25. Secado de Frutas y VerdurasK.S. Jayaraman y D.K. Das GuptaContenido25.1 Introduccin ..60625.2 Tecnologas Post-cosecha de Frutas y Verduras ..60625.2.1 Produccin Mundial 60625.2.2 Prdidas ...60625.2.3 Rol de la Preservacin ...60625.2.4 Preservacin mediante Secado 60725.3 Pre-tratamientos para el Secado ..60725.3.1 Inmersin Alcalina ..60725.3.2 Sulfitacin .60725.3.3 Escaldado .60825.4 Tcnicas y Equipos de Secado ..60825.4.1 Deshidratacin .60825.4.2 Secado al Sol 60925.4.2.1 Secadores Naturales o Solares 60925.4.2.2 Secadores Solares - Directo60925.4.2.3 Secadores Solares - Indirecto ..60925.4.2.4 Sistemas Hbridos ..60925.4.2.5 Sistemas Combinados ..........61025.4.3 Secado con Aire Caliente ...61125.4.3.1 Secadores de Gabinete .61225.4.3.2 Secadores de Tnel 61225.4.3.3 Secadores de Banda ..61225.4.3.4 Secadores de Transportador Neumtico 61225.4.4 Secado en Lecho Fluidizado ............61225.4.5 Secado por Explosin .61525.4.6 Secado en Espuma .61725.4.7 Secado con Microondas .61725.4.8 Secado por Spray ...............61825.4.9 Secado en Tambor .............61825.4.10 Secado por Congelacin ..61925.4.11 Deshidratacin Osmtica .62025.4.12 Secado con Bomba de Calor ..62125.4.13 Secado Ultrasnico de Lquidos ............62125.5 Variaciones en la Calidad durante el Secado y Almacenamiento 62125.5.1 Prdida de Vitaminas (Vitaminas A y C) ............62125.5.2 Prdida de Pigmentos Naturales (Carotenoides y Clorofilas) ..62225.5.3 Pardeamiento y Rol del Dixido de Azufre .............62325.5.4 Degradacin Oxidativa y Prdida de Sabor ...........62525.5.5 Comportamiento de la Textura y Reconstitucin ...........62725.5.6 Influencia de la Actividad de Agua 62725.5.7 Cambios Relacionados a la Temperatura de Transicin del Vidrio.62925.5.8 Aspectos Microbiolgicos ..............62925.5.9 Factores que Afectan la Estabilidad del Almacenamiento 630Referencias .631

25.1 INTRODUCCINDesde el punto de vista del consumo, las frutas son productos vegetales con gusto aromtico que son naturalmente dulces o normalmente endulzados previo a su uso. Aparte de proveer sabor y variedad a la dieta humana, stas sirven como fuentes importantes e indispensables de vitaminas y minerales, aun cuando no son una fuente econmica de protenas, grasa ni energa. Lo mismo se aplica para el caso de las verduras, las cuales juegan un rol importante en la nutricin humana otorgando ciertos constituyentes que se encuentran escasamente en otros alimentos y adicionando sabor, color y variedad a la dieta.Luego de la humedad, los carbohidratos conforman el siguiente constituyente de nutricin ms abundante en frutas y verduras, y estn presentes como azcares de bajo peso molecular o polmeros de alto peso molecular como el almidn u otros. Las celulosas, hemicelulosas, sustancias pcticas y la lignina caractersticas de los productos vegetales en conjunto forman la fibra diettica, cuyo valor est adquiriendo creciente inters en la dieta humana en los ltimos aos, especialmente en la sociedad opulenta de los pases occidentales. Virtualmente toda la vitamina C de la dieta humana, la cual es un importante constituyente de sta, se obtiene de las frutas y verduras, algunos de los cuales son ricos en provitamina A (-caroteno) (ej. mango, zanahora, etc.). Tambin son importantes proveedores de calcio, fsforo y hierro.Las frutas y verduras han ganado importancia comercial y su crecimiento en una escala comercial se ha convertido en un importante sector de la industria agrcola. Los desarrollos recientes de tecnologas agrcolas han incrementado sustancialmente la produccin mundial de frutas y verduras. Como consecuencia, una mayor proporcin que antes de diversos productos est siendo manejada, transportada y vendida alrededor del mundo, con prdidas concomitantes que demandan tcnicas post-cosecha adecuadas para el almacenamiento y procesamiento para asegurar una mejor vida til. La produccin y consumo de frutas y verduras procesadas tambin se han incrementado.25.2 TECNOLOGAS POST-COSECHA DE FRUAS Y VERDURAS25.2.1 Produccin GlobalLa produccin mundial actual de frutas (excluyendo a los melones) de acuerdo con la Organizacin de Alimentos y Agricultura (FAO) fue de aproximadamente 444.65 millones de toneladas mtricas (mt) en 1999. China es el productor lder de frutas en el mundo, con una produccin de 59.5 mt (13.4%). India, con una produccin de 38.56 mt (8.7%) ocupa la segunda posicin, seguida de Brasil (8.45%), Estados Unidos (6.4%) e Italia (4.3%).La produccin mundial de verduras (incluyendo a los melones) es de aproximadamente 628.75 mt. Los mayores pases productores de verduras fueron China, India, Estados Unidos, Turqua, Italia, Japn y Espaa. China fue el mayor productor con una produccin de 250.0 mt (39.8%), mientras que India ocup el segundo lugar contribuyendo con aproximadamente 59.4 mt (9.45%).25.2.2 Prdidas La mayor parte de las frutas y verduras contienen ms de 80% de agua y por lo tanto son altamente perecibles. La prdida de agua y pudricin representan la mayora de las prdidas en estos productos, que se estiman que son ms del 30-40% en pases en vas de desarrollo en los trpicos y subtrpicos debido a manejo, transporte e instalaciones de almacenamiento inadecuados. Aparte de las prdidas fsicas y econmicas, prdidas ms serias ocurren en el contenido de nutrientes esenciales, particularmente de vitaminas y minerales.La necesidad de reducir las prdidas post-cosecha de productos hortcolas perecibles es de suprema importancia en los pases en vas de desarrollo para incrementar su disponibilidad, especialmente en el contexto actual en el cual las limitaciones en la produccin de alimentos (tierras, agua y energa) estn creciendo continuamente. Cada vez ms se ha venido reconociendo que la produccin de mayor cantidad y mejores alimentos por s solo no es suficiente, y que debera ir de la mano con tcnicas de conservacin post-cosecha adecuadas para minimizar prdidas, incrementando de esta forma las reservas y la disponibilidad de nutrientes, adems de otorgar el incentivo econmico de producir ms.25.2.3 Rol de la PreservacinUna de las metas primarias del procesamiento o preservacin de alimentos es la de convertir alimentos perecibles, tales como frutas y verduras, en productos estables que puedan ser almacenaos por largos periodos de tiempo para reducir las prdidas post-cosecha. El procesamiento extiende la disponibilidad de productos estacionales, reteniendo sus valores nutricional y esttico, otorgando variedad a la ocasionalmente montona dieta. Adems, incrementa la conveniencia de los productos. Particularmente, este proceso ha expandido los mercados de productos frutales y vegetales y de los alimentos listos para consumir alrededor del mundo, incrementando rpidamente el proceso de consumo per cpita en las pasadas dos o tres dcadas.Diversas tecnologas de procesamiento han sido utilizadas a una escala industrial para preservar las frutas y verduras, siendo las ms usadas el enlatado, el congelado y el deshidratado. Entre stas, la deshidratacin es especialmente adecuada para pases en vas de desarrollo, los cuales presentan normalmente instalaciones mal implementadas de procesamiento trmico y a bajas temperaturas. Ofrece un medio altamente efectivo y prctico de preservacin para reducir las prdidas post-cosecha, compensando la escasez en el suministro.25.2.4 Preservacin mediante SecadoLa tcnica de deshidratacin es probablemente el mtodo ms antiguo de preservacin de alimentos practicada por el hombre. La eliminacin de la humedad previene el crecimiento y reproduccin de microorganismos que causan el decaimiento y minimiza muchas de las reacciones deterioradoras relacionadas con la humedad. Brinda adems una reduccin sustancial en peso y volumen, minimizando los costos de empaquetamiento, almacenamiento y transporte, permitiendo adems el almacenamiento del producto a temperatura ambiente. Estas caractersticas son especialmente importantes para pases en vas de desarrollo y en las frmulas de alimentos militares y espaciales.El drstico incremento del costo de energa ha promovido un dramtico surgimiento del inters en el secado a nivel mundial en la ltima dcada. Avances en las tcnicas y el desarrollo de nuevos mtodos de secado han sido implementados para un amplio rango de productos deshidratados, especialmente para ingredientes de reconstitucin instantnea, de frutas y verduras con propiedades que no pudieron haber sido predichas aos atrs. El crecimiento de las comidas rpidas ha incrementado la necesidad de estos ingredientes. Debido a estilos de vida cambiantes, especialmente en los pases ms desarrollados, existe actualmente una gran demanda de una gran variedad de productos deshidratados con nfasis en una alta calidad y frescura, aparte de la comodidad.Este captulo pretende proveer una descripcin comprensiva de las diversas tcnicas de deshidratacin y aparatos desarrollados e implementados a lo largo de los aos especficamente para la deshidratacin de frutas, verduras y sus productos. En una edicin anterior, Jayas y Sokhansanj trataron sobre aspectos tericos y prcticos del secado aplicado a los alimentos en general en el libro Handbook of Industrial Drying. Por lo tanto, la discusin ser restringida al secado de frutas y verduras, adems de cambios cualitativos que ocurren durante el secado y almacenamiento de estos productos especficamente.25.3 PRE-TRATAMIENTOS PARA EL SECADOLas frutas y verduras son sometidas a ciertos pre-tratamientos en aras a mejorar las caractersticas del secado y minimizar los cambios adversos durante el secado y subsecuente almacenamiento de los productos. Estos pre-tratamientos incluyen inmersin alcalina para frutas y sulfitacin y escalado para frutas y verduras.25.3.1 Inmersin AlcalinaLa inmersin alcalina, como su nombre indica, incluye la inmersin de los productos en una solucin alcalina antes del secado y es utilizada primordialmente para frutas que se secan enteramente, especialmente ciruelas pasas y uvas. Una solucin de carbonato de sodio o leja (0.5% o menos) es usualmente utilizada a un rango de temperaturas entre 93.3 a 100C. Esto facilita el secado mediante la formacin de fisuras en la cscara. Los steres de oleato constituyen los ingredientes activos para las soluciones de inmersin comerciales usadas para uvas. stos aceleran la prdida de la humedad causando la disociacin de plaquetas de cera en la cscara de uva, facilitando as la difusin de agua.25.3.2 SulfitacinLos tratamientos con dixido de azufre son ampliamente utilizados en el secado de frutas y verduras debido a que ste compuesto es considerado el aditivo ms efectivo para evitar reacciones no enzimticas de pardeamiento (NEB). As mismo, tambin inhibe diversas reacciones mediadas por enzimas, como el pardeamiento enzimtico, y acta como un antioxidante previniendo la prdida de cido ascrbico y lpidos protectores, aceites esenciales y carotenoides contra el deterioro oxidativo durante el procesado y almacenamiento. Tambin ayuda en la inhibicin y control de microorganismos, especialmente de aquellos que fermentan azcares en frutas como los albaricoques secados al sol que requieren largos periodos de secado. Adems, presenta la ventaja de permitir el uso de temperaturas altas, lo que se traduce como tiempos de secado ms cortos. Esto se realiza con la intencin de mantener el color, prevenir la descomposicin y preservar ciertos atributos nutricionales hasta la venta.Las frutas que van a ser secadas son usualmente tratadas con SO2 gaseoso obtenido de la quema de azufre, como en el caso de la manufactura de albaricoques, duraznos, pltanos, pasas y sultanas secas. Alternativamente, las lminas de manzana son generalmente sumergidas en soluciones del aditivo (preparadas disolviendo bisulfito de sodio o SO2 en agua) y pueden recibir un tratamiento extra con SO2 gaseoso durante el secado.El tratamiento de verduras con SO2 gaseoso no es prctico. En su lugar, las soluciones de sulfito con consideradas como el mtodo ms prctico para controlar la absorcin. Como las verduras son escaldadas antes del secado, el aditivo es incorporado generalmente en la etapa del escaldado en el licor de escaldado si el vegetal va a ser sumergido o como spray si se utiliza el escaldado con vapor.Cantidades suficientes de SO2 deben ser absorbidas por el material preparado para compensar las prdidas que ocurren durante el secado y subsecuente almacenamiento. Los diversos mtodos de aplicacin del SO2 brindan diversos niveles de toma del compuesto, lo cual est en funcin a la concentracin de SO2, duracin del tratamiento y el tiempo otorgado para el drenaje, tamao y geometra del alimento y el pH del licor de escaldado o del spray. Los tiempos de secado por encima de las 12 horas para frutas y verduras o por varios das, como en el caso de frutas secadas al sol, requieren de mayores cantidades de SO2. Se ha demostrado que slo el 35-45% del aditivo inicialmente incorporado es retenido luego del secado. La subsecuente prdida de SO2 de productos secos que ocurren durante el almacenamiento determina de manera prctica la vida til con respecto al deterioro mediante las reacciones de pardeamiento no enzimticas (NEB).Las tablas 25.1 y 25.2 muestran los niveles sugeridos de SO2 en verduras y frutas respectivamente luego de completado el proceso de secado.

Tabla 25.1. Niveles de Dixido de Azufre Sugeridos para Vegetales SecosVegetalSO2 (ppm)

Frejol500

Coles1500-2500

Zanahorias500-1000

Apio500-1000

Arbejas300-500

Grnulos de papa250

Rebanadas de papa200-500

Camote (cortado)200-500

RemolachasNo fue necesario

Maz2000

Pimientos*1000-2500

Rbano picanteDestruye el sabor

*0.2% de antioxidante BHA otorga mejor retencin de color.Fuente: De Dumbar, J., Food Tech. New Zealand, 21(2), 11, 1986. Con permisos.

Tabla 25.2. Niveles Sugeridos de Dixido de Azufre en Frutas DeshidratadasFrutaSO2 (ppm)

Manzanas1000-2000

Albaricoques2000-4000

Duraznos2000-4000

Peras1000-2000

Pasas1000-1500

Fuente: De Dumar, J., Food Tech. New Zealand, 21(2), 11, 1986. Con permiso.

25.3.3 EscaldadoEl escaldado consiste en la coccin parcial, usualmente con vapor o agua caliente, antes de la deshidratacin. El propsito del proceso consiste en desnaturalizar las enzimas responsables de reacciones adversas que afectan la calidad del producto, como la reaccin de pardeamiento enzimtico y de oxidacin durante el procesamiento y almacenamiento. La efectividad del tratamiento es evaluada por el grado de inactivacin enzimtica. Por lo tanto, la actividad de la polifenoloxidasa es cuantificada en frutas, de la catalasa en la col y de la peroxidasa en otros vegetales. Otros efectos benficos que el escaldado ofrece incluyen la reduccin del tiempo de secado, eliminacin del aire presente en los espacios intercelulares de los tejidos, suavizacin de la textura y retencin del cido ascrbico y del caroteno durante el almacenamiento. Comercialmente, tanto los escaldadores continuos como los de tipo Batch estn siendo empleados, involucrando de 2 a 10 minutos de exposicin al vapor. El escaldado en serie en agua caliente tambin se utiliza, y en este proceso el contenido de slidos en el agua se mantiene en un nivel de equilibrio para minimizar prdidas por fugas.Adems del escaldado con agua y vapor, el uso de la energa de las microondas ha demostrado ser un mtodo efectivo y conveniente de escaldado con superioridad en la retencin de cido ascrbico. La textura de la espinaca rehidratada luego de ser escaldada con microondas y secada por congelacin fue firme, gomosa y altamente aceptable.El escaldado a bajas temperaturas por largo tiempo (LTLT) (65-70C por 15-20 minutos) present mejoras en la calidad (textura) de la zanahoria deshidratada (conjuntamente con el tratamiento con calcio) y del camote deshidratado comparado con el escaldado a alta temperatura por corto tiempo (HTST) (95-100C por 3 minutos). Esto se debe a que a estas relativamente bajas temperaturas la enzima pectin metil esterasa se encuentra activa para desesterificar e incrementar la cantidad de grupos carboxilos libres de la pectina, los cuales pueden formar enlaces inicos con cationes divalentes para producir un producto con textura ms firme.La prevalencia de escaldadores de agua en la industria requiere de la comparacin de los distintos tipos de escaldado para determinar la utilizacin de energa. En base al requerimiento terico de 134 Kg de vapor por 103 Kg de vegetales crudos, la eficiencia energtica de un escaldador de vapor fue estimada en un 5%, para un escaldador de vapor hidrosttico fue de un 27%, para una unidad IQB fue de 85% y para un escaldador de agua fue de 60%.25.4 TCNICAS Y EQUIPOS DE SECADO25.4.1 Deshidratacin La deshidratacin involucra la aplicacin de calor para evaporar la humedad y algn medio para la remocin del vapor de agua luego de que ha sido separado del tejido de la fruta o verdura. Por lo tanto, es una operacin combinada y simultnea de transferencia de calor y masa que requiere de suministro de energa.Muchos tipos de secadores y mtodos de secado, algunos mejor adaptados para una situacin particular, estn siendo comercialmente utilizados para remover la humedad de una gran variedad de frutas y verduras. Mientras que el secado al sol de cultivos de frutas se sigue practicando para ciertos frutos como los ciruelas pasas, uvas y dtiles; procesos de deshidratacin atmosfricas estn siendo utilizados en manzanas, albaricoques y muchos otros vegetales. Los procesos continuos, tales como el de tnel, de banda transportadora y de lecho fluidizado (FB), estn siendo implementados principalmente en vegetales. El secado spray es adecuado para los concentrados de jugos de frutas y los procesos de deshidratacin al vaco son tiles para frutos con baja humedad y alto contenido de azcar.Los factores por los cuales se selecciona un tipo particular de secador o mtodo de secado incluyen la forma del material crudo y sus propiedades, la forma fsica y caractersticas deseadas del producto, condiciones operacionales necesarias y costos de operacin.Tres tipos de procesos bsicos de secado pueden ser identificados y que son aplicados a frutas y verduras: secado al sol, secado atmosfrico incluyendo procesos de tipo Batch (secadores tipo horno, torre o gabinete) y tipo continuo (tnel, banda, cinta transportadora, lecho fluidizado, explosin, espuma, spray, tambor y calentamiento por microondas); y deshidratacin subatmosfrica (banda/tambor al vaco y liofilizadores). Recientemente el alcance se ha expandido para incluir el uso de procesos de bajas temperaturas y baja energa como la deshidratacin osmtica.En la siguiente seccin, solo unos pocos tipos de secadores y mtodos de secado aplicados a frutas y verduras sern brevemente explicados. Informacin detallada acerca del diseo, operacin y parmetros econmicos pueden ser obtenida en las referencias citadas en las secciones correspondientes.25.4.2 Secado al SolUno de los usos ms antiguos de la energa solar, desde inicios de la civilizacin, ha sido el secado y preservacin de productos agrcolas sobrantes. Este proceso fue tambin el modo ms barato de preservacin, en el cual la actividad de agua fue reducida a un nivel bajo evitando as la descomposicin. Este proceso ha sido utilizado principalmente para secar frutos como uvas, albaricoques, dtiles e higos.No existe un estimado de la gran cantidad de material secado mediante este mtodo. Debido a que este mtodo es simple, y fue creado y utilizado por muchos de los pases en desarrollo, su aceptacin no cre problema alguno. Sin embargo, hubo muchos problemas tcnicos asociados con la forma tradicional de secado al sol directamente. Estos problemas incluyen lluvias y cielos nublados; contaminacin con polvo o causada por insectos, aves y otros animales; falta de control sobre las condiciones de secado; y la posibilidad de descomposicin qumica, enzimtica o microbiolgica debido a los largos perodos de tiempo de secado. El incremento reciente del costo de los combustibles fsiles asociados al agotamiento de las reservas y escasez ha atrado nuevamente el inters en el secado al sol.Boln y Salunkhe han revisado de manera exhaustiva los mtodos de secado utilizando solamente energa solar y tambin con una fuente de energa auxiliar, adems de discutir la retencin de la calidad (nutrientes) y los aspectos econmicos. Estos autores sugirieron que para producir productos de alta calidad con factibilidad econmica, el secado debe ser rpido. El tiempo de secado puede ser reducido mediante 2 procesos principalmente: elevando la temperatura del producto para que la humedad pueda ser evaporada de manera rpida, mientras que al mismo tiempo la humedad del aire debe ser removida constantemente; y tratando el producto a ser secado de tal forma que las barreras de humedad, tales como las densas capas de cscara hidrofbicas o los largos caminos de migracin del agua, sean minimizados. Los avances en el secado al sol de frutas y verduras hasta 1990 han sido revisados por Jayaraman y Das Gupta.Para disear un secador solar para el secado de frutas y verduras, 2 etapas importantes deben ser consideradas: el calentamiento del aire mediante la energa radiante del sol y el traslado de este aire caliente para ponerlo en contacto con el material dentro de una cmara para evaporar la humedad.Los secadores solares son clasificados generalmente de acuerdo al modo de calentamiento o a la manera en que utiliza el calor proveniente de la energa solar. Estas clases incluyen al secador solar o natural, al secador solar directo, al secador solar indirecto, a los sistemas hbridos y a los sistemas combinados.25.4.2.1 Secadores Solares o NaturalesLos secadores solares o naturales utilizan la accin de la radiacin solar, la temperatura ambiental del aire, la humedad relativa y la velocidad del viento para lograr el secado.24.4.2.2 Secadores Solares DirectosEn estos secadores, el material a secar es colocado en el interior con una cubierta transparente o con paneles laterales. El calor es generado por la absorcin de la radiacin solar del producto mismo as como de las superficies internas de la cmara de secado. Este calor evapora la humedad del producto. Adicionalmente, sirve para calentar y expandir el aire, causando la remocin de la humedad mediante la circulacin del aire.24.4.2.3 Secadores Solares IndirectosEn estos secadores, la radiacin no incide directamente sobre el material a secar. El aire es calentado en un colector solar y luego conducido a la cmara para secar el producto. Generalmente se utilizan colectores de plato plano para calentar el aire para aplicaciones a temperaturas bajas o moderadas. La eficiencia de estos colectores depende del diseo y las condiciones de operacin. Los principales factores que afectan la eficiencia del colector son la configuracin del calentador, la tasa de flujo de aire, aislamiento, propiedades espectrales para la absorcin, barreras de aire, coeficientes de transferencia de calor entre el material que absorbe y el aire, y la insolacin. La optimizacin de estos factores puede conllevar a una alta eficiencia del colector. En la actualidad, muchos diseos ms sofisticados de colectores de plato plano se encuentran disponibles. Imre describi estos colectores y sus eficiencias.

24.4.2.4 Sistemas HbridosLos sistemas hbridos son secadores en los que otra forma de energa, tales como combustible o electricidad, es utilizada para complementar la energa solar para el calentamiento y la ventilacin.25.4.2.5 Sistemas CombinadosLos sitemas combinados incluyen a los secadores en los que tanto modelos de calentamiento directos como indirectos han sido utilizados (Figura 25.1). Diversos mtodos experimentales fueron evaluados para la deshidratacin solar de frutas (albaricoques): a) bandejas de madera; b) canales solares de varios materiales diseados para reflejar la energa radiante a las bandejas de secado; c) conveccin natural, secadores de gabinete calentados por el sol con platos trmicos colectores inclinados; d) secadores con incorporacin de tubos de polietileno inflados o con incorporacin de un domo similar utilizado como un colector solar, haciendo que el aire sea soplado desde all hacia la fruta en la cmara de secado. Se encontr que el mtodo d) fue barato, 38% ms rpido que el secado al sol y que puede ser utilizado como una fuente suplementaria de calor para deshidratadores convencionales.

Figura 25.1. Dimensiones de un modelo combinado de capa solar (A, secador; B, colector solar). De: Bolin, H.R y Salunkhe, D.K, Crit. Rev. Food. Sci. Nutri., 16, 327, 1982. Con permiso.)

El secado solar que incorpora un lecho desecante para el almacenamiento de calor ha sido utilizado para el secado de frutas y verduras. El aire caliente de hasta 27C por encima de la temperatura ambienta fue obtenida en un colector cubierto de vidrio con un flujo de aire de aproximadamente 140 Kg/h y elevada hasta 52C para un flujo de aire de 25 Kg/h. En el circuito de absorcin, que utiliz un colector de doble cubierta de vidrio, las diferencias de temperatura fueron 10% ms altas. Otras formas de almacenamiento de calor que involucran el uso de materiales naturales como el agua, piedras, y otros parecidos; o soluciones salinas o absorbentes tambin fueron probadas.

Figura 25.2. Componentes construidos para secado solar al vaco. (De: Moy, J.H. y Kuo, M.J.L., J. Food Process Eng., 8(1), 23, 1985. Con permiso.)

El diseo y la construccin de un secador fueron descritos para el uso de energa solar en el proceso de 2 etapas de deshidratacin osmovac de la papaya que consiste de un plexiglass de 56x25x25 cm3 (3.8 cm de grosor) y una unidad de condensacin al vaco porttil (Figura 25.2). El secado osmtico solar present mayores tasas de secado y de toma de sucrosa que en las pruebas no solares. Similarmente, las tasas de secado del secado solar al vaco fueron cerca del doble que el del secado no solar al vaco.El secado solar de un nmero de verduras utilizando un secador solar de gabinete incorporado con 3 colectores de plato plano fue reportado. Se concluy que el uso de 3 colectores de plato plano en vez de uno mejor el rendimiento del secador solar de gabinete mediante el incremento de la temperatura de la cmara y la circulacin de aire comparado con el secado utilizando un solo colector de plato plano.Debido a que el secado solar de frutas y verduras requiere de tiempo debido a que grandes cantidades de agua deben ser removidas, Grabowski y Mujumdar examinaron la posibilidad de acoplar el secado osmtico con el secado solar para un secado ms efectivo. Estos autores tambin ilustraron aplicaciones para el sistema combinado de secado solar asistido por deshidratacin osmtica para distintas escalas de produccin. Se observ que se pudo lograr un incremento de como mnimo 2 veces el rendimiento de un secador solar tpico mientras que se mejoraban las propiedades nutricionales y organolpticas.Un sistema de secado solar que consiste de 8 colectores de plato plano fue diseado y construido. Cada colector solar de plato plano tuvo un rea de 2 m2, con un rea efectiva de 1.86 m2 y una capacidad de generacin de calor de 18.6 MJ/d (al 50% de eficiencia). Un deshidratador de 250 Kg de capacidad fue construido para una fruta o una verdura albaricoques, uvas, caqui, cebollas, chiles, etc.) El anlisis econmico mostr que el sistema de secado solar es muy econmico en su aplicacin para frutas y verduras.Para que un secador solar tenga xito comercial, ste debe ser econmicamente factible. Sin embargo, en general, los sistemas de energa solar requieren de mucho capital. En estos secadores, aunque los costos de operacin son bajos, mayores inversiones deben realizarse en el equipo. El problema econmico ms importante es el de balancear el costo anual de inversiones sobrantes y el ahorro en combustible. Por ende, el secado solar podra ser econmico solo si los costos de equipamiento disminuyen o en el caso del escalamiento del costo de combustible.25.4.3 Secado con Aire CalienteEn la actualidad, muchos de los productos deshidratados de frutas y verduras son elaborados mediante el mtodo de secado con aire caliente, el cual es el ms simple y econmico de todos los mtodos. Diferentes tipos de secadores han sido diseados, construidos y utilizados comercialmente en base a esta tcnica.En este mtodo, el aire calentado es puesto en contacto con el material hmedo a ser secado para facilitar la transferencia de calor y de masa; ocurriendo principalmente por conveccin. Dos importantes aspectos de la transferencia de masa es la transferencia de agua a la superficie del material que est siendo secado y la remocin del vapor de agua de la superficie. Los conceptos bsicos, los diversos mtodos de secado y los distintos tipos de secadores de aire caliente son explicados por varios autores en los siguientes libros y artculos de revisin (1, 2, 5, 22-24).Para la obtencin de productos deshidratados de alta calidad a un costo razonable, la deshidratacin debe ocurrir de manera rpida. Existen cuatro factores que pueden afectar la tasa y el tiempo total de secado: las propiedades fsicas del alimento, especialmente el tamao de partcula y la geometra; la conformacin geomtrica en relacin al aire (si el flujo del aire cruza, pasa a travs, encima de bandejas, etc.); propiedades fsicas del aire (temperatura, humedad, velocidad); y las caractersticas de diseo del equipo de secado (si el flujo de aire cruza o atraviesa, concurrente, contracorriente, lecho agitado, neumtico, etc.) La eleccin del mtodo de secado para un producto alimenticio es determinada por los atributos de calidad deseados, materia prima y la economa.Los secadores que generalmente se utilizan para secar piezas de frutas o verduras son del tipo gabinete, horno, tnel, banda, cajn, neumtico y de cinta transportadora. De stos, el de gabinete, horno y cajn son operados como batch, el secador de banda es continuo y el secador de tnel es semicontinuo.25.4.3.1 Secadores de GabineteLos secadores de gabinete son secadores de pequea escaa utilizados en los laboratorios y plantas piloto para el secado experimental de frutas y verduras. Consisten en una cmara aislada con bandejas localizadas una sobre otras en donde el material es colocado y un ventilador que fuerza el paso de aire a travs de calentadores y luego a travs del material mediante flujo cruzado o a travs de l.25.4.3.2 Secadores de TnelLos secadores de tnel son bsicamente un grupo de secadores de carretas y bandejas que son utilizados debido a su flexibilidad para procesos de comerciales a gran escala, secando diversos tipos de frutas y verduras. El material hmedo colocado en las bandejas de estos secadores, apilados en una carretilla, son introducidos en un extremo de un tnel (una cabina larga) y cuando est seco, ste sale por el otro extremo. La caracterstica del secado de estos secadores depende del movimiento del aire con relacin al movimiento de las carretillas, las cuales se pueden mover paralelamente entre ellas tanto en el mismo sentido como contracorriente, cada una resultando en un tipo propio de patrn de secado y propiedades finales del producto.25.4.3.3 Secadores de BandaLos secadores de banda son lechos agitados usados para el secado de verduras cortadas de tamao pequeo. Consisten en cinturones de malla metlica (alambre) apoyados sobre dos rollos horizontales; una rfaga de aire es hecho pasar a travs del leco de material sobre la malla. Las bandas o cinturones estn ubicados de tal manera que forman un canal inclinado de forma que el producto viaja con una trayectoria en espiral mientras que una fluidizacin parcial es causada por una rfaga de aire en ascenso.25.4.3.4 Secadores de Cintra Transportadora NeumticaEstos secadores son generalmente utilizados para terminar el secado de polvos o materiales granulados, siendo utilizados ampliamente en la produccin de grnulos de papa. El alimento es introducido a una corriente rpida de aire caliente y transportado a travs de conductos (horizontal o vertical) de longitud suficiente para obtener el nivel de secado deseado. El producto seco es separado del aire de escape mediante un cicln o un filtro. Jayaraman et al. (25) describieron un secador neumtico en el que un secado con temperatura inicial alta (160-180C por 8 minutos) de una pieza vegetal fue llevado a cabo hasta un 50% e humead, resultado en una expansin y porosidad de los productos que aceleraron el secado final en un secador de gabinete convencional adems de reducir significativamente los tiempos y de incrementar los coeficientes de rehidratacin de los productos (Tabla 25.3).

Tabla 25.3. Condiciones de Procesamiento para Secado de Alta-Temperatura, Bajo-Tiempo Neumtico de Vegetales y Rehidratacin de Productos CaractersticosMaterialContenido de Humedad (%)Secado HTST ptimoTiempo de RehidratacinCoeficiente de Rehidratacin

CrudoCocido/BlanqueadoTratado HTSTSecado FinalTemp. (C)Tiempo (min)

Papas82.283.359.34.1170850.94

Arvejas71.172.538.33.4160851.06

Zanahorias89.391.052.94.2170850.50

Batatas76.678.350.23.9180861.01

Camote73.678.653.85.3170821.06

Colocasia80.283.354.24.9170820.98

Pltanos80.883.358.84.6170840.97

Fuente: De Jayaraman, K.S., Gopinathan, V.K., Pitchamuthu, P., y Vijayaraghavan, P.K. J. Food. Technol., 17(6), 669, 1982. Con permiso.

25.4.4 Secado en Lecho FluidizadoEl secador de tipo lecho fluidizado fue originalmente utilizado para finalizar el secado de grnulos de papa. En el secado LF (FB) se hace pasar el aire caliente a travs de un lecho de partculas de alimento a una velocidad suficientemente alta para superar las fuerzas gravitacionales en el producto y mantener las partculas en un estado de suspensin (fluidizado). El fluidizado es una forma muy efectiva de maximizar el rea de superficie del secado dentro de un espacio total pequeo. Las velocidades de aire requeridos para esto variarn dependiendo del producto, especficamente del tamao de partcula y la densidad de ste. Una de las mayores limitaciones es el rango limitado de tamao e partcula (usualmente dimetros de 20m 10mm) que pueden ser fluidizadas efectivamente. El lecho permanece uniforme y se comporta como un fluido cuando el llamado nmero Froude se mantiene bajo la unidad.La teora y aplicaciones alimentarias secado por lecho fluidizado han sido discutidas en muchos libros y artculos (5, 22-24, 26, 27). Aparte del uso comercial en arvejas, frejoles y vegetales cortados en cubos, tambin ha sido utilizado para el secado de grnulos de papa, hojuelas de cebolla y polvo de jugo de frutas. Tambin es utilizado comnmente como un secador secundario para terminar el proceso iniciado con otros tipos de secadores. Puede ser utilizado en procesos tipo batch o continuos con un cierto nmero de modificaciones.Las ventajas del secado con lecho fluidizado consisten en una alta intensidad en el secado, una temperatura uniforme y finamente controlable a lo largo del proceso, alta eficiencia trmica, el tiempo de permanencia del material en el secador puede ser elegido arbitrariamente, el tiempo de secado es usualmente menor que para otros tipos de secadores, la operacin y mantenimiento del equipo son relativamente simples, el proceso puede ser automatizado sin ninguna dificultad, y debido al tamao pequeo y compacto, se pueden combinar diversos procesos en un secador de LF.La transferencia de calor en el mtodo de LF puede ser mejorado mediante el incremento de la velocidad del gas. Sin embargo, a altas velocidades, las partculas son expulsadas fuera del lecho, incrementando el vaco en ste, reduciendo la efectividad volumtrica del equipo. Desde el punto de vista de n buen contacto gas-slido, esto es indeseable ya que la mayor parte del gas pasa alrededor de las capas de partculas sin un contacto efectivo.Otra desventaja del secado en LF convencional es que la velocidad mxima del gas est ntimamente relacionada con las caractersticas fsicas de las partculas de alimento tales como forma, aspereza de la superficie, la densidad aparente y la firmeza. La mxima velocidad del gas controla la cantidad de calor transferida al lecho, puesto que para alimentos usualmente existe una temperatura crtica mxima para el procesado.El lecho fluidizado centrfugo (LFC) fue diseado para superar las limitaciones de tamao de pieza y requerimientos de calor encontrados en el secador de LF convencional mediante el sometimiento de las partculas a una fuerza centrfuga mayor que la fuerza gravitacional durante la fluidizacin. Esto tuvo como efecto el incremento de la densidad aparente de las partculas, permitiendo una fluidizacin suave y homognea. Esta fluidizacin suave puede ser lograda a cualquier velocidad de gas que se elija variando la fuerza centrfuga. Las otras ventajas que el LFC provee incluyen el incremento de la velocidad de gas proveyendo una mejora en la transferencia de calor a una temperatura de gas moderada sin causar daos trmicos, y haciendo innecesarias las grandes cadas de presin a lo largo de la malla que soporta el lecho para obtener una fluidizacin homognea. Se demostr que este mtodo es efectivo para alcanzar una extremadamente alta tasa de secado de tipos de alimentos con alta humedad, baja densidad y pegajosos.El desarrollo de un lecho fluidizado centrfugo modificado (CFBD) consisti de un cilindro con paredes perforadas, el cual rotaba horizontalmente sobre su eje con una alta velocidad y era calentada por una corriente de aire cruzada (Figura 25.3). La pieza de producto ser secada fue insertada en uno de los extremos del cilindro rotatorio, movida a travs del cilindro casi mediante un flujo pistn a travs de la rfaga de aire caliente, pasado de manera cruzada a travs de las paredes perforadas, y descargada en el otro extremo del cilindro. Por el lado de salida (relativo al flujo de aire) dentro del cilindro, las piezas fueron mantenidas como un lecho fijo contra la pared mediante las fuerzas aditivas de la friccin causada por la resistencia del aire y la centrifugacin. A altas rpm o bajas velocidades de aire, la fuerza centrfuga sobre cualquier partcula fue mayor que la fuerza de resistencia e la corriente de aire entrante y cada partcula se mantuvo fija en su lugar. En el caso de un incremento de la velocidad de aire o una disminucin de las rpm se obtuvo una fluidizacin de fase densa en el lado de entrada del lecho debido a que la fuerza de resistencia sobre las partculas fue igual o ligeramente mayor que la fuerza centrfuga opuesta. Cuando la velocidad del aire fue incrementada an ms, el transporte de partculas a lo largo del cilindro ocurri como en un lecho con chorro. La fuerza centrfuga obtenida por la velocidad de rotacin del cilindro para dar 3-15 Gs permiti el uso de velocidades de aire de hasta 15 m/s o mayores, muchas veces ms de lo que puede ser empleado en lechos fluidizados convencionales.Las zanahorias, papas, manzanas y frejoles verdes secadas en este lecho fluidizado centrfugo modificado a una velocidad de aire de 2400 pies/min y 240F mostraron que una reduccin de peso del 50% puede ser lograda en menos de 6 minutos para todos estos materiales. En comparacin con el secado de tnel en el que se emplea una velocidad e aire cruzada de 780 pies/min, 160F de temperatura y 2 lb/pies2 de llenado de bandeja, se mostr que la tasa de secado promedio en el lecho fluidizado centrfugo modificado (velocidad de aire de 2400 pies/min) fue de 5.3 veces del valor de flujo cruzado. Este incremento en la tasa de secado (3 veces el valor terico) ocurri debido a la alta eficiencia del contacto aire-partcula alcanzado en el lecho fluidizado centrfugo.

Figura 25.3. Diseo modificado de un secador de lecho fluidizado centrfugo que permite cadas de presin ms bajas y mejor economa de calor. Mientras la velocidad del aire se incrementa, el grado de fluidizacin cambia de empacado a chorreado. (De: Brown, G.E., Farkas, D.F., y De Marchena, E. S., Food Technol., 26(12), 23, 1972. Con permiso.)

Adicionalmente, un secador de lecho fluidizado centrfugo modificado (CFBD) continuo fue diseado (Figura 25.4) con una superficie del secador de aproximadamente 21 pies2 con la forma de un cilindro rotatorio perforado de acero inoxidable (10-pulg dimetro y 100-pulg de largo) con un rea abierta del 45% y cubierta de tefln por dentro. El cilindro pudo alcanzar velocidades de rotacin de hasta 350 rpm (Fc = 17.4 x G) mediante transmisin por correa e inclinada entre 0 a 6 desde su posicin horizontal para ayudar en el control del tiempo de residencia del material que est siendo secado. Ventiladores centrfugos con calentadores de vapor permitieron una temperatura del aire de hasta 140C.

Figura 25.4. Vista isomtrica del sistema de un secador de lecho fluidizado centrfugo. (1, cilindro secador; 2, polea de transmisin; 3, alimentador; 4, soplador del alimentador; 5, canal de descarga; 6, soplador de aire; 7, amortiguador de descarga de aire; 8, bobina de calentamiento de vapor; 9, plenum; 10, salida de aire; 11, puerto de ventilacin; 12, ducto de recirculacin; 13, entrada de aire; 14, ventilador de ingesta). (De: Hanni, P.F., Farkas, D.F, y Brown, G.E., J. Food. Sci., 41(5), 1172, 1976. Con permiso.)

La Tabla 25.4 muestra los datos de operacin de las pruebas de secado de pimiento morrn, remolachas, zanahorias, coles, cebollas y hongos utilizando un CFBD. Se logr una buena operacin continua por el tiempo de 1 hora. Las tasas de alimentacin y evaporacin para un rango de tamaos de secadores se muestran en la Tabla 25.5 para coles, zanahorias, cebollas y hongos.

Tabla 25.4. Condiciones de Operacin para el Secado de Algunos Vegetales en Secador de Lecho Fluidizado CentrfugoProductoTasa de Alimento (Kg/h)Tasa de descarga (Kg/h)Humedad (%)Reduccin de Peso (%)Temp. (C)Velocida del aire (m/s)

AlimentoDescarga

Pimiento morrn 1427193.486.1537115.3

Remolacha (cubos)1337484.674.5409915.3

Zanahoria

Copos

1097988.984.6289315.3

Cubos

130-150-89.582.046100-14015.3

Col (rallada)90-200-93.388.044100-14015.3

Cebolla (rebanada)150-160-87.782.535100-14015.3

Setas (cubos)230-95.391.348100-14015.3

Fuente: De Hanni, P.F., Farkas, D.F., y Brown, G.E. J. Food Sci., 41(5), 1172, 1976; Cannon, M.W., Food Technol. New Zealand, 13(9), 28, 1978. Con permiso.

Tabla 25.5. Tasas de Alimentacin y Evaporacin (Kg/h) para un Rango de Tamaos de Secadores Continuos de Lecho Fluidizado CentrfugosTamao del Secador (m)Aliment. de ColesEvapor. de Zanaho.Aliment. de CebollasEvapor. de SetasAliment.Evapor.Aliment.Evapor.

0.305 dim. x 2.13

133581305415644231106

0.50 dim. x 5.0

6582856432667712151143425

0.65 dim. X 6.5

12635461232511147841221901003

0.80 dim. X 8.0

21309212077861249169636931694

1.00 dim x 10.0

37191607362815044352121664512958

Fuente: De Cannon, M.W., Food Technol. New Zealand, 13(9), 28, 1978. Con permiso.

A pesar que el CFBD puede alcanzar cualquier nivel de secado para un producto, ste es considerado ms adecuado para una rpida remocin de humedad (30-50% de reduccin de peso en aproximadamente 5 minutos de exposicin) durante etapas tempranas del secado de vegetales como un pre-secador, para luego continuar el proceso con un secador convencional de bandeja o de banda para etapas posteriores de evaporacin en los que la tasa de remocin de humedad es regida por la difusin y en que la alta velocidad deja de ser ventajosa. Si se incorpora corriente arriba de una lnea de deshidratacin existente, ste incrementa el rendimiento en general ahorrando espacio.Utilizando un lecho fluidizado giratorio con partculas como perlas de vidrio se demostr la factibilidad para secar materiales gruesos y pegajosos como papas cortadas en cubos y zanahorias. La construccin de un nuevo tipo de secador LF, conocido como el lecho fluidizado toroidal, fue reportado en el Reino Unido, podra ser til para un cierto nmero de procesos tales como coccin, expansin, tostado y secado. Una corriente de aire calentado a alta velocidad que entra por la base de la cmara de procesamiento a travs de cuchillas o persianas que proporcionan un movimiento rotatorio al aire cre un lecho de partculas rotatorio y compacto que vari en profundidad desde unos pocos milmetros hasta unos 50 mm. Se pudieron lograr altas tasas de transferencia de masa y calor, resultando en un secado rpido. Este secador podra ser utilizado para un amplio rango de tamaos de partcula y formas de materiales como arvejas, frejoles, papas cortadas en cubos y zanahorias, pudiendo ser operada en batch o de manera continua.25.4.5 Secado por ExplosinLa tcnica de secado por explosin fue desarrollada inicialmente para llevar a cabo la deshidratacin de piezas de frutas y verduras relativamente grandes y que pudieran reconstituirse de manera rpida; y que el sistema pudiera ser operable a un costo comparable al del secado convencional por aire caliente. Este mtodo, adecuadamente descrito y extensamente revisado en varios artculos (23, 33), consisti en una deshidratacin inicial parcial de piezas de frutas y verduras, luego de una imparticin de una estructura porosa mediante explosin-soplido y el subsecuente secado hasta un bajo contenido de humedad. El secado inicial fue requerido para reducir el contenido de humedad hasta un nivel de tal forma que evite la desintegracin que pudiera ocurrir durante la explosin. Puesto que la uniformidad fue esencial para alcanzar resultados ptimos, una etapa de equilibramiento fue necesaria luego del secado parcial. Como un paso operacional integrado en la deshidratacin con aire caliente a contenidos de humedad de 15-35%, la explosin cre porosidad en las piezas de alimentos y aceler el secado con aire caliente, modificando o eliminando el secado controlado por la difusin como el paso limitante. El problema del endurecimiento de la cubierta fue minimizado de tal forma que los procesadores pudieran secar grandes piezas de manera econmica en menores tiempos, disminuyendo el potencial de pardeamiento. As mismo, se report un incremento general del volumen recuperado en la rehidratacin comparado con el secado con aire caliente. Modelos en batch de rendimientos de 180 Kg/h de papas y zanahorias cortadas en cubos de 1 cm de lado fueron diseados y probados.La pistola utiliza en el modelo de explosin batch fue esencialmente una cmara de presin rotatoria cilndrica a la que se le coloc una tapa de liberacin rpida, y fue calentada de manera externa. La velocidad de rotacin de la pistola fue fijada para obtener una accin de volteo ptima de la carga. Esta velocidad (33 rpm) fue aproximadamente 40% de la velocidad crtica, esto es, la velocidad a la cual las fuerzas centrfuga y gravitacional son iguales y no existe ningn tipo de volteos. En la pistola, las piezas fueron expuestas a vapor de 10-70 psig de tal forma que stas fueron rpidamente calentadas y el agua remanente fue sper-calentado en relacin a la presin atmosfrica. Cuando las piezas fueron descargadas bruscamente a la atmsfera, la rpida cada de presin caus que una parte del agua dentro de las piezas se transformara en vapor. La salida del vapor de las piezas form canales y fisuras, otorgando entonces la estructura porosa de las piezas. Algunos productos que fueron deshidratados exitosamente con este mtodo incluyen papas, zanahorias, remolachas, coles, camotes, manzanas y arndanos.Un sistema continuo de explosin (CEPS) con una capacidad de 680 Kg/h fue designado para separar las funciones de calentado y soplido, probando ser exitoso. Las 3 piezas que fueron nicas de ste sistema fueron la cmara de alimentacin, la cmara de calentamiento y la cmara de descarga (Figura 25.5). El uso de CEPS result en un mejor proceso de control, mejoramiento en la calidad del producto y reduccin de costos laborales.

Figura 25.5. Diagrama esquemtico identificando los mayores componentes de los sistemas de explosin-soplido continuos. (De Heiland, W.K., Sullivan, J.F., Konstance, R.P., Craig, J.C., Jr., Cording, J., Jr., y Aceto, N.C., Food Technol., 31(11), 32, 1977. Con permiso.)

Una vez que la tasa de alimentacin del sistema, el contenido de humedad del material, presin interna, temperatura interna y la tasa de descarga han llegado a un estado estacionario, el sistema oper con cuidado mnimo y requiri solo de ajustes operacionales ocasionales.La evaluacin de energa basada en el consumo de vapor mostr 44% de reduccin de consumo cuando un CEPS fue usado para deshidratar piezas de manzana comparado con una deshidratacin convencional; esto se atribuye al tiempo ahorrado para secar desde 20% hasta menos del 3% de humead. El costo del proceso con EPS report ser similar al costo del secado convencional con aire caliente. La Tabla 25.6 muestra las condiciones de procesamiento (batch comparado con continuo) para algunas frutas y verduras.

Tabla 25.6. Condiciones del Proceso de Secado por Explosin-Soplido (Batch y Continuo) para Algunos Vegetales y FrutasProductoHumedad del Soplido (%)Presin de Vapor (kPa)Temp. (C)Tiempo de Retencin (s)Tiempo de Rehidratacin (min)

Papas25414176605

Zanahorias25275149495

Batatas252411607510

Remolachas20-262761631205

Pimientos19207149452

Cebollas15414154305

Apio25275149395

Colinabos25241160606

Setas20193121395

Manzanas15117121355

Arndanos18138204394

Arndano agrio17-26138163643

Fresas2589177-3

Pias1883166601

Peras18228154605

Fuente: De Kozempel, M.F., Sullivan, J.F., Craig, J.C., Jr., y Konstance, R.P., J. Food Sci., 54(3), 772, 1989. Con permiso.

25.4.6 Secado en EspumaEl proceso de secado en espuma est limitado a ciertos productos, como polvos de frutas, para la preparacin de bebidas instantneas. Tcnicas como el secado por expansin, secado en espuma, deshidratacin de micro-hojuelas, y secado por aspersin en espuma han sido descritas previamente en este libro. Dentro de ellos, la tcnica de secado en espuma ha recibido considerable atencin. El secado en espuma, originalmente desarrollado por Morgan, involucra el secado de finas capas de espuma estabilizada a partir de alimentos lquido concentrados en aire calentado a presin atmosfrica. La espuma es preparada mediante la adicin de un estabilizador y un gas al alimento lquido en una mezcladora continua. Puede ser secado en una banda continua de bandejas. Polvos de buena calidad con capacidad de una rehidratacin instantnea fueron hechos experimentalmente a partir de tomates, naranjas, uvas, manzanas y pias.La formacin de espuma es el primer requerimiento de este proceso. Las dos caractersticas son requeridas para la estabilidad de la espuma son la consistencia y la capacidad de formacin de pelculas. Los componentes con capacidad de formacin de pelculas utilizados en el secado de frutas y verduras son el gliceril monoestereato, protena de soya solubilizada y propilen glicol monoestereato. El tiempo y temperatura de secado dependen del producto a secar; muchas frutas y verduras requieren aproximadamente 15 minutos a 160F para secar 2% de su humedad. La velocidad del aire y humedad no tienen efectos apreciables en el tiempo requerido.El secado en espuma tiene dos ventajas definidas. Primero, el uso de espuma incrementa grandemente la remocin de humedad y permite el secado a condiciones atmosfricas en el vapor de aire caliente en un corto periodo de tiempo. Segundo, aunque el proceso pueda ser exigente en cuanto a temperaturas de secado, ste puede ser transferido a una zona de enfriamiento y as ser enfriado antes de ser raspado de la superficie.25.4.7 Secado por MicroondasEn el secado con microondas, el calor es generado dentro del material alimentario mediante la interaccin de sus constituyentes qumicos y la frecuencia de ondas de radio (915 y 2450 MHz). Este tipo de energa fue utilizado en la finalizacin del secado de hojuelas de papa. Mucho del trabajo sobre el secado de frutas y verduras utilizando energa microondas fue descrito por Decareau.Las ventajas de usar la energa microondas son la calidad penetrativa, lo cual afecta el calentamiento uniforme de los materiales en los cuales la radiacin incide; absorcin selectiva de la radiacin mediante el agua lquida; y la capacidad de un control facilitado de tal forma que el calentamiento puede ser rpido si se requiere.Este mtodo puede reducir el tiempo de secado, particularmente cuando el tamao de la pieza es tal que el mtodo convencional no es factible. Sin embargo, el alto costo por unidad de energa comparado con la energa convencional y el alto costo inicial del equipo limitan el uso de este tipo de secado.El secado al vaco en microondas de concentrados de naranjas, limn, toronjas, pias, fresas y otras frutas ha sido descrito (37). Una de las plantas de gran escala estaba en operacin, produciendo jugos de naranjas y toronjas mediante secado al vaco, utilizando una unidad de 48 kW, 2450 MHz que secaba un jugo concentrado de naranja de 63 Brix a 2% de su humedad en 40 minutos.Los distintos modos en el que los microondas son usados en la industria son como amplificadores (conexiones microondas) y secadores (secadores al vaco de microondas y atomizadores con microondas). El secado al vaco con microondas del arndano fue investigado utilizando un secador a escala de laboratorio operando tanto de manera continua como en pulsos. La aplicacin pulsada de energa microondas fue ms eficiente que la aplicacin continua de sta.El secado con microondas asistido con aire caliente de la manzana dorada delicia y de setas fue examinado utilizando un novedoso aplicador para reducir el efecto de los lmites del sobrecalentamiento. El secado con microondas redujo considerablemente el tiempo de secado de papa, produciendo adems un producto de mejor calidad. En otra investigacin, se encontr que el secado con microondas de una capa delgada de zanahoria result en una disminucin substancial del tiempo de secado y una mejor calidad del producto cuando el secado se realiz a bajos niveles de potencia.El secado con microondas fue combinado con la tcnica de lecho fluidizado con chorro (MWSB) para el secado de arndanos congelados. El secado MWSB fue caracterizado por una reduccin en el tiempo de secado y un mejoramiento en la calidad de producto comparado con las muestras secadas por congelamiento, bandejas y SB.25.4.8 Secado por SprayEl mtodo de secado por spray es el ms importante para el secado de productos de alimentos lquidos y ha objeto de bastante estudio experimental. El secado por spray, por definicin, es la transformacin de un alimento desde un estado fluido a una forma seca mediante su adicin en forma de spray a un medio caliente y seco. En general, esto involucra la atomizacin del lquido a una forma de spray (mediante un inyector) y el contacto entre el spray y el medio de secado (aire caliente), seguido de la separacin del polvo seco del medio de secado (mediante un separador cicln). Es aplicable a una amplia variedad de productos, no existe una sola forma, ni diseo estandarizado para un secador de spray que sea comn para todos. Cada producto es tratado individualmente y el secador es diseado para adecuarse a las especificaciones del producto. Los principios y las aplicaciones de esta tcnica estn bien descritas en la literatura (20-24, 26, 43).Las aplicaciones del secado por spray de productos de frutas y verduras son muy limitadas. Los jugos de fruta, pulpas y pastas pueden ser secadas por spray con aditivos. Se debe tomar especial cuidado en el diseo de la cmara de secado tambin debido a que durante las operaciones de post-secado, manejado y empaquetado los productos son higroscpicos y termoplsticos. Las frutas que han sido secadas en spray incluyen tomates, pltanos y, en una medida limitada, frutas ctricas, duraznos y albaricoques.La pulpa de tomate es el ejemplo tpico de un producto que es muy difcil de secar puesto que en su forma de polvo es pegajoso y presenta el problema de formar una pasta. Una planta de secado spray con capacidad de producir un producto de flujo libre cuya reconstitucin se compara favorablemente a la pasta de tomate ha sido diseada ofreciendo una cmara de secado a favor de la corriente con una pared enchaquetada para el enfriamiento del aire y una base cnica. La toma de aire refrigerante es controlada para permitir el mantenimiento detallado de la temperatura de la pared en un rango de 38-50C. La pasta es adicionada como spray en el aire de secado que entra a la cmara a una temperatura de 138-150C.Una amplia variedad de vegetales puede ser secada por spray seguido de un proceso de homogenizacin, y los polvos pueden ser utilizados al instante en frmulas de sopas secas. Por ahora, existe un limitado inters en el secado por spray de los vegetales, por lo que el proceso de secado no es distinto al de las frutas y equipos estndares pueden ser utilizados. Jayaraman y Das Gupta secaron por spray algunos jugos de frutas mezclados con leche entera o yogurt.El secado por spray de na mezcla de 8 jugos de verduras (tomate, pepino, perejil, lechuga, remolacha, espinaca, zanahoria y apio) utilizando 1% de maltodextrina fue descrito (45).25.4.9 Secado en TamborEl secado en tambor es una tcnica de secado importante y barata adecuada para un amplio rango de productos como lquidos, suspensiones y purs. El material a secar es colocado como una capa fina en la cara externa de un tambor hueco que gira lentamente (hecho de hierro o acero inoxidable) que es calentado internamente con vapor. Los principios y tipos de secadores en tambor han sido descritos por varios autores (20, 22, 24, 26, 27).El xito del secado en tambor depende de la aplicacin de una pelcula uniforme con un espesor mximo. La alta tasa de transferencia de calor es obtenida mediante el contacto directo con la superficie caliente y el equipo puede ser utilizado bajo condiciones atmosfricas o al vaco. Es principalmente utilizado para la manufacturacin de hojuelas de papa. Su utilidad para la deshidratacin de frutas (particularmente de frutas con alto contenido de azcar y bajo contenido de fibra) es limitada por la alta temperatura requerida. Las lminas finas de fruta bien seca son generalmente tan higroscpicas que ha sido necesaria el sobre-secado bajo severas condiciones de calentamiento para compensar el incremento de humedad posterior. La fruta fue, por lo general, daada por calor.Un secador de doble tambor a escala de planta piloto modificado para producir hojuelas de baja humedad de una amplia variedad de purs de frutas ha sido descrito (46). Los productos con un alto contenido relativo de fibra tales como manzanas, guabas, albaricoques, pltanos, papayas y arndanos pudieron ser secados exitosamente sin aditivos. Los purs con un bajo contenido de fibra, como las frambuesas, fresas y zarzamoras requirieron la adicin de fibra (metoxi-pectina hasta 1%) para ayudar en la formacin de la lmina en la rasqueta. La modificacin consisti en la incorporacin de rollos despegables de velocidad variable, aire fro direccionado al rea de la rasqueta y un sistema de ventilacin para remover el aire saturado del rea debajo de los tambores.Un proceso para la manufacturacin de hojuelas instantneas secadas en tambor a partir de pur de camote fue evaluado utilizando un modelo de laboratorio Buflovac de secador atmosfrico de doble tambor internamente calentado a 35 psig. Los tambores rotaban a 1.73 rpm con un espacio entre los tambores de 0.305 mm. Se encontr que el pre-tratamiento con -amilasa mejor las caractersticas del secado del pur.Un modelo matemtico fue predicho para el secado en tambor de pur de papas en base a los parmetros primarios del proceso como la velocidad del tambor, presin del vapor, nmero de rollos dispersores, temperaturas hmeda y seca de la bombilla, humedad del pur y dimensiones del tambor.25.4.10 LiofilizacinLa liofilizacin, que involucra 2 etapas: un proceso inicial de congelacin del agua de los alimentos seguido de la aplicacin de calor al producto de tal forma que el hielo pueda ser directamente sublimado a vapor, es un proceso comercialmente establecido. La sublimacin del hielo a vapor de agua slo puede ser alcanzado por debajo del punto triple de agua, esto es, 4.58 torr a una temperatura de aproximadamente 32F. Debido a que la remocin de la humedad no pasa por el estado lquido, la estructura del producto mantiene un estado ms aceptable. Adicionalmente, el secado se lleva a cabo sin la exposicin del producto a temperaturas altas.Las ventajas de la liofilizacin son: minimizacin del encogimiento; el movimiento de los slidos solubles en el alimento es minimizado; la estructura porosa del producto facilita la rehidratacin rpida; y la retencin de los componentes voltiles de sabor son altos. Se ha probado, entonces, que este mtodo es el superior para la deshidratacin de muchas frutas. La mayor limitante para su aplicacin comercial es el alto capital y costos de procesamiento y la necesidad de empaquetado especial para evitar la oxidacin y absorcin de humedad. Las aplicaciones industriales incluyen algunas frutas y verduras exticas, ingredientes de sopa, setas y jugo de naranja. Mucho del trabajo reciente ha sido dirigido hacia jugo de frutas y verduras liofilizadas, como es el caso de espinacas y zanahorias.Componentes esenciales de un liofilizador incluyen la cmara de vaco, condensador y bomba de vaco. As como con otras formas de secado, la liofilizacin representa una transferencia de calor acoplada con una transferencia de masa. Para el anlisis de esta operacin, Karel consider 3 casos que representan 3 tipos de posibilidades en la liofilizacin al vaco: a) la transferencia de calor y masa pasan a travs del mismo camino (capa seca) pero en direcciones opuestas; b) la transferencia de calor ocurre a travs de la capa congelada y la transferencia de masa a travs de la capa seca; y c) la generacin de calor ocurre en el hielo (mediante microondas) y la transferencia de masa pasa a travs de la capa seca. Los principios y aplicaciones de la liofilizacin son descritos en detalle en muchos libros y artculos (22-24, 27, 49).Otro aspecto que determina la estructura del material alimenticio, particularmente de jugos de frutas, durante la liofilizacin es el fenmeno de colapso. El congelamiento de material alimenticio causa que la solucin acuosa se separe en 2 fases: cristales de hielo y soluciones acuosas concentradas. Las propiedades de esta solucin acuosa concentrada dependen de la composicin, concentracin y temperatura. Si durante el secado la temperatura fue muy baja, la movilidad en la fase concentrada extremadamente viscosa es tan baja que no ocurren cambios estructurales durante el secado. Sin embargo, si la temperatura est por encima del nivel crtico (conocida como la temperatura de colapso), la movilidad de la fase de solucin concentrada puede ser tan alta que el flujo y la prdida de la estructura original pueden ocurrir. Esto es conocido como el fenmeno de colapso y fue investigado en detalle por diversos autores.La liofilizacin atmosfrica de varios alimentos, incluyendo setas y zanahorias, fue investigada en un lecho fluido de absorbente finamente dividido que combin absorcin con fluidizacin, logrando una mejora en la transferencia de calor y masa y menores tiempos de secado que el secado al vaco. Los productos pudieron ser secados de manera econmica utilizando equipos muy simples.Ben y Mellor (52) desarrollaron un proceso de liofilizacin con absorcin que dependi de la remocin del vapor de agua mediante un desecante en vez de emplear bobinas refrigerantes. El proceso consisti en una cmara en la que la presin de aire fue reducida, un soporte para colocar las muestras, y un contenedor perforado con desecante con requerimientos de regeneracin. El descongelamiento, secado de la cmara y pruebas previas al vaco no fueron requeridas debido a que el interior de la cmara se mantuvo seco.Una combinacin de procesos trmicos y de liofilizacin fue probada en manzana, papa y zanahoria, demostrando ser una tcnica prometedora en la produccin de frutas y verduras deshidratadas de alta calidad. Una tecnologa de secado combinada, inicialmente mediante deshidratacin osmtica, seguida de liofiliziacin para manzana y papa report la produccin de productos de alta calidad con reduccin en el tiempo de liofilizado.25.4.11 Deshidratacin OsmticaLa deshidratacin osmtica es un proceso de remocin de agua que consiste en colocar alimentos, tales como piezas de frutas o verduras, en soluciones hipertnicas. Como esta solucin tiene una presin osmtica mayor, y por ende, menor actividad de agua, una fuerza direccional para la remocin de agua surge entre el alimento y la solucin, mientras que la pared celular natural acta como una membrana semi-permeable. Debido a que la membrana es solo parcialmente selectiva, existe siempre n cierto grado de difusin del soluto dese la solucin hacia el alimento, y viceversa. La deshidratacin osmtica directa es por ello un proceso simultneo de difusin de solutos. Mediante smosis, hasta un 50% de reduccin de peso fresco del alimento puede ser logrado. Su aplicacin en frutas y, en menor medida, en vegetales ha recibido considerable atencin en los aos recientes como na tcnica de produccin de alimentos con contenido intermedio de humedad (IMF) y productos de anaquel estables (SSP) o como un proceso de pre-secado (pre-concentracin) para reducir el consumo de energa y de daos trmicos en otros procesos de secado tradicionales.Algunas de estas ventajas de la smosis directa en comparacin con otros procesos de secado incluyen la minimizacin del dao trmico al color y sabor, menos decoloracin de la fruta mediante el pardeamiento enzimtico oxidativo, mejor retencin de componentes de sabor y menor cantidad de energa consumida ya que el agua puede ser removida sin necesidad de un cambio de fase. Sin embargo, los productos no pueden ser secados en su totalidad solamente con este mtodo y algunas medidas para estabilizadlos son requeridas para extender sus vidas tiles.Muchos investigadores han estudiado los diferentes aspectos de la deshidratacin osmtica: los solutos a ser empleados, la influencia de procesos variables en el comportamiento de secado, la oportunidad de combinar la smosis con otras tcnicas de estabilizacin, y la calidad del producto final. Los agentes osmticos utilizados deben ser inocuos y tener un buen sabor y alta solubilidad, aparte de una baja actividad de agua. Azcar en diferentes concentraciones es ampliamente utilizado. La sal comn es un excelente agente osmtico para los vegetales.La cantidad y la tasa de agua que se remueve dependen de distintas variables y parmetros de procesamiento. En general, se ha demostrado que la prdida de peso en una fruta tratada por smosis es incrementada por el incremento de la concentracin de soluto en la solucin osmtica, el tiempo de inmersin, temperatura, relacin entre solucin y alimento, rea superficial especfica del alimento y, mediante el uso de vaco, el mezclado y la reconcentracin de modo continuo. As mismo, para obtener la misma reduccin de aw, hubo una tendencia de disminucin exponencial del tiempo mientras que la temperatura se incrementaba.Varios modelos fueron propuestos para demostrar el efecto de la concentracin de la solucin osmtica y la temperatura sobre la tasa de prdida de agua y ganancia del agente osmtico.Entonces, un modelo desarrollado para el clculo de datos de la transferencia de masa de manera osmtica para papa y actividad de agua en equilibrio en soluciones de sacarosa para el rango de concentracin de 10-70% y un rango de solucin/slidos de 1-10 mostr que, en el equilibrio, existe una igualdad en la actividad de agua y en la concentracin de slidos solubles en la papa y en la solucin osmtica. Una relacin lineal existe entre el contenido de slidos normalizado (NSC) y el log(1- aw) y est dada como:

Otro modelo desarrollado para difusin de soluto en la deshidratacin osmtica de manzana basada en la ganancia de slidos dividido entre el contenido de agua M como una funcin de la tasa constante K, tiempo (t), y una constante A fue dada como M = Kt + A. Una relacin fue establecida en la forma de K = T1.40C1.13, en donde la el parmetro de tasa K est relacionada a la temperatura T a diferentes concentraciones de sacarosa C. La energa de activacin promedio del proceso fue de 28.2 kJ/mol.Los efectos de la concentracin de la solucin, el tiempo de smosis y la temperatura de smosis fueron estudiados en la deshidratacin osmtica de pia en solucin de sacarosa. La difusin del soluto fue analizado mediante el modelo de Magee. El efecto de la concentracin de sacarosa C en el parmetro de tasa K fue dada mediante la ecuacin de regresin de la ley de potencia K = 4.15 x 10-4C1.51 a 20C.Una ecuacin emprica derivada en base a la deshidratacin osmtica de rebanadas de manzana pudo predecir la tasa de smosis F, esto es, el porcentaje de deshidratacin de rebanadas de cualquier tipo de fruta con un tamao especfico y tiempo T, dadas las condiciones de la concentracin de azcar (% B) y la temperatura, como se muestra a continuacin:

en donde F es la disminucin en masa % y fue vlida para B = 60-75%, t = 40-80C y T = 0.5-4.5 h.La smosis directa de distintos tipos de fruta a 70 Brix de azcar a presin atmosfrica y a baja presin (cerca de 70 mmHg) revel mayores tasas de secado con el ltimo. La adicin de una pequea cantidad de NaCl a diferentes soluciones osmticas fue la fuerza motriz del proceso de secado.Cubos de manzanas sometidos a una smosis HTST en azcar a 60-80C por 1-20 minutos demostraron que la smosis es altamente acelerada por altas temperaturas, mientras que la prdida de agua en las manzanas luego de 1-3 minutos de smosis HTST fue igual que eso debido a las 2 horas de tratamiento a temperatura ambiente y que la smosis HTST inactiv completamente las enzimas.La deshidratacin parcial de frutas y verduras mediante smosis utilizando varios agentes osmticos ha sido empleada antes del secado mediante otros mtodos convencionales, tales como el secado por conveccin de aire caliente, el secado de lecho fluidizado a altas temperaturas, el secado al vaco, liofilizacin y la deshidratacin por congelado como medidas para la reduccin del tiempo de procesamiento y para limitar el consumo energtico aparte de mejorar las caractersticas sensoriales.La deshidratacin osmtica ha sido utilizada para la produccin de frutas con un nivel intermedio de humedad estabilizadas solamente mediante el control de la aw con adicin de preservantes antifngicos, as como de SSP con alta estabilidad de aw mediante una combinacin de tcnicas de preservacin que involucran aw y el control de pH ms la pasteurizacin por calor, debido a la simplicidad de la operacin involucrada, a lo econmico y a los bajos aportes de energa requeridos.25.4.12 Secado mediante Bomba TrmicaPara mejorar la economa de calor y la eficiencia de un secador de aire caliente convencional, el uso de la tecnologa de bomba fue implementada para el desarrollo y diseo de un secador con bomba trmica. En su forma ms simple, el secador de bomba trmica hace pasar el aire secante sobre el evaporador del sistema de refrigeracin. Esto enfra el aire por debajo de su punto de roco, condensando el vapor de agua a partir de la corriente de aire. Este aire enfriado es luego hecho pasar sobre el condensador por sobre el sistema de refrigeracin para recalentar el aire a la temperatura de secado. La mayora de secadores de bomba trmica disponibles recirculan todo el aire, pero tambin existen los modelos no-recirculantes. Ambos tipos de secadores pueden ser altamente eficientes energticamente.Las 3 mayores ventajas de los secadores de bomba trmica son:1) El secado a bajas temperaturas puede mejorar la calidad.2) Mayores eficiencias de energa son alcanzados porque tanto el calor sensible y latente de evaporacin son requeridos.3) Las condiciones de secado y, por ello, la tasa de secado no es afectado por las condiciones de secado.En contra de estas ventajas, algunos factores limitan la aplicacin de este mtodo de secado. stos incluyen el uso de corriente elctrica que es generalmente ms costosa que otras formas de energa, mayor costo de capital y que la temperatura de secado mxima est limitada alrededor de 60 a 70C con los refrigerantes utilizados en la actualidad.Las temperaturas de secado tpicas en un secador de bomba trmica estn en el rango de 30 a 60C. Se espera que el secado mediante esta tcnica pueda mejorar la retencin de componentes de sabor voltiles, reducir la degradacin tanto del color como de vitaminas termolbiles.25.4.13 Secado Ultrasnico de LquidosEl uso de energa ultrasnica para remover agua a partir de soluciones diluidas de productos no grasos fue reportada (62). En este proceso, el lquido es atomizado a travs de un inyector inicialmente y luego, mediante cavitacin, utilizando energa ultrasnica. Una tcnica ultrasnica para el secado de verduras utilizando un generador de poder ultrasnico fue reportado (63). En esta tcnica, vibraciones ultrasnicas de alta calidad fueron utilizadas para investigar el secado de rodajas de zanahoria y el efecto de esta tcnica fue comparada con los del secado convencional y el secado con aire forzado asistido con radiacin ultrasnica transportada por el aire. Se logr una dramtica reduccin en el tiempo de secado, mantenindose la calidad.

25.5 CAMBIOS DE CALIDAD DURANTE EL SECADO Y ALMACENAMIENTO25.5.1 Prdida de Vitaminas (Vitaminas A y C)Las frutas y verduras son buenas fuentes de vitamina C (cido ascrbico) y de provitamina A (-caroteno), adems de proveer minerales. Es, entonces, bastante entendible que para determinar la eficacia de una tcnica de deshidratacin los cientficos deben investigar y comparar primeramente los efectos que tienen dichas tcnicas en estos nutrientes.El efecto de los tratamientos de pre-secado, secado y almacenamiento, y de la rehidratacin fueron estudiados para la retencin de caroteno en pimientos verdes y duraznos durante la deshidratacin casera. El caroteno fue totalmente retenido para el caso de los pimientos verdes. En el caso de los duraznos, 72.7% del caroteno fue retenido luego del tratamiento de pre-secado, lo cual se redujo hasta 37.3% luego de la deshidratacin. La retencin del cido ascrbico durante el tratamiento de pre-secado y la deshidratacin dependi de la naturaleza del alimento. Entonces, en el caso de los pimientos verdes, la mayora de prdidas ocurri en la etapa del almacenado, mientras que la deshidratacin fue la responsable de la mayor parte de las prdidas en las conservas de durazno.En general, con un secado rpido se retuvo una mayor cantidad de cido ascrbico que con un secado lento. Entonces, los contenidos de vitamina C en los tejidos vegetales son altamente reducidos durante el lento proceso de secado bajo el sol, mientras que la deshidratacin, especialmente el secado por spray y la liofilizacin, redujeron estas prdidas. El efecto del secado solar en el contenido de cido ascrbico de 10 verduras nigerianas mostr que hubo una prdida de 21-58% dependiendo de la naturaleza de los vegetales.Se deberan esperar mnimos cambios oxidativos en muestras liofilizadas ya que la liofilizacin es un proceso a bajas temperaturas operando en vaco. Un estudio (66) de los cambios en la calidad de zanahorias comprimidas preparadas con una combinacin de liofilizacin y secado con aire caliente mostr un valor de cido ascrbico en el rango de 15.97 mg/100g para las muestras secadas totalmente al aire hasta 33.39 mg/100g para la muestras secadas totalmente por liofilizacin (Tabla 25.7). En el caso de los carotenos, tambin la totalidad del tratamiento de secado con aire obtuvo el valor ms bajo (34.16 mg/100g) y las muestras secadas totalmente mediante liofilizacin tuvieron los valores ms altos (70.37 mg/100g) (Tabla 25.8)

Tabla 25.7. Efecto del Tratamiento de Secado sobre el cido Ascrbico y -Tocoferol de Zanahorias Deshidratadas (mg/100g Peso Seco como Base)aTratamiento (% de Humedad)cido Ascrbico-Tocoferol

Fresco85.283.41

Totalmente liofilizado33.39 a3.45 a

Totalmente secado al aire15.97 d0.04 f

Liofilizado (30%), plastificado en niebla (10%), secado al aire32.76 a2.98 b

Liofilizado (10%), secado al aire27.71 b1.42 c

Liofilizado (20%), secado al aire16.78 cd1.13 d

Liofilizado (30%), secado al aire16.38 cd1.10 d

Liofilizado (40%), secado al aire20.38 c0.96 d

Liofilizado (50%), secado al aire17.49 cd0.55 e

aLos promedios en las columnas seguido de las mismas letras no son significativamente diferentes a un nivel de 5% de acuerdo a la prueba de rango mltiple de Duncans.Fuente: De Shadle, E.R., Burns, E.E., y Talley, L.J., J. Food Sci., 48(1), 193, 1983. Con permiso.

Tabla 25.8. Efecto del Tratamiento de Secado sobre el Contenido de Caroteno en Zanahorias Deshidratadas (mg/100g de Peso Seco como Base)aTratamiento (% Humedad)-Caroteno-CarotenoTotal de Caroteno

Fresco14.452.0666.20

Totalmente liofilizado15.66 a54.71 a70.37 a

Totalmente secado al aire6.67 c27.50 f34.16 f

Liofilizado (30%), plastificado en niebla (10%), secado al aire10.61 d40.47 c51.08 c

Liofilizado (10%), secado al aire12.81 b49.40 b62.21 b

Liofilizado (20%), secado al aire11.73 c44.49 d56.22 d

Liofilizado (30%), secado al aire11.42 cd47.22 c58.68 c

Liofilizado (40%), secado al aire11.02 cd44.89 d55.91 d

Liofilizado (50%), secado al aire10.52 d40.23 c50.81 e

aLos promedios en las columnas seguido de las mismas letras no son significativamente diferentes a un nivel de 5% de acuerdo a la prueba de rango mltiple de Duncans.Fuente: De Shadle, E.R., Burns, E.E., y Talley, L.J., J. Food Sci., 48(1), 193, 1983. Con permiso.

El efecto del blanqueado, varios tipos de mtodos (solar, horno al vaco, horno de aire caliente) y la temperatura de secado (33-60C) sobre el contenido del cido ascrbico en la okra fue investigada (67). La solucin de blanqueado result con una ligera prdida de cido ascrbico pero llev a una mayor retencin durante la deshidratacin. La muestra deshidratada al vaco retuvo ms cido ascrbico en cada una de las temperaturas de secado en comparacin al horno de aire caliente. El secado con microondas al vaco de zanahoria fue comparada con el secado con aire y la liofilizacin en base al contenido de - y -caroteno y de vitamina C. Las prdidas totales de - y -caroteno durante el secado fue de 19.2% para las muestras secadas con aire y 3.2% para las muestras secadas con microondas al vaco. La prdida de contenido de vitamina C fue substancial debido al blanqueado. El efecto del blanqueado y de los mtodos de secado sobre la retencin de -caroteno y de cido ascrbico en 3 vegetales de hoja, por ejemplo, la col rizada, el amaranto y el fenogreco mostraron que el mtodo ms adecuado para el blanqueado fue el tratamiento trmico en agua a 95 3C seguido de una inmersin en metabisulfito de potasio y un secado a baja temperatura tanto para la retencin de cido ascrbico como de -caroteno. Las retenciones de cido ascrbico de -caroteno fueron reportadas como 15.0%, 49.7% para la col rizada; 40.5%, 98.5% para el amaranto, 54.6%, 91.5% para el fenogreco luego del blanqueamiento, y 7.5%, 39.7%; 30%, 48.5%; 49.7%, 85.1% respectivamente luego del secado a bajas temperaturas.En general, es difcil comparar las prdidas de vitaminas durante el secado debido a que la retencin depende de la naturaleza del alimento, los tratamientos de pre-secados a los que fue sometido (sulfitacin, blanqueamiento), y a las condiciones de secado (tcnicas, tiempo y temperatura).25.5.2 Prdida de Pigmentos Naturales (Carotenoides y Clorofilas)El color es un atributo de calidad importante en los alimentos para la mayora de consumidores. Es un parmetro de las buenas cualidades inherentes de un alimento y la asociacin del color con la aprobacin del alimento es universal. Dentro de los componentes de color naturales, los carotenoides y las clorofilas estn ampliamente distribuidos en frutas y verduras. La preservacin de estos pigmentos durante la deshidratacin es importante para hacer que los productos de frutas y verduras sean atractivos y aprobados. Ambos pigmentos son solubles en grasas, aunque estn ampliamente distribuidos en sistemas acuosos en los alimentos.Los carotenoides son susceptibles a cambios oxidativos durante la deshidratacin debido al alto grado de saturacin de su estructura qumica. El mayor grupo de carotenoides presentes en alimentos son los carotenos y los oxicarotenoides (xantfilas).La lixiviacin de slidos solubles durante el blanqueado ha tenido un efecto considerable en la estabilidad de los carotenoides de zanahorias durante el secado y el subsecuente almacenamiento. La destruccin de carotenoides increment con el incremento de la lixiviacin de slidos solubles. Investigaciones de los efectos de la actividad de agua, sal, metabisulfito de sodio y Embanox-6 sobe la estabilidad de los carotenoides en zanahorias deshidratadas mostraron que los pigmentos carotenoides fueron ms estables a 0.43w y la adicin de sal, metabisulfito y Embanox-6 ayud en la estabilizacin de carotenoides en zanahorias deshidratadas (Tabla 25.9).

Tabla 25.9. Efectos del NaCl, Na2S2O5, y Embanox-6 sobre el Total de Carotenoides, Valor TBA, y Pardeamiento no Enzimtico en Zanahorias Secadas con AirePeriodo de Almacenado (meses)ControlTratado con SalTratado conSal + MetabisulfitoTratado conSal + Metabisulfito. + Embanex-6

Carot. (g/g)TBANEBCarot. (g/g)TBANEBCarot. (g/g)TBANEBCarot. (g/g)TBANEB

011200.120.0811370.120.0611140.300.0511350.090.05

35050.920.146690.830.106910.640.088270.280.09

63161.380.214160.920.154490.780.186200.460.14

92221.500.283081.050.243530.920.224080.580.18

Valor TBA, mg de malonaldehdo por kg de sustancia; NEB, pardeamiento no enzimtico reportado como densidad ptica a 420 nm. Fuente: De Arya, S.S., Natesan, V., Parihar, D.B., y Vijayaraghavan, P.K. J. Food Technol., 14, 579, 1979. Con permiso.

Se descubri que el dixido de azufre tiene un pronunciado efecto protector sobre los carotenoides de zanahorias no blanqueadas durante la deshidratacin. Las zanahorias deshidratadas, sulfitadas y no blanqueadas contuvieron cerca de 2.9 veces ms carotenoides que las zanahorias no blanqueadas deshidratadas que no fueron sulfitadas (Tabla 25.10). El tratamiento con SO2 brind proteccin adicional a los carotenos de zanahorias blanqueadas durante la deshidratacin y la efectividad de este compuesto increment con el incremento en el contenido del mismo compuesto.

Tabla 25.10 Efecto de la Concentracin de SO2 en el Contenido de Carotenoides en Zanahoria Deshidratada de 5% de Contenido de Humedad Durante el Almacenado a 37CTiempo de Blanqueado (min)Contenido Inicial SO2 (g/g)Contenido de Carot. Post-Secado (g/g)Remanente de Carotenoides (%)

Tiempo de Almacenado (d)

60

120180300440

0046468.051.143.036.233.1

01723129687.576.569.462.655.5

12325136092.585.979.469.062.0

22330135088.779.571.161.755.0

50120277.562.556.150.248.2

51584129880.567.460.554.050.2

52357130887.076.168.658.552.0

59621138089.980.073.162.854.0

Fuente: De Baloch, A.K., Buckle, K.A., y Edwards, R.A., J. Sci. Food Agric., 40, 179, 1987. Con permiso.

La importancia de la clorofila en el procesamiento de alimentos est relacionada con el color verde de los vegetales. Muchos estudios han sido realizados sobre los cambios de la clorofila durante el procesamiento y almacenamiento, pero poco se sabe acerca del comportamiento del pigmento en sistemas de baja humedad como vegetales deshidratados. Generalmente, se encontr que la clorofila era bastante estable en sistemas con baja humedad. La degradacin de la clorofila dependi de la temperatura, pH, tiempo, accin enzimtica, oxgeno y luz. El mecanismo ms comn para la degradacin de la clorofila es su conversin a feofitina en la presencia de cido. Aunque la va de la reaccin degradativa es bien conocida, no existe un mtodo bien establecido para su estabilizacin.La actividad de agua ha demostrado tener una influencia definida en la tasa de degradacin de clorofila en el liofilizado de pur de espinaca blanqueada. A 37C y a una actividad de agua superior a 0.32, el mecanismo ms importante de degradacin de la clorofila fue su conversin a feofitina. A una actividad de agua inferior a 0.32, la tasa de formacin de feofitina en la espinaca fue baja. La tasa de transformacin de la clorofila-a fue 2.5 veces ms rpida que la clorofila-b. El estudio de la degradacin de la clorofila en funcin de la actividad de agua, pH y temperatura en el sistema de la espinaca durante el almacenamiento mostr que an en un estado deshidratado, la eliminacin del tomo de magnesio y la transformacin de la clorofila a feofitina fue muy sensible a los cambios de pH. Los efectos de la temperatura sobre la tasa de degradacin de la clorofila-a a una actividad de agua de 0.32 y pH 5.9 se muestran en la Figura 25.6.

Figura 25.6. Degradacin de clorofila-a en espinaca en funcin a la temperatura (aw = 0.32; pH = 5.9). (De Lajolo, F.M., y Marquez, U.M.L., J. Food Sci., 47, 1995, 1982. Con permiso.)

25.5.3 Pardeamiento y Rol del Dixido de AzufreUno de los obstculos con el que siempre se encuentran los tecnlogos de alimentos en la deshidratacin y el almacenamiento por largos periodos de tiempo de frutas y verduras secas es la decoloracin debido al pardeamiento. El pardeamiento de los alimentos puede ser de 2 tipos: el enzimtico y el no enzimtico. En el primero, la enzima polifenol oxidasa cataliza la oxidacin de mono- y orto-difenoles a la quinonas que se ciclan, sufren otras oxidaciones, y se condensan en la forma de pigmentos marrones (melaninas). En la deshidratacin de frutas y verduras, el blanqueado dstruye las enzimas causantes previniendo as el pardeamiento enzimtico subsecuente. El dixido de azufre y los sulfitos actan como inhibidores de la accin enzimtica durante las etapas de pre-blanqueado. La presencia de SO2 retarda el pardeamiento de las frutas y verduras deshidratadas, especialmente cuando la enzima no ha sido inactivada con calor (ejemplo: en productos liofilizados).NEB, tambin conocida como la reaccin de Maillard, describe un grupo diverso de reacciones entre grupos amino y grupos carbonilos activos, llevando eventualmente a la formacin de pigmentos insolubles, marrones y polimricos, conocidos colectivamente como pigmentos melanoidinos. Las reacciones bsicas que llevan al pardeamiento estn bien documentadas en la literatura. Estas reacciones son en algunos casos deseables, pero en la mayora de instancias son consideradas como no deseadas no slo debido a la formacin de un color y sabor no deseado, sino tambin debido a la prdida de valor nutricional a travs de las reacciones que involucran el grupo -amino de los residuos e lisina y otros grupos de protenas. Es un mecanismo de deterioracin importante en alimentos secos y es sensible al contenido de agua. Est influenciado por los distintos tipos de azcares y aminos reactivos, pH, temperatura y actividad de agua.La adicin de sulfitos durante la etapa de pre-secado es el nico medo efectivo disponible en la actualidad para el control del NEB en los productos deshidratados de frutas y verduras. El sulfito es considerado un aditivo inocuo para ser incorporado en los productos de frutas y verduras hasta ciertos lmites permisibles. Sin embargo, existen reportes recientes sobre la hipersensibilidad de algunos individuos frente a la ingesta de sulfitos. Numerosos intentos han sido realizados para encontrar un medio alternativo de prevencin de las reacciones de pardeamiento.Dentro de los distintos tratamientos estudiados, como la adicin de SO2m cistena, CaCl2m trealosa, cloruro de manganeso, pirofosfato disdico dihidrogenado, bolsa de eliminacin de oxgeno, y otros, los nicos en los que se mostr un retraso en la formacin de pigmentos no deseados en manzanas secas durante el almacenamiento fueron la bolsa de eliminacin de oxgeno y el dixido de azufre. Las manzanas almacenadas en paquetes de eliminacin de oxgeno se oscurecieron de manera ms lenta que aquellas bajo condiciones atmosfricas, exhibiendo un periodo inicial de induccin diferente (Figura 25.7).

Figura 25.7. Efecto del empaquetado con eliminador de oxgeno sobre el oscurecimiento de la manzana seca durante el almacenado a 30C (L* de 8 = cambios observables). (De Bolin, H.R., y Seteele, R.J., J. Food. Sci., 52(6), 1654, 1987. Con permiso.)

La efectividad del sulfito para controlar la familia de reacciones diversas, llevando al pardeamiento se debe probablemente al nmero de distintas reacciones que el sulfito puede intervenir, por ejemplo con azcares reductores, simples carbonilos, - y -dicarbonilos, -hidroxicarbonilos, -carbonilos insaturados y con las melanoidinas. Hasta ahora, en la prctica, no existe un sustituto para el SO2 como medio para controlar las NEB, aunque la disminucin del pH, deshidratacin a niveles muy bajos de actividad de agua, separacin de especies activas y la adicin de compuestos sulfhidrilos pueden tener aplicaciones limitadas.25.5.4 Degradacin Oxidativa y Prdida de SaborLa aceptacin de las frutas y verduras deshidratadas dependen altamente de sus atributos de sabor. La prdida de sabores deseables es una caracterstica limitante de la mayora de productos deshidratados. Los constituyentes naturales del sabor estn sujetos a mucha variacin y prdida durante las operaciones de pre-secado, secado y almacenamiento. Las condiciones generalmente responsables de la destruccin de los sabores naturales incluyen un manejo tosco, demora en el procesamiento, exposicin a la luz, altas temperaturas y ciertos qumicos. La retencin del sabor es especialmente importante en productos en lo que sus principales componentes de sabor son aceites voltiles, como en las cebollas. Las deficiencias del sabor en productos deshidratados fueron, sin embargo, no solo debido a prdidas voltiles. Las reacciones qumicas, especialmente las oxidativas y las NEB, contribuyen enormemente al deterioro del sabor.En general, los