REPORTE FINAL DEL Proyecto CGPI20070501 RESUMEN Se caracterizó y determinó la capacidad de enfriamiento un Intercambiador de

calor de superficie raspada piloto cuya área de transferencia de calor es de

0.0615 m2 y capacidad de carga de 0.000634 m3. Se utilizó puré de papaya

como modelo de estudio y etilen glicol como agente refrigerante. El trabajo se

llevó a cabo mediante un diseño experimental de 23 donde las variables a dos

niveles fueron la temperatura del intercambiador de calor, la velocidad de

alimentación del puré y la velocidad de rotación de los rapadores. Las variables

de respuesta fueron: la temperatura de salida del puré, la capacidad de

enfriamiento, el efecto sobre la vitamina C, la papaína Al mismo tiempo fueron

evaluadas la termoconductividad, la densidad la viscosidad ý la capacidad

calorífica de la papaya usadas para el cálculo del coeficiente convectivo interno

de transferencia de calor del equipo de acuerdo con la ecuación de Skelland.

Por otro lado los coeficientes internos experimentales también fueron

calculados. Los resultados obtenidos indican que la capacidad promedio de

enfriamiento del equipo fue de 792 kJ/s; la retención de vitamina C fue en

promedio de 94%.; la retención de papaína fue de 86%; los valores promedios

encontrados para la termoconductividad fue de 0.61w/m°C; para la densidad

fue de 1033 kg/m3 y capacidad calorífica de 3.8041KJ /Kg °C y la viscosidad de

8.238 Pa.s. Los coeficientes de transferencia teóricos fueron en promedio de

750 w/m2 °C y los coeficientes experimentales de 800 w/m2 °C. Los

coeficientes citados pueden variar en función de la velocidad de los raspadores

y la velocidad de alimentación.

1

INTRODUCCIÓN Alimentos como la margarina y concentrados de jugos, suelen enfriarse o

calentarse en un Intercambiador de Calor de Superficie Raspada (ICSR) donde

predomina el régimen laminar. La combinación de una convección natural y

forzada hace que la transferencia de calor con fluidos no newtonianos sea más

complicado (Awuah, 1993). La mezcla en un ICSR depende del flujo, y el

tiempo de residencia y la temperatura del material son función de la rotación de

los raspadores que se presenta en la pared sobre el volumen del fluido en el

espacio anular (Magnus, 1986; Lee, 1998; Flores, 2005). Hay pocos datos de

transferencia de calor sobre enfriado en el ICSR para fluidos no newtonianos

(Van Boxtel, et al, 1982). Se uso agua como refrigerante para tres alimentos

con un contenido de almidón entre 12 y 18%. Los coeficientes de transferencia

del lado del cilindro raspado varían de 500 a 3150 W/m2k. Hay ecuaciones para

evaluar el coeficiente de transferencia de calor del lado del material raspado

(hi), pero la mayoría se obtuvieron con agua u otro fluido newtoniano. Este

proyecto caracterizara y evaluará la capacidad de enfriar y congelar de un

ICSR piloto usando como material modelo puré de papaya para determinar el

coeficiente de transferencia de calor, calidad bioquímica y sensorial del

producto.

Objetivos Determinar la capacidad de enfriamiento del Intercambiador de Calor de

Superficie Raspada (ICSR) identificado como JERSA y su efecto sobre sus

propiedades termodinámicas, fisicoquímicas, bioquímicas y sensoriales del

puré de papaya variedad Maradol.

MATERIALES Y MÉTODOS Materia prima Papaya (Carica papaya L.), variedad Maradol roja, se adquirió en el mercado

local, se eligió conforme a su apariencia física; enteras, limpias, un color

uniforme anaranjado y en un estado de madurez total.

2

Equipo, instrumentos de medición, reactivos y material de laboratorio

• Intercambiador de Calor de Superficie Raspada (ICSR), modelo piloto,

diseñado y calculado en la DGIA-ENCB, y construido por la empresa

Jersa.

• Mezcladora Cutter marca Alexanderwerk.

• Reometro Haake-RT20

• Termoconductímetro Mod. KD2. Decagon Devices, Inc.

• Espectrofotómetro Color Mate HDS marca Milton Roy.

• Potenciómetro Termo Orion modelo 410

• Balanza analítica marca A&D modelo GR-120

• Reactivos grado analítico

• Material de vidrio de uso común de laboratorio

• Refractómetro

• Termopares de cobre-constantano calibre 24

• Etilenglicol.

Descripción del Intercambiador de Calor de Superficie Raspada. En la (Figura 1) se muestra el diagrama general del ICSR Jersa con el que se

realizó el trabajo. Tiene una capacidad para manejar hasta 20L/h, es de acero

inoxidable, con dimensiones 0.475m y 634cm3 de capacidad de carga, en

arreglo horizontal. La alimentación se hace a través de una tolva y una bomba

de desplazamiento positivo con un diámetro de entrada de 1.57cm y potencia

de 5Hp. El tablero permite el control de la velocidad de alimentación,

temperatura de calentamiento y velocidad de rotación de los raspadores.

Maneja un flujo contracorriente.

3

Figura 1. Intercambiador de calor de superficie raspada piloto.

Su rotor tiene un diámetro 2.57cm y consta de 1 raspador de teflón de

6.52X2.3cm. Como se muestra en la figura 2.

6.52 cm

2.3 cm

3.96 cm

4. 72 cm

RotorEspacio anular

Tornillo

2.57 cm

Pared del cuerpo

Figura 2. Detalles del intercambiador de calor de superficie raspada.

4

Diseño experimental Para llevar a cabo este trabajo fue necesario diseñar un modelo experimental

factorial 23 con dos niveles y tres factores: temperatura de enfriamiento, flujo

de alimentación y velocidad de rotación de los raspadores como se presenta en

el cuadro 1.

Cuadro (1). Diseño factorial 23 para determinar la capacidad de enfriamiento

VARIABLE NIVEL ALTO NIVEL BAJO PUNTO CENTRAL

Temperatura de enfriamiento

-6°C – 10°C -8°C.

Flujo de alimentación 1000mL/min 500mL/min 750mL/min

Velocidad de rotación de los raspadores

300 rpm

200 rpm

250 rpm.

Las variables respuesta fueron:

• Capacidad de enfriamiento del ICSR

• Efecto sobre la enzima papaína

• Efecto sobre el contenido de Vitamina C

El punto central se realizara por triplicado por lo que se realizaran 11 corridas,

realizándose de la siguiente forma (Cuadro 2).

Cuadro 2. Combinación y orden en el cual se realizaron las corridas en el

ICSR.

Temperatura de enfriamiento (ºC)

Flujo de alimentación (mL/min)

Velocidad de los raspadores (rpm) Corrida

-10 500 200 1 -6 500 200 2 -10 1000 200 3 -6 1000 200 4 -10 500 300 5 -6 500 300 6 -10 1000 300 7 -6 1000 300 8 -8 750 250 9 -8 750 250 10 -8 750 250 11

5

Valor nutricio de la papaya Después del agua, su principal componente son los hidratos de carbono, la

mayoría simples, aunque en pequeñas cantidades, por lo que su valor calórico

es bajo (www.fundacioneroski.es,2006). Por su sabor agradable la papaya es

uno de los frutos más apreciados en el mundo; además, de su valor nutritivo y

por contener papaína-proteolítica, una enzima similar a la pepsina humana que

desdobla las proteínas y favorece el proceso digestivo y que se encuentra en el

zumo o látex del fruto (ACERCA, 1999). Media papaya proporciona las

necesidades diarias de vitamina C de un adulto, al mismo tiempo que

pequeñas cantidades de calcio y hierro (SAGARPA, 2003). En el Cuadro 3 se

presenta el valor nutricio de la papaya.

Cuadro. 3. Valor nutricio de papaya para 100 gramos de sustancia comestible.

Energía (kcal). 43.178 Colesterol (mg). 0.00 Cobalamina

(µg). 0.00

Humedad (%). 88.80 Fósforo (mg). 8.00 Ac. Ascórbico (mg). 62.00

Lípidos totales (g). 0.1 Potasio (mg). 194.00 Retinol (μg). 10.50

Lípidos Saturados (mg). 0.04 Zinc (mg). 0.05 Tiamina (mg). 0.03

Lípidos Monoinsaturados (mg).

0.2 Calcio (mg). 16.00 Riboflavina (mg). 0.03

Lípidos Poliinsaturados (mg).

0.01 Hierro (mg). 0.30 Niacina (mg). 0.30

Proteínas (g). 0.60 Magnesio (mg). 8.00 Piridoxina

(mg). 0.02

Carbohidratos (g). 9.80 Sodio (mg). 3.00 Ácido fólico

(μg). -

Fibra (g). 1.20 Pectina total (g)

Alimento crudo comestible (%) 20.51 68

Fuente: Muñoz de Chavez, 2002.

6

MÉTODOS Obtención del puré de papaya En la figura 3 se presenta la secuencia de trabajo seguida para la preparación,

obtención y estudio propuesto del puré de papaya.

Lavado

Pelado

Retiro de semillas y cubicado

Obtención de materia prima

(Papaya)

Actividades

realizadas de

manera manual.

Actividad realizada en la Cutter Molienda

Fisicoquímicas: (Densidad, pH, °Bx, Acidez, Viscosidad). Térmicas: (Calor especifico, Conductividad térmica). Bioquímicas: (Vitamina C, Papaína, Pectin-metil-esterasa).

Caracterización del puré

(Fisicoquímicas, Termodinámicas y

Bioquímicas)

Tratamiento en el (ICSR)

Evaluación de del puré

(Fisicoquímicas, Termodinámicas y

Bioquímicas)

Envasado Refrigerado

Figura (3). Elaboración del puré y desarrollo experimental.

7

Análisis de propiedades fisicoquímicas Determinación de pH. (AOAC, 1975). La determinación de pH se realizo antes y después del tratamiento en el puré

de papaya. Se realizo en el potenciómetro con las soluciones reguladoras de

pH 4 y 7 para calibrarlo; se sumerge el electrodo en la muestra de manera que

lo cubra perfectamente a una temperatura de 20°C + 0.5°C, se lee el valor de

pH directamente en la escala del potenciómetro.

Determinación de grados Brix. (NMX-F-103-1965). La determinación de °Bx se realizo en el puré de papaya antes y después del

tratamiento, realizándose la calibración del refractómetro colocando unas gotas

de agua a 20°C a través de los prismas, ajustar la escala del aparato, secar

con algodón. Después se colocan unas gotas de la muestra sobre el prisma,

cerrar y ajustar con la perilla hasta que el campo visual se divida en dos partes,

una luminosa y otra oscura. La línea divisora entre esas dos partes, se le

conoce como línea margen y se lee directamente el por ciento de sólidos en la

escala Brix.

Determinación de acidez. (AOAC, 1975). Se pesaron 20g de muestra y se mezclaron en 100ml de agua, se filtro el

extracto y se tomaron 20ml. Estos son depositados en un matraz Erlenmeyer y

se adicionaron 3 gotas de fenolftaleína después se realizo la titilación con

NaOH 0.1N. Los cálculos se realizaron con la siguiente ecuación:

% ácido= (ml NaOH gastados) (N NaOH) (Meq. del acido) (volumen)* 100

(Alícuota) (Peso de la muestra)

Donde: ml= mililitros gastados en la titulación

N= Normalidad del NaOH empleado (0.1N)

Meq. del ácido= Mili equivalentes del acido presente en mayor proporción

0.134.

8

Determinación de densidad aparente. La densidad aparente del puré de papaya se obtuvo en base a la siguiente

relación peso/peso.

Se peso un matraz afogarado de 100mL, posteriormente se adiciono el puré de

papaya y se peso. Al peso de matraz aforado con el puré se le resto el peso del

matraz. El resultado se tomo como densidad del puré.

Determinación de Viscosidad Aparente (Reómetro- Haake RT20) La medición de la viscosidad de un alimento con propiedades de dispersión se

lleva acabo según sea su comportamiento reológico. Los sistemas newtonianos

pueden ser evaluados con viscosímetros de flujo capilar (vg. el de Ostwald) o

de tiempo de vaciado (vg.el de Saybolt o la copa Ford). Por su parte, los no

newtonianos, como los dilatantes y los pseudoplásticos, se estudian con

viscosímetros rotatorios en los que un cilindro gira dentro del recipiente que

contiene la dispersión y se mide el torque que depende directamente de la

viscosidad.

Se toman 100mL de muestra, y se coloca en el vaso de muestra. Se ajusta el

cilindro Concéntrico (z40) a las mismas rpm que se utilizó en los raspadores

del ICSR. Se ajusta a la temperatura de la muestra y se hace girar el cilindro

durante 300seg. Se grafica para obtener la velocidad de deformación.

Determinación de las propiedades térmicas Capacidad Calorífica (Siebel, 1982). La capacidad calorífica se determinó mediante la siguiente formula:

Cp = 0.837 + 3.49w

donde, w es el porcentaje de humedad del alimento.

Conductividad térmica. (Conductímetro KD2). Este parámetro se midió en un conductímetro, el cual consiste en una lectura

portátil y un sensor de aguja que puede ser insertado en el medio que se

desea medir. Se toman 148g de muestra se introduce el sensor de aguja de

60mm de largo por 1.28mm de diámetro se estabiliza la temperatura de la

muestra el tiempo de lectura es en 30seg.

9

Determinación del coeficiente interno de transferencia de calor. Skelland y colaboradores (1977), propusieron la siguiente ecuación para

predecir el coeficiente interno de transferencia de calor para el ICSR:

( ) ( )

osvisnolíquidosparaosvislíquidospara

nDDDNDD

kc

khD

BSSp

cos70.0039.0cos96.0014.0

53.055.062.00.1

====

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

βαβα

νμνρμ

αβ

Donde

D = diámetro interno del recipiente en m,

DS = diámetro del eje giratorio en m, ν = velocidad axial de flujo del fluido en m/s,

N velocidad de rotación de los raspadores rev/s,

= número de raspadores. Bn

μ = viscosidad del fluido, Pa.s

ρ = densidad del fluido, kg/m3

Cp = Capacidad calorífica del fluido, J / kg °C

k = conductividad térmica del fluido

h = coeficiente de transferencia de calor. w/m2 °C

Los datos cubren un intervalo de velocidades de flujo axial de 0.076 a 0.38

m/min y velocidades de rotación entre 100 y 750 rpm.

La determinación del coeficiente experimental de transferencia de calor h en la

pared interna del intercambiador de calor se llevó a cabo de la siguiente

manera:

10

A. Cálculo de la temperatura promedio de la pared interna y del producto

según fórmulas:

2

ln22

1

2121

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛+

++

=TTTTtt

tw 1

2

1

21

lnTTTTTm

+= 2

Donde

t1, t2 = Temperatura °C del medio refrigerante a la entrada y salida

respectivamente.

T1, T2 = Temperatura °C del puré de papaya a la entrada y salida del

intercambiador de calor.

tw = Temperatura media °C de la pared interna del cuerpo del ICSR

Tm = Temperatura media del producto en el intercambiador de calor

B. Para determinar los coeficientes se usaron primero las ecuación 3 y 4

Q = ρ VCp (T1 – T2) 3

h = Q / A (Tm – tw) 4

Donde

Q = calor cedido por el producto a su paso por el intercambiador de calor en J

/s

ρ = densidad del producto en kg/m3,

V = flujo volumétrico m3 /s

Cp = capacidad calorífica en J/ kg °C.

h = coeficiente de transferencia de calor en la pared interna del intercambiador

de calor w/m2 °C

11

A = área de transferencia de calor, m2

Determinaciones bioquímicas del puré de papaya Determinación de Vitamina C (Rangana, 1986) El método se basa en la medición de una solución de 2,6-diclorofenol-indofenol

en la medida en que es reducido por el ácido ascórbico, y el color es medido.

Para la curva estándar se toman alícuotas de 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0 mL de la

solución de ácido ascórbico (1mL = 0.1mg de ácido ascórbico) y se llevan a

1mL con HPO3 al 3%. Se añade 1mL de regulador de acetatos (pH=4.0), 1.5mL

del colorante 2,6-diclorofenolindefenol y 7.5mL de xileno en sucesiones

rápidas. Los tubos se agitan vigorosamente por 10 segundos para extraer el

exceso de colorante. Se deja reposar unos segundos para permitir la

separación de fases; se eliminó la fase acuosa con una pipeta y se recupera en

otros tubos para ser leído. Se mide la absorbancia a 520nm y transmitancia

100%, en celdas de vidrio, usando xileno como blanco. Se traza absorbancia

contra concentración para obtener la curva estándar.

Se determinan los miligramos de ácido ascórbico total en la muestra utilizando

la siguiente fórmula:

5

gdemuestraaVascórbicomgdeÁc

gdemuestraotalascórbimgdeÁc

×××

=100.

100cot.

Dónde:

=V Volumen

=a Alícuota

Determinación de actividad de Papaína EC 3.4.22.2 (Método de Kunitz,

1947; modificado por Ortega y Del Castillo, 1966)

La reacción común catalizada por la enzima proteolítica es la hidrólisis de

enlaces peptídicos de una proteína. Un método ampliamente usado es el

cambio en la solubilidad de la proteína en al ácido tricloroacético (ATC) donde

esta sujeta a la acción de una enzima proteolítica. Como una enzima

proteolítica actúa sobre una proteína la cantidad del péptido soluble-ATC es

12

proporcional a la cantidad de enzima y acción del tiempo. La cantidad de

productos solubles-ATC formados pueden ser determinados midiendo la

absorbancia del líquido sobrenadante a 280nm.

Elaboración de la curva tipo:

Se preparó una solución a partir de tirosina con una concentración de

500μmoles/L. En la serie de tubos se adicionó 0.0, 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8,

2.1, 2.4, 2.7 y 3.0 ml de la solución de tirosina y se llevó a un volumen de 3.0

ml con regulador de fosfatos pH 7.6 0.05M - ATC 5%(2:3), para obtener

concentraciones de 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.35, 0.40, 0.45, 0.50

μmoles/ml, en seguida se leyó a 280nm, el cual se ajusta con el testigo que es

la mezcla de regulador de fosfatos pH 7.6 0.05M más ATC 5% (2:3). Se traza la

gráfica de concentración de tirosina contra las unidades de absorbancia.

Se utiliza como sustrato una solución de caseína 1% en regulador de fosfatos

pH 7.6 0.05M, para la determinación se utiliza 1.9ml de la solución con 0.1ml

de extracto, la temperatura de reacción es de 35ºC y el tiempo de reacción se

está determinando. La reacción se detiene con 3ml de ATC al 5% precipitando

las proteínas y desnaturalizando la enzima, quedando en solución aminoácidos

libres y péptidos.

Se procede a filtrar y la solución transparente se lee en el espectrofotómetro a

280nm. Al testigo se le adiciona primero el ATC 5% y en seguida el extracto, el

precipitado se filtra y el sobrenadante se lee a 280nm el cual se ajusta con un

blanco que consiste en una mezcla de regulador de fosfatos pH 7.6 0.05M más

ATC al 5%(2:3).Finalmente, los valores de absorbancia se calcula la media

aritmética y se interpolan en la curva tipo para obtener la cantidad de tirosina

liberada durante la hidrólisis.

13

Determinación de propiedades sensoriales Evaluación del color del producto (Guzmán, 1998; Palou et al., 1999; Abonyi

et al., 2001)

Determinar el color que presenta el puré, al momento del muestreo, el cual

debe ser característico del mismo, es decir, si presenta oscurecimiento,

decoloración (AOAC, 1995).

La determinación del color del producto se realiza usando un espectrofotómetro

ColorMate HDS, que mide el color de acuerdo al sistema CIELab. De la

muestra de puré tratado se toman 30g. El espectrofotómetro se calibra con una

pieza de cerámica blanca estándar (D65, 10° observador, X=81.88, Y=86.16,

b=88.29; SPIN). La determinación de color se realiza colocando la muestra

dentro de la celda de vidrio óptico de 5cmx5cmx1cm, procurando eliminar todas

las burbujas de aire que puedan quedar atrapadas. Las paredes de la celda se

limpian y la celda se coloca frente a la fuente de luz cubriéndola con una placa

metálica. Se procede a realizar 5 mediciones en diferentes lugares de la

muestra, obteniéndose el valor promedio a D65. La determinación del color de

las muestras tratadas se realiza comparando su color con el de un patrón, que

es la muestra de de puré tomada antes del tratamiento.

Finalmente, el color se expresa en los parámetros L*(luminosidad),

a*(saturación y definición del componente rojo-verde), b*(ángulo de tono y

definición del componente amarillo-azul), son usados para calcular los valores

ΔE* (cambios en el color) y con los valores X, Y, Z, que son arrojados por el

equipo. Se procede a calcular las coordenadas de cromaticidad “x, y” para cada

muestra con la finalidad de ubicar el color de la muestra en un diagrama de

cromaticidad y así facilitar la visualización del cambio e igualmente se calcula la

croma (C*). Los cálculos se realizan de acuerdo a lo siguiente:

222 *)(*)(*)( baLE Δ+Δ+Δ=Δ 6

22 *)(*)(* baC += 7

;ZYX

Xx++

= ZYX

Yy++

= 8

14

Evaluación del sabor del producto Deberá identificarse un sabor a la fruta correspondiente del producto y no debe

contener sabor extraño o desagradable (AOAC, 1995). Se realizó una prueba

de nivel de grado de satisfacción global del puré de papaya sin tratamiento y

después de enfriarlo en el ICSR con una escala hedónica de 7 puntos,

utilizando 80 jueces no entrenados (Poste, 1991). El cuestionario usado fue el

que se muestra a continuación en la Figura 4.

Producto: Puré Nombre: ___________________________________________Fecha: _______________ Pruebe las muestras de puré en el siguiente orden. Indique que tanto le agrada o le desagrada utilizando la frase apropiada.

232 583 158 __ me gusta demasiado __ me gusta demasiado __ me gusta demasiado __ me gusta mucho __ me gusta mucho __ me gusta mucho __ me gusta __ me gusta __ me gusta __ no me gusta ni me disgusta __ no me gusta ni me disgusta __ no me gusta ni me disgusta __ me disgusta __ me disgusta __ me disgusta Comentarios:_________________________________________________________

Figura 4. Cuestionario aplicado a los jueces para evaluar el sabor del puré.

Evaluación de la Curva de Distribución de Tiempos de Residencia de las partículas del puré a supaso por el intercambiador de clor. Se realizarán las curvas necesarias para el cálculo de la distribución de

tiempos de residencia, mediante el método de pulso en el que se inyecta una

cantidad de muestra a la cual se le adiciona como trazador NaCl.

Para realizar una inyección, el ICSR se llevará a condiciones de estado

estacionario, se inyectará el trazador en la corriente de alimentación, que serán

50g de puré mezclado con 15g de NaCl realizado este a tiempo cero con una

jeringa adaptada a la tubería de alimentación del intercambiador. Se tomarán

muestras a la salida del ICSR inmediatamente, cada 10 segundos en frascos

de vidrio de boca ancha (Flores, 2005).

A las muestras recolectadas se les determinará la conductividad y se convertirá

en concentración del trazador mediante una curva tipo que será elaborada con

la mezcla seleccionada adicionada de 0 a 0.05g de NaCl para determinar la

conductividad correspondiente. Posteriormente se procederá a la obtención de

15

las curvas de RTD como se menciona anteriormente.

RESULTADOS Y DISCUSIONES Corridas realizadas en el ICSR En el cuadro 4 se presentan los resultados obtenidos de las 11 corridas

realizadas por duplicado en el ICSR. Se puede apreciar que en la corrida 5 la

temperatura de salida fue de -2.2 por la mayor transferencia de calor debido al

aumento en la revoluciones del rotor comparado con la corrida 1 donde la

temperatura de salida fue de 1°C para menores revoluciones del rotor. Por otro

lado para un flujo mayor (1000mL/min), como la corrida 3 cuya temperatura de

salida fue de 9.4 a 200 rpm, en tanto que en la corrida 7 la temperatura de

salida del producto fue de 6.4°C a 300 rpm.

Cuadro 4. Corridas realizadas en el ICSR

Corrida T1 (°C) t1 (°C) F (mL/min)

VR (rpm) T2 (°C) t2 (°C)

1 20.9 - 10.0 500 200 1.0 - 9.3 2 20.4 - 6.0 500 200 4.0 - 5.8 3 19.0 - 10.0 1000 200 9.4 - 9.7 4 19.0 - 6.0 1000 200 8.0 - 5.8 5 22.0 - 10.0 500 300 - 2.2 - 9.8 6 21.4 - 6.0 500 300 4.1 - 5.7 7 21.7 - 10.0 1000 300 6.4 - 9.6 8 20.0 - 6.0 1000 300 7.0 - 5.7 9 21.7 - 8.0 750 250 5.0 - 7.7 10 14.9 - 8.0 750 250 3.2 - 7.6 11 18.5 - 8.0 750 250 4.5 - 7.7

Nota= T1= Temperatura de entrada del puré; t1= Temperatura de entrada del refrigerante; F= Flujo de alimentación; VR= Velocidad de rotación de los raspadores; T2= Temperatura de salida del puré; t2= Temperatura de salida del refrigerante. Cuadro 5. Resultados de pH, Acidez y °Brix de las corridas realizadas en el ICSR antes y después del tratamiento. Corrida pH AT pH DT (%) acido

málico AT (%) acido málico DT

ºBx AT ºBx DT

1 5.2 5.4 0.3685 0.3015 10 10

2 5.2 5.3 0.4020 0.3855 10 10 3 5.2 5.3 0.4020 0.3685 10 10 4 5.2 5.2 0.4020 0.3685 10 10 5 5.2 5.3 0.3015 0.2847 10 10 6 5.3 5.7 0.3350 0.3350 9.9 9.9 7 5.3 5.7 0.3015 0.3015 10 10 8 4.4 4.4 0.3685 0.3350 9.9 9.9 9 5.3 5.6 0.3015 0.3015 10 10 10 5.2 5.2 0.3685 0.3685 10 10

16

11 5.2 5.2 0.3685 0.3685 10 10 Nota: AT= Antes del tratamiento; DT= Después del tratamiento.

El cuadro 5 presenta una comparación de medias en el contenido de ácido

málico. En las muestras se observo que el contenido de este ácido antes y

después del tratamiento no es estadísticamente diferente. Es decir, el

contenido de ácido málico no cambia después del tratamiento. Respecto a los

grados Brix, el contenido de sólidos solubles antes y después del tratamiento

no son estadísticamente diferentes entre sí ya que no se presentaron cambios. En el caso de acidez titulable establece los niveles mínimos de acido que debe

poseer cada pulpa expresados en porcentaje. La acidez, indica el contenido de

ácidos en el fruto. A mayor madurez menor contenido de ácidos. Con esta

medida se puede deducir el grado de madurez de la fruta que se empleo o si la

pulpa ha sido diluida. Estas dos variables son muy utilizadas como ya se

menciono para determinar el estado de madurez en que se encuentra la pulpa,

es el valor que resulta de dividir los grados Brix por la acidez; se le conoce

como el Indice de Madurez (IM). Así para la papaya, con los datos obtenidos

saco una media obteniendo un Índice de madurez de 28.6. Este valor se hace

mayor cuando la fruta avanza en su proceso de maduración natural. Los

azúcares aumentan porque llegan de diversas partes de la planta a la fruta y

los ácidos disminuyen porque son gastados en la respiración de la planta, de

tal forma que ocurre el natural aumento de sus ºBx y disminución de su grado

de acidez. De acuerdo a la literatura consultada se reportan los siguientes

valores de acidez y ºBx, para la pulpa de papaya y otras frutas mas comunes.

Fruta % de acidez ºBrix

Banano 0,4 – 0,5 17,0 – 18,0

Durazno 0,3 – 0,4 11,0 – 12,0

Fresa 0,6 – 0,7 6,0 – 7,0

Papaya 0,3 – 0,4 9,0 – 10,0

Manzana 0,4 – 0,5 9,0 – 10,0

Fuente:(Calvo, 2002)

Como se observa los valores obtenidos de acidez y grados Bx, encontrados en

el puré de papaya se encuentran dentro de los valores reportados en la

bibliografía consultada.

17

Determinación de valores termodinámicos En el cuadro 6 están contenidos los valores promedios obtenidos para la

densidad, Viscosidad aparente, Calor específico y Conductividad térmica.

Cuadro 6. Valores de densidad, Viscosidad aparente, Calor específico y

Conductividad térmica en el puré de papaya.

Densidad Viscosidad aparente

Calor especifico Conductividad Térmica

1033Kg/m3 8.238 Pa.s 3804.1 J/KgºC 0.61J/smºC

Determinación del coeficiente interno de transferencia de calor.

Los valores termodinámicos obtenidos del puré de papaya se usaron para

calcular mediante la fórmula de Skelland, los coeficientes internos de

transferencia de calor para cada corrida. Los valores experimentales fueron

calculados de acuerdo con las ecuaciones (1), (2), (3) y (4). Los resultados

obtenidos de muestran en el cuadro 7.

Cuadro 7. Resultados de velocidad axial, h teórico y experimental, así como,

la capacidad de enfriamiento en el ICSR. Corridas Velocidad axial

m/s W/m 2ºC Teórico

W/m2ºC Experim.

Capacidad. de enfriamiento J/s

1 0.0066 548,01 1257.37 651,66 2 0.0066 548,01 836.60 537,05 3 0.0132 713,14 407.26 720,433 4 0.0132 713,14 631.26 628,741 5 0.0066 704,63 1301.6 648.389 6 0.0066 704,63 865.68 566,522 7 0.0132 916,97 993.10 1002,057 8 0.0132 916,97 877.09 851,420 9 0.0099 734,15 1024.47 819.517 10 0.0099 734,15 955.17 574.152 11 0.0099 734,15 927.21 687.020

Como se puede observar en el cuadro 7 los resultados obtenidos el h de

acuerdo a la ecuación propuesta por Skelland y colaboradores (1977), se

18

presenta mayor transferencia de calor si las revoluciones de los raspadores es

mayor; ya que el fluido tiene más movimiento y los raspadores no permiten que

se adhiera el puré en la superficie del intercambiador, facilitando la

transferencia de calor al fluido. La capacidad de enfriamiento promedio podría

ser de alrededor de 800 joules por segundo como promedio, todo dependerá

de las condiciones de proceso como se puede apreciar en el mismo cuadro. Al

mismo tiempo fueron calculados los valores de capacidad de enfriamiento para

cada corrida mediante la ecuación (3).

Determinaciones bioquímicas del puré de papaya Vitamina C Para determinar la concentración de ácido ascórbico en una muestra se

construyó la siguiente curva tipo:

y = -0.004x + 0.7966R2 = 0.9972

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 20 40 60 80 100 120Ácido ascórb ico (mg)

A 5

20

nm

Figura 5. Curva tipo de Vitamina C A partir de la ecuación de la curva tipo se puede obtener la ecuación

9972.0;004.0

7966.0.. 2520 =

−−

= RA

ascmgac nm 10

que nos permite estimar la concentración de vitamina C de una muestra a

partir de la absorbancia de la misma.

19

Con respecto a los contenidos iniciales y finales de vitamina C en el puré de

papaya si hay diferencia después del tratamiento, obteniéndose un mayor

porcentaje de retención en las corridas que se trataron con temperaturas mas

altas de -6ºC y velocidad de los raspadores de 200rpm, seguidos por las

corridas que se trabajaron con temperatura del punto central de – 8ºC y

250rpm y por ultimo las que presentaron mayor perdida de vitamina C fueron

las corridas realizadas a la temperatura mas baja de –10ºC y 300rpm, como se

presenta en el Cuadro 8, así como, el porcentaje de retención Figura 6.

Cuadro 8. Resultados de Vitamina C del puré antes y después del tratamiento

en el ICSR y el porcentaje de retención.

Corrida Ac. Ascórbico (AT)mg/100g

Ac. Ascórbico (DT) mg/100g

Retención %

28.890 22.440 77.040 1 50.340 45.690 90.763 2 46.740 38.340 79.390 3 48.765 44.790 89.510 4 37.740 21.840 58.240 5 46.965 39.315 83.810 6 49.365 39.390 73.750 7 44.865 42.315 93.930 8 49.290 40.590 82.349 9 46.590 38.340 82.292 10 46.590 38.340 82.292 11

Nota: AT= Antes del tratamiento; DT= Después del tratamiento

77,04

90,7679,39

89,51

58,24

83,8173,75

93,9382,35 82,29 82,29

0

20

40

60

80

100

% d

e re

tenc

ión

de

vita

min

a C

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Corridas

Porcentaje de retención de vitamina C

20

Figura 6. Porcentaje de retención de vitamina C Para verificar si la concentración de vitamina C en una muestra es afectada al

pasarla en ICSR se realizó una comparación de medias de Tukey donde se

encontró que existe una diferencia estadística significativa en la concentración

de vitamina C antes y después del tratamiento en el puré de papaya con una

probabilidad de (Pr<0.05). Es decir, la concentración de Vitamina C inicial en la

muestra es estadísticamente diferente a la muestra después del tratamiento. Esta perdida se lleva acabo porque la vitamina C es muy sensible a las

reacciones de oxidación, destruyéndose con gran facilidad durante el

procesado de los alimentos en presencia de oxigeno, ya sean tratados

térmicamente o sometidos a un proceso de enfriamiento o congelación. La

pérdida de vitamina C es mayor cuando los alimentos son sometidos a un

tratamiento térmico a altas temperaturas. Cuando se ha llevado acabo la

degradación total de vitamina C se transforma en ácido furoico, en presencia

de oxigeno, a pH mayor que 4, y en presencia de luz y catalizadores como el

hierro o el cobre, se produce oxidación hasta ácido dehidroascórbico que

mantiene la vitamina C en un 80%, pero si se aplica calor produce el ácido 2,3-

dicetogulónico. A partir de aquí la reacción es espontánea, se producen

descarboxilaciones y deshidrataciones formándose finalmente el acido furoico.

Determinación de actividad de Papaína En la determinación de papaína la importancia en este caso no es inactivar a la

enzima si no conservarse en lo más posible ya que la papaína es la enzima

digestiva por excelencia, muy apreciada por sus atributos de recubrir la flora

intestinal y facilitar la digestión al romper las cadenas poéticas; además de ser

una de las enzimas más utilizadas en la industria alimenticia, farmacéutica,

cosmética y tener un uso comercial. Es importante mencionar que para encontrar la actividad de la enzima fue

necesario probarse anticipadamente diferentes tiempos de reacción en el cual

se logro observar una mayor actividad de la enzima a las 6 horas, y así poder

determinar la actividad de papaína en las muestras problemas.

Para evaluar la actividad proteolítica de la papaína, fue necesario realizar una

curva tipo de tirosina. De la cual se obtuvo una ecuación lineal para determinar

los moles de tirosina liberados en la actividad proteolítica de papaína en las

21

corridas realizadas en el ICSR del puré de papaya (Figura 7).

y = 1.0577x - 0.0117

R2 = 0.9991

-0.0100

0.0900

0.1900

0.2900

0.3900

0.4900

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

Tirosina (μmoles/mL)

A 2

80nm

Figura 7. Curva tipo de Tirosina.

A partir de la curva se puede obtener la ecuación:

9991.0,0577.1

0117.0sindet/ 2280 =

+= R

Aaliberadosiromlg nmμ 11

esta ecuación nos permite estimar los μg/mL de tirosina liberados de una

muestra a partir de la absorbancia de la misma. En el siguiente Cuadro (9) se

muestran los resultados obtenidos de papaína antes y después del tratamiento

realizadas en el ICSR, así como, su porcentaje de retención Figura 8.

Cuadro 9. Resultados de papaína antes y después del tratamiento en el ICSR.

Corrida Papaína (AT) μM de tirosina/ml

Papaína (DT) μM de tirosina/ml

Retención %

1 1,916 1,495 78,023 2 1,54 1,307 84,913 3 1,38 1,116 80,822 4 1,44 1,186 82,4 5 1,188 0,879 74,019 6 1,755 1,402 81,918 7 1,272 0,968 76,085 8 2,04 1,752 85,909 9 1,767 1,439 81,452 10 2,098 1,713 81,629

22

11 1,763 1,438 81,57 Nota: AT= Antes del tratamiento; DT= Después del tratamiento

78,023

84,913

80,82282,4

74,019

81,918

76,085

85,909

81,452 81,629 81,57

68707274767880828486

% d

e re

tenc

ión

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Corrrridas

Porcentaje de retención de Papaína

Figura 8. Porcentaje de retención de Papaína.

Con respecto a los resultados obtenidos de papaína antes y después del

tratamiento como se puede observar si existen perdidas significativas después

del tratamiento; presentados un menor porcentaje de retención las corridas (5,

7) que se trataron con la temperatura mas baja de -10ºC, 300rpm y con un flujo

de alimentación de 0,500mL/min y 1000mL/min, presentando un porcentaje de

retención de (74,019% y 76,085%) respectivamente; seguidas por las corridas

(9, 10 y 11) que es el punto central, las cuales fueron tratadas con -8.0ºC

temperatura del refrigerante, con un flujo de alimentación de 0,750mL/min y

con una velocidad de los raspadores de 250rpm, presentado un porcentaje de

retención de (81,452%, 81,629% y 81,570%) respectivamente. La corrida que

presentó un mayor porcentaje de retención de 85,909% fue la corrida 8 la cual

se trato con la temperatura más baja -6,0ºC, con un flujo de alimentación de

1000mL/min y velocidad de los raspadores de 300rpm.

Hay que tomar en cuanta que la papaya usada en este trabajo esta en su

estado de madurez total por ello presenta poca actividad de la enzima

(Hernández, 1974)

23

Determinación de propiedades sensoriales Evaluación del color del producto El color es el principal atributo de calidad que tiene el consumidor a la hora de

seleccionar los alimentos, es una prueba física mediante la cual se puede dar

una idea de cómo se vio afectado el puré con el tratamiento. El color en los

alimentos depende fundamentalmente de las transformaciones que tienen lugar

sobre los pigmentos propios o adicionados a los alimentos. Muchos de los

cambios de color que ocurren durante la elaboración de los alimentos son

característicos de los mismos; el sistema CIELAB, es el que más se aproxima a

la apreciación visual humana, y ha sido recomendado por diversas sociedades

científicas para su uso en las mediciones del color en los alimentos. Gilabert,

E.J. (1992).

Los resultados de color se presentan en el Cuadro 10 se menciona el ∆E

obtenido en cada caso, que como se menciono es la diferencia de color entre

las muestras y depende de L*, a* y b*.

Como se puede observar no hay diferencia significativa en las corridas antes y

después del tratamiento con respecto al estándar; sin embargo las corridas que

presentaron una mayor diferencia de color fueron las corridas 6 y 8 ya que

estas no se pudieron leer en el mismo día que se realizo la corrida por lo que

presentaron una mayor perdida de color con respecto al estándar. Así como,

también se observa como se menciono anteriormente que la curva empieza a

aumentar conforme se acerca al tono naranja-rojo que es el color

característico del puré de papaya.

24

Cuadro 10. Resultados de color antes y después del tratamiento. Corrida Ant. Trat Desp. Trat. Delta E

1 L* 37,51 38,17 0,66 a* 8,25 8,33 0,08 b* 8,98 9,01 0,03 2 L* 36,92 36,91 0,01 a* 8,87 8,49 0,38 b* 7,59 7,14 0,45 3 L* 37,68 37,97 0,29

a* 6,4 8,78 2,38

b* 7,68 8,91 1,23 4 L* 37,52 38,51 0,99

a* 8,59 8,08 0,51

b* 8,38 7,4 0,98 5 L* 36,48 38,08 1,6

a* 9,49 10,51 1,02

b* 7,93 9,03 1,1 6 L* 37,18 37,7 0,52

a* 7,35 9,42 2,07

b* 8,41 8,37 0,04 7 L* 37,51 36,95 0,56

a* 8,25 4,46 3,79

b* 8,98 7,95 1,03 8 L* 37,51 37,56 0,05 a* 8,25 8,31 0,06 b* 8,98 8,4 0,58 Punto Central L* 37,51 38,1 0,59 a* 8,25 9,9 1,65 b* 8,98 8,67 0,31

Evaluación del sabor del producto Para la prueba de evaluación sensorial, se realizó una prueba de nivel de grado

de satisfacción global del puré de papaya sin tratamiento y después de enfriarlo

en el ICSR con una escala hedónica de 5 puntos, utilizando 80 jueces no

entrenados (Poste, 1991). El cuestionario usado fue el que se muestra en la

Figura 8. Para realizar la prueba de evaluación sensorial se escogieron las

corridas 5, 6 y 11 en las cuales la variable que cambio es la temperatura del

refrigerante de -10ºC, -6.0ºC y -8.0ºC respectivamente, la variable que

permanecieron constantes fue la velocidad de los raspadores de 300rpm y el

nivel de flujo de alimentación fue de 500mL/min para las corridas (5, 6) y

750mL/min corrida 11 (punto central).A continuación se muestras las graficas

de los resultados obtenidos en cada una de las pruebas realizadas.

25

0

74

0 0 06

55

68

45

0

25

12

35

0 0 0 0 0 0 00

10

20

3040

50

6070

80

No.

de

pers

onas

me gustademasiado

me gustamucho

me gusta no me gusta nime disgusta

me disgusta

Creterios evaluados

Resultados de la Evaluación Sensorial del Purè de Papaya

Sin tratamiento Corrida 5 Corrida 6 Punto central

Figura 9. Resultados de Evaluación sensorial del puré de papaya. Los resultados obtenidos en las pruebas de evaluación sensorial se concluyo

que el puré que mas aceptación tuvo fue el que se obtuvo una temperatura

mas baja de -2.0ºC, ya que de 80 jueces 74 dijeron que les gustaba demasiado

obteniendo un porcentaje de aceptación del 92%; seguida por la corrida 11 en

la cual se obtuvo el puré a una temperatura de salida de 4.5ºC, obteniendo un

porcentaje de aceptación del 85%. En la corrida 5 se obtuvo un porcentaje de

retención del 69% y finalmente el puré que no fue enfriado en el ICSR obtuvo

un menor porcentaje de aceptación que las anteriores ya que solamente el 56%

dijeron que les gustaba y el 44% dijeron que les disgustaba.

Evaluación de la Distribución de Tiempos de Residencia Como parte final del estudio se procedió a determinar las Curvas de

Distribución de Tempos de Residencia; para esto se seleccionaron 3 corridas

para manejar los diferentes flujos del diseño experimental, las corridas

seleccionadas fueron la 5 (temperatura de enfriamiento de -10ºC, velocidad de

los raspadores de 300rpm y flujo de alimentación de 500mL/min), corrida 7

(temperatura de enfriamiento de -10ºC, velocidad de los raspadores de 300rpm

y flujo de alimentación de 1000mL/min) y el punto central (temperatura de

enfriamiento de -8ºC, velocidad de los raspadores de 250rpm y flujo de

alimentación de 750mL/min). De las cuales por el momento solamente se han

obtenido resultados de la corrida 5 y el punto central, la corrida 7 si se realizo

26

pero no se han podido obtener resultados debido a que es demasiado flujo el

que se maneja y las muestras que se tomaron no nos dieron los resultados

esperados, por lo que se seguirá trabajando al respecto.

Se realizó la medición de los tiempos de residencia promedio de las corridas

seleccionadas, inyectando al ICSR la mezcla de 50g de puré fresco con 15g de

cloruro de sodio, de la cual se tomaron 10mL para usarlos como trazador. Se

decidió inyectar esa cantidad de trazador basado en la bibliografía consultada,

en donde usan soluciones saturadas de cloruro de sodio (NaCl), para realizar el

pulso con un volumen de 5mL (Mabit et al., 2004) a 10mL (Ditchfiel et al. 2006)

de ésta solución a la entrada del ICSR.

Se realizaron las curvas tipo de concentración de NaCl en el puré

correspondientes para cada nivel de flujo de alimentación del ICSR (500, 750

mL/min) Figura 10. Se prepararon 11 muestras de 10g de puré con

concentraciones de 0 a 0.5g de NaCl y se midió su conductividad; todas las

mediciones de conductividad fueron realizadas a una temperatura de 23ºC.

Curva tipo de concentracion de NaCl

y = 0,008x - 0,0378R2 = 0,9982

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

4 6 8 10 12

Conductividad (mS)

Con

cent

raci

on d

e NaC

l (g

de

NaC

l/100

g de

pur

é)

Figura 10. Curva tipo de concentración de NaCl contra conductividad de la muestra para 10g de puré con NaCl de 0 a 0.5g, correspondiente a 750mL/min.

Para el flujo de 500mL/min, las muestras se comenzaron a tomar después de

dejar transcurrir 1min posteriores al pulso realizado. Posterior a esto, las

muestras subsecuentes fueron tomadas cada 10s, dando un total de 18

muestras a las cuales se les midió la conductividad para interpolar los

resultados en la curva tipo arrojando los datos que se muestran en la Figura 11.

27

Para el flujo de 750mL/min, se tomaron las muestras después de transcurrir

0.5min, y las muestras subsecuentes fueron tomadas cada 7s dando un total

de 18 muestras a las cuales se les midió la conductividad para interpolar los

resultados en la curva tipo arrojando los datos que se muestran en la Figura 12.

De acuerdo con Levenspiel (1997), los tiempos promedio de residencia (TPR)

teóricos se calculan considerando la siguiente relación:

TPR= Volumen de carga del ICSR 12 Flujo de alimentación F

Concentración - tiempo

00,0050,01

0,0150,02

0,0250,03

0,0350,04

0,0450,05

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

timepo (min)

Conc

entr

ació

n (N

aCl/1

0g

puré

)

Figura 11. Concentración contra tiempo de las muestras de la corrida 5(F=500mL/min, Vr=300rpm y Tºenfriamiento=-10ºC) tomadas a la salida del ICSR cada 10s después de 1min trascurridos posteriores al pulso de trazador.

28

Concentración - tiempo

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

0,04

0,045

0 0,5 1 1,5 2 2,5

tiempo (min)

Con

cent

raci

ón (N

aCl/1

0g p

uré)

3

Figura 12. Concentración contra tiempo de las muestras del punto central (F=750mL/min, Vr=250rpm y Tºenfriamiento=-8ºC) tomadas a la salida del ICSR cada 7s después de 0.5min trascurridos posteriores al pulso de trazador.

Concentración - Tiempo

00,0050,01

0,0150,02

0,0250,03

0,0350,04

0,0450,05

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

tiempo (min)

Con

cent

raci

ón (N

aCl/1

0g p

urè)

Figura 13. Concentración contra tiempo de las muestras de la corrida 7 (F=1000mL/min, Vr=300rpm y Tºenfriamiento=-10ºC) tomadas a la salida del ICSR cada 5s trascurridos posteriores al pulso del trazador.

Con los resultados de concentración se procedió al cálculo de los tiempos

promedio de residencia. El tiempo de residencia teórico para la mezcla fue de

1.27min, resultado que equivale al tiempo que permanecerían las partículas del

producto en el ICSR, si se tratara de un flujo tapón. Por ello, para conocer la

amplitud de la distribución dentro del ICSR.

29

Usando el método de trapecios se calculó el área bajo la curva de

concentración-tiempo, para normalizar la curva y así obtener la curva E,

dividiendo las concentraciones entre el área bajo la curva. Ya que si se

considera a C como la concentración a la salida del trazador (g/10g de puré),

entonces E= C/Q, donde Q es el área bajo la curva de concentración-tiempo,

es decir:

∫∞

=0

CdtQ , donde Q puede obtenerse gráficamente mediante integración por el

método de trapecios.

Donde el área bajo la curva es )2

...2

( 13210 n

ny

yyyyy

xA +++++Δ= − , siendo Δx

la diferencia de tiempo constante que existe entre las muestras tomadas y y0, y1, y2, y3…yn, el valor de las concentraciones de NaCl en cada una. Aplicando

la fórmula para el cálculo de de la Curva E, se obtuvieron las Figuras 14, 15

y16 respectivamente.

Curva E

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1

0 1 2 3 4 5

tiempo (min)

Edad

a la

sal

ida

E(t)

Figura 14. Curva E de la corrida 5(F=500mL/min, Vr=300rpm y

Tºenfriamiento=-10ºC)

30

Curva E

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

tiempo (min)

Edad

a la

sal

ida

E(t)

Figura 15. Curva E del punto central (F=750mL/min, Vr=250rpm y

Tºenfriamiento=-8ºC)

Curva E

0

0,2

0,4

0,60,8

1

1,2

1,4

1,6

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

tiempo (min)

Eda

d a

la s

alid

a E

(t)

Figura 16. Curva E de la corrida 7(F=1000mL/min, Vr=300rpm y

Tºenfriamiento=-10ºC)

Finalmente aplicando la fórmula para calcular tiempo medio de residencia (tm).

Se obtuvo como resultado Cuadro 10:

31

)2

...2

(

)2

...2

(

1210

12100

0

0

nn

nnn

m CCCC

CX

CtCCC

CtX

Cdt

tCdtt

+++++Δ

+++++Δ==

−

−

∞

∞

∫

∫ 13

De acuerdo con la Figura 16 y el Cuadro 11, se observa que existe una mayor

dispersión del trazador cuando la velocidad en los raspadores aumenta

(300rpm), es decir que la curva es más amplia, dando como resultado un ligero

aumento en el tiempo de residencia medio de las partículas del puré en el ICSR

a comparación del resultado con la velocidad de raspadores igual a 250rpm

donde el flujo es de 740ml/min tenido un tiempo medio de (1.299min) tiende a

acercarse aún más al flujo tapón de (0.845min).

Al respecto Abichandani y Sarma (1987) observaron que el flujo dentro del

ICSR se aproxima al flujo tampón con el incremento del número de raspadores,

la velocidad de los raspadores y la velocidad de flujo másico. Esto quiere decir

que disminuye el tiempo de residencia.

Finalmente, la amplitud de la distribución (σ2), se presenta en el (Cuadro, 11):

2

0

0

2

0

0

2

2

)(

m

m

tCdt

Cdtt

Cdt

Cdttt−=

−=

∫

∫

∫

∫∞

∞

∞

∞

σ 14

Cuadro 11. Condiciones de operación, tiempo teórico de residencia (TPR), tiempo medio de residencia experimental y amplitud de la dispersión.

Corrida T(ºC)

enfriamiento F

(mL/min)Vr

(rpm) TPR (min)

tm(min) experimental

σ2

(min2)

5 -10 500 300 1.268 2.325 0.217

7 -10 1000 300 0.634 0,974 0,111

Punto central

-8.0

750 250

0.108 1.299 0.845

32

CONCLUSIONES

Los valores de pH, acidez y grados Brix, no presentaron diferencia

significativa en las corridas realizadas antes y después de tratamiento.

Con respecto a los coeficientes de transferencia de calor calculados según

la ecuación de Skelland comparados con los valores experimentales se

puede decir que no difieren en gran medida entre ellos. Por lo que su

aplicación matemática empleando los valores termodinámicos calculados se

pueden obtener valores confiables para un producto en partícular con fines

de diseño. Los valores experimentales pueden diferir por que dependen de

las condiciones de trabajo.

La capacidad de enfriamiento promedio encontrado fue de 800 J/s.

Con respecto a vitamina C y papaína la corrida 8 fue la que presento un

mayor porcentaje de retención del (93.930% y 85.909%) respectivamente

siendo la corrida que se trato con la temperaturas más alta de -6.0ºC, flujo

de alimentación de 1000mL/min y velocidad de los raspadores de 300rpm.

El porcentaje de retención fue disminuyendo conforme se disminuía la

temperatura y el flujo de alimentación. Por lo que la temperatura si presenta

un efecto significativo sobre la degradación de vitamina C y la actividad de

papaína.

No se presentaron diferencias significativas con respecto al color antes y

después del tratamiento del puré en el ICSR, a excepción de las corridas 6

y 8 que no se analizaron el mismo día que se realizó el tratamiento, por lo

que si presentaron diferencia con respecto al estándar.

En cuanto a la evolución sensorial del puré, la corrida 5 presenta mas

aceptación de los jueces, ya que se obtuvo el puré con una temperatura

final de -2.0ºC que fue la temperatura mas baja que se logro alcanzar,

adquiriendo un sabor mas agradable.

33

Con respecto a las curvas DTR se tiene como conclusión que aumentando

PACTO. encontrados en este proyecto se pueden utilizar para fines de

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• sary?», (en

el flujo y la velocidad de los raspadores se tiene un menor tiempo de

residencia del puré en el ICSR, acercándose mas al flujo pistón.

IMLos valores

diseño y cálculo de proceso de intercambiadores de calor del tipo estudiado. La

ventaja encontrada es que todas las propiedades bioquímicas retienen su en

gran medida su valor biológico. Como beneficio educativo el intercambiador de

calor de superficie raspada puede ser de mucha utilidad para la enseñanza en

prácticas de Ingeniería Alimentaria tanto para calcular coeficientes de

transferencia como para procesar alimentos muy viscosos y evaluar los

cambios en sus propiedades bioquímicas, sensoriales y termodinámicas.

B

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