos para darles estabilidad microbiana, reducir reacciones quimicas deteriorativas y reducir los costor de almacenamiento y transporte.
El secado se utiliza comúnmente para remover humedad y para mejorar asi la vida de anaquel y calidad de los alimentos.
Conclusiones :
-En las distintas condiciones de secado el epazote es el que presenta una mayor velocidad con respecto a los otros dos productos, ya que presenta menores tiempos de proceso, 17 horas a 35ºC, 8.5 horas a 45ºC y 5.5 horas a 55ºC para una velocidad de aire de 5 m/s, y de 6.8 horas a 45ºC, 6.2 horas a 49ºC y 4.3 horas a 55ºC para una velocidad de aire de 10 m/s, esto puede deberse a que este presenta mayor superficie de contacto en funcion de las caracteristicas morfologicas de cada producto.
-Las curvas de velocidad de secado presentan una marcada influencia de la temperatura de bulbo seco del aire. Se aprecia que para los tres productos solo existe un periodo de velocidad decreciente. Se observo que tanto para el cilantro como para el epazote se presenta una tendencia similar a las tres temperaturas para cada velocidad de aire, mientras que el perejil presenta una diferencia con las pendientes de las lineas de la velocidad de secado de cilantro y epazote muy marcada, especialmente a 55ºC, donde la diferencia promedio entre ellas es de 17.28% a una velocidad de aire de 5 m/s y de 29.83% a una velocidad de aire de 10 m/s.
-La curva normalizada (Curva Caracteristica de Secado) presento en todos los casos un buen ajuste para la prediccion de los valores de humedad en funcion del tiempo de secado, la temperatura de bulbo seco del aire y la velocidad de este, ya que el menor porcentaje de error a una velocidad de 5 m/s, se presenta a 45ºC para el cilantro(16.6%) y el perejil(9.5%) y a 55ºC para el epazote(10.4%), mientras que a una velocidad de aire de 10 m/s la prediccion mediante el uso de la Curva Caracteristica de Secado se presenta a 55ºC para el perejil(6.1%), a 45ºC para epazote(10.4%) y a 59ºC para el cilantro(10.7%).
-La prediccion lineal presenta la desventaja de ser una exclusiva para un determinado valor de temperatura y velocidad de aire. Sin embargo, se obtuvieron resultados satisfactorios para los porcentajes de error calculados para cada temperatura, observandose que a una velocidad de aire de 5 m/s la prediccion es mas acertada ya que el menor porcentaje de error ocurre para cilantro(10% a 45ºC), epazote(9% a 55ºC) y perejil(15.8% a 45ºC) a esta velocidad de aire.
-El cilantro presento un comportamiento similar a velocidades de aire de 5 m/s y 10 m/s, por lo que los datos obtenidos de la normalizacion se pueden agrupar bajo la prediccion de una sola ecuación de CDD.
-La simulación realizada mediante el uso de la Curva Caracteristica de Secado para temperaturas cambiantes arrojó buenos resultados ya que las tendencias de las curvas en todos los casos estudiados muestran un comportamiento analizable bajo el punto de vista la temperatura aplicada en cada seccion de la prediccion.
-La temperatura de secado de 45ºC fue la que mostro los mejores resultados en todos los parámetros estudiados, ya que los tres productos presentan un comportamiento uniforme durante la rehidratación y muestran la menor variación en los parámetros de color con respecto a la muestra fresca, sobre todo para epazote, el cual presento la menor diferencia neta de color a las tres temperaturas(5.71 a 35ºC, 4.01 a 45ºC y 5.61 a 55ºC) y un mejor porcentaje de rehidratación(94%) a 45%.
-Los resultados obtenidos del analisis microbiologico sugieren la busqueda de un nuevo metodo de desinfección ya que el utilizado presento valores de levaduras en todos los casos por arriba del valor permitido por las Normas Oficiales Mexicanas. Se sugiere para ello la aplicación de un metodo que combine un bactericida con un bajo nivel de pH.
-Se sugiere la posterior comparación de las curvas de secado modeladas a temperaturas cambiantes con datos experimentales que puedan sustentar lo acertado de la prediccion.
-Se recomienda estudiar mas a fondo el efecto de la velocidad del aire para poder modelar sistemas en los que se varie tanto la temperatura de bulbo seco del aire como la velocidad de este.
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