Evaluación y estandarización de las condiciones del ...bdigital.unal.edu.co/10795/1/01107497.2012.pdfEvaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación

Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate

Diana Catalina Moreno Guarín

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de ciencias, Posgrado en ciencia y tecnología de alimentos

Bogotá, Colombia

2012


Diana Catalina Moreno Guarín

Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título

de:

Magister en Ciencia y tecnología de alimentos

Director (a):

Ph. D. Amanda Consuelo Díaz Moreno

Línea de Investigación:

Aseguramiento de la Calidad y Desarrollo de nuevos alimentos de origen vegetal

Grupo de Investigación:

Aseguramiento de la calidad de alimentos y desarrollo de nuevos productos

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de ciencias, Posgrado en ciencia y tecnología de alimentos

Bogotá, Colombia

2012

A mi mami, su duro trabajo, apoyo y

paciencia incansable son fuente de

inspiración para mi vida y me han convertido

profesional y persona que soy actualmente.

Moni y Valeria son la fuente de la alegría, me

dan ejemplo de perseverancia y de lucha, son

una motivación para mejorar cada día un

poco más.

Andrés, su amor y apoyo en cada etapa de mi

carrera tanto académica como

sentimentalmente me han dado el valor para

enfrentar el mundo construyendo un futuro

juntos.

Principalmente en memoria de mi papi, cada

día te recuerdo con mucho amor, y espero te

sientas orgulloso de este nuevo paso.

Agradecimientos

Este trabajo se realizó en el marco del proyecto “Estrategias para selección de

indicadores tecnológicos en procesos de deshidratación de frutas y hortalizas utilizando

herramientas de automatización y control” de la Universidad Nacional del Colombia-

Sede Bogotá, gracias al apoyo de personas e instituciones a las cuales quiero expresar

mi agradecimiento:

A la doctora Amanda Consuelo Díaz Moreno, directora de esta tesis, por su apoyo y

orientación durante el desarrollo de la misma. Su experiencia y dedicación fueron

fundamentales para la realización de este trabajo.

A la Universidad nacional de Colombia, al Posgrado en Ciencia y tecnología de alimentos

y al Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación (Colciencias) de

Colombia, por el apoyo financiero, durante el desarrollo de la tesis.

Al Instituto de ciencia y tecnología de alimentos (ICTA) y todos sus funcionarios quienes

me colaboraron en la parte teórica y experimental del trabajo especialmente a Ivonne

González y Andrés Duran Jiménez quienes con su experiencia me colaboraron en el

desarrollo de varias actividades del proyecto.

Al laboratorio de Ingeniería química y a sus funcionarios quienes me prestaron sus

instalaciones y equipos para el progreso de varias pruebas experimentales

fundamentales para la tesis.

A todas las personas que hicieron parte del proyecto de investigación y a sus diferentes

grupos, ya que gracias al trabajo interdisciplinario, mi trabajo tuvo de diferentes puntos

de vista y se retroalimento mejorando constantemente.

Resumen y Abstract IX

Resumen

El tomate es una fruta altamente apreciada en el mundo por sus cualidades nutricionales

y por sus componentes bioactivos con beneficios para la salud, especialmente los

antioxidantes. Su alta actividad de agua promueve el crecimiento bacteriano

deteriorando el tomate en su estado fresco con gran facilidad, lo que implica acceder a

procesos de conservación que permitan extender su vida útil. Este trabajo hizo una

evaluación completa del proceso de secado para tomate (Lycopersicum esculentum)

variedad chonto. En primer lugar, se hizo un estudio de características fisicoquímicas y

sensoriales de tomates secos comerciales y una posterior comparación con el desarrollo

experimental, de esta manera definir las condiciones de calidad para el producto

deshidratado a desarrollar. Posteriormente se hizo un estudio del proceso de secado,

determinando las isotermas de sorción a diferentes temperaturas, dos ambientales (20 y

25 °C) y tres de proceso (50, 60 y 70°C), las curvas de secado a las temperaturas de

proceso y utilizando dos velocidades (3 y 4 m/s). Una vez se hizo el modelamiento de su

comportamiento, se determino que el modelo de GAB describe mejor el comportamiento

de sorción de la fruta. Para las curvas de secado, el modelo de Page se adapta de

manera más precisa a los datos experimentales. Adicionalmente se hallaron propiedades

propias para la descripción del proceso de secado como fueron el calor isostérico de

sorción y la difusividad efectiva. Finalmente a las temperaturas de proceso se les

hicieron las pruebas fisicoquímicas, estructurales y el contenido de antioxidantes para

evaluar los efectos de la temperatura sobre las propiedades del producto final.

Obteniendo como principal resultado que a una temperatura de 60ªC se conservan el

color y la actividad antioxidante, además se obtiene una textura crocante y el contenido

de carotenoides se ve favorecido.

Palabras clave: (Deshidratación, modelamiento, calidad, antioxidantes, tomate).

X Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación del

tomate

Abstract

The tomato is a fruit highly prized in the world for its nutritional and bioactive components

with health benefits, especially antioxidants. Its high water activity promotes bacterial

growth deteriorating in fresh tomato with ease, which means access to allowing

preservation processes extend its life. This paper made a thorough evaluation of the

drying process for tomato (Lycopersicum esculentum) cultivar chonto. First, there was

a study of physicochemical and sensory characteristics of commercial dried tomatoes and

a subsequent comparison with experimental sampe, thus defining the conditions for the

dehydrated product quality to develop. Subsequently, a study was made of the drying

process, determining sorption isotherms at different temperatures, two environmental

(20 and 25 ° C) and three of process (50, 60 and 70 ° C), drying curves temperatures and

process using two speeds (3 and 4 m / s). Once the modeling was their behavior, it was

determined that the GAB model best describes the sorption of the fruit. Drying curves was

described by the Page model more precisely to the experimental data. Additionally own

properties were found to describe the drying process as were the isosteric heat of

sorption and the effective diffusivity. Finally at processing temperatures were tested were

physicochemical antioxidants characteristics to evaluate the effects of temperature on the

final product properties. Obtaining as a main result of 60 º C temperature are maintained

the color and antioxidant activity, obtain a crispy texture and increased the carotenoid

content.

Keywords: (Drying, modeling, quality, antioxidants, tomato).

Contenido XI

Contenido

Pág.

Resumen ..............................................................................................................................IX

Lista de figuras ................................................................................................................ XIV

Lista de tablas ................................................................................................................... XV

Lista de Símbolos y abreviaturas .................................................................................. XVI

Introducción ......................................................................................................................... 1

1. Selección de parámetros de calidad fisicoquímica, microbiológica y sensorial

en tomate deshidratado comercial (Lycopersicum esculentum) .................................. 5

1.1 Introducción ......................................................................................................... 5

1.2 Materiales y métodos .......................................................................................... 7

1.2.1 Materia prima ............................................................................................ 7

1.2.2 Humedad .................................................................................................. 7

1.2.3 pH.............................................................................................................. 7

1.2.4 Actividad de agua ..................................................................................... 7

1.2.5 Color ......................................................................................................... 7

1.2.6 Textura ...................................................................................................... 8

1.2.7 Calidad Microbiológica ............................................................................. 8

1.2.8 Análisis sensorial ...................................................................................... 8

1.2.9 Análisis estadístico ................................................................................... 9

1.3 Resultados y discusión ........................................................................................ 9

1.3.1 Pruebas fisicoquímicas ............................................................................ 9

1.3.2 Color ....................................................................................................... 10

1.3.3 Textura .................................................................................................... 12

1.3.4 Calidad Microbiológica ........................................................................... 14

XII Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate (lycopersicum esculentum)

1.3.5 Análisis sensorial .................................................................................... 15

1.4 Conclusiones ..................................................................................................... 15

2. Isotermas de sorción y cinética del proceso de secado por aire caliente en

tomate chonto (Lycopersicum esculentum) ................................................................... 17

2.1 Introducción ....................................................................................................... 17

2.2 Materiales y métodos ........................................................................................ 19

2.2.1 Materia prima .......................................................................................... 19

2.2.2 Isotermas de sorción .............................................................................. 19

2.2.3 Modelamiento de las isotermas ............................................................. 20

2.2.4 Calor isostérico de sorción ..................................................................... 20

2.2.5 Proceso de secado ................................................................................. 21

2.2.6 Cinética de secado ................................................................................. 21

2.2.7 Calculo de la difusividad efectiva ........................................................... 22

2.2.8 Análisis estadísticos ............................................................................... 22

2.3 Resultados y discusión ...................................................................................... 23

2.3.1 Isotermas de sorción .............................................................................. 23

2.3.2 Cinética de secado ................................................................................. 27

2.3.3 Difusividad efectiva ................................................................................. 31

2.4 Conclusiones ..................................................................................................... 32

3. Efecto del proceso de secado por aire caliente en las características

fisicoquímicas, antioxidantes y microestructurales de tomate chonto

(Lycopersicum esculentum) ............................................................................................. 33

3.1 Introducción ....................................................................................................... 33

3.2 Materiales y métodos ........................................................................................ 35

3.2.1 Materia prima .......................................................................................... 35

3.2.2 Humedad ................................................................................................ 35

3.2.3 Actividad de agua ................................................................................... 35

3.2.4 Color ....................................................................................................... 35

3.2.5 Textura .................................................................................................... 36


3.2.7 Propiedades Antioxidantes ..................................................................... 36

3.2.8 Microscopia electrónica de barrido ........................................................ 38

3.2.9 Análisis estadísticos ............................................................................... 38

Contenido XIII

3.3 Resultados y discusión ...................................................................................... 38

3.3.1 Humedad y actividad de agua ................................................................ 39

3.3.2 Color ....................................................................................................... 39

3.3.3 Textura .................................................................................................... 40


3.3.5 Características antioxidantes ................................................................. 44

3.3.6 Microscopia electrónica de barrido ........................................................ 46

3.4 Conclusiones ..................................................................................................... 47

4. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................... 48

4.1 Conclusiones ..................................................................................................... 48

4.2 Recomendaciones ............................................................................................. 49

5. Resultados académicos ............................................................................................ 50

Bibliografía ......................................................................................................................... 53

Contenido XIV

Lista de figuras

Pág.

Figura 1-1 Análisis de componentes principales para propiedades texturales de muestras

comerciales de tomate deshidratado (Score plot) ............................................................. 12

Figura 1-2 Análisis de componentes principales para propiedades texturales de muestras

de tomate comercial (Loading plot) .................................................................................... 13

Figura 2-1 Isotermas de sorción de tomate a T ambiental ............................................... 23

Figura 2-2. Isotermas de sorción de tomate a T proceso ................................................. 24

Figura 2-3 Logaritmo natural de la humedad relativa en relación al inverso de la

temperatura en Kelvin a humedad constante. ................................................................... 26

Figura 2-4 Dependencia del calor de sorción de la humedad. ......................................... 27

Figura 2-5 Curvas de secado de tomate ........................................................................... 28

Figura 2-6 Velocidad de secado de tomate ....................................................................... 28

Figura 3-1 Análisis de componentes principales para las muestras de tomate secadas a

diferentes temperaturas (Score plot) .................................................................................. 42

Figura 3-2 Análisis de Componentes Principales PCA para las muestras de tomate

secadas a diferentes temperaturas (Loading plot) ............................................................. 42

Figura 3-3 Microfotografías de pulpa de tomate deshidratado a 50, 60 y 70°C ............... 46

Figura 3-4 Microfotografías de semilla de tomate deshidratada a 50, 60 y 70°C ............ 47

Contenido XV

Lista de tablas

Pág.

Tabla 1-1 Humedad, actividad de agua y pH en muestras comerciales de tomate

deshidratado ....................................................................................................................... 10

Tabla 1-2 Coordenadas de color, cromaticidad y tono en muestras de tomate

deshidratado comercial ....................................................................................................... 11

Tabla 1-3 Calidad microbiológica para muestras de tomate deshidratado comercial ...... 14

Tabla 2-1 Sales utilizadas en la obtención de la humedad en equilibrio .......................... 19

Tabla 2-2 Modelos para humedad de equilibrio ................................................................ 20

Tabla 2-3 Modelos para capa delgada .............................................................................. 21

Tabla 2-4 Parámetros ajustados a cada modelo ............................................................... 25

Tabla 2-5 Parámetros obtenidos para los modelos ........................................................... 30

Tabla 2-6 Coeficiente de difusividad del proceso .............................................................. 31

Tabla 3-1 Influencia de la temperatura de secado en la humedad y la actividad de agua

............................................................................................................................................. 39

Tabla 3-2 Influencia de la temperatura en las coordenadas de color ............................... 39

Tabla 3-3 Calidad microbiológica de tomate sometido a secado por aire caliente a

diferentes temperaturas. ..................................................................................................... 43

Tabla 3-4 Efecto de diferentes temperaturas de deshidratación sobre el contenido de

compuestos antioxidantes en tomate ................................................................................. 44

Contenido XVI

Lista de Símbolos y abreviaturas

Símbolos con letras latinas Símbolo Término Unidad SI Definición

a* Coordenada de color 1 Numeral 2.1.5

a,c Constantes para modelos de capa delgada 1 Tabla 1-2

aw Actividad de agua 1 Ecuación (7)

b* Coordenada de calor 1 Numeral 2.1.5

C Cromaticidad 1 Numeral 2.1.5

D Difusividad Numeral 2.2.7

H Angulo de tono 1 Numeral 2.1.5

HR Humedad relativa Paire/Paire sat Numeral 1.3.2

K Constante principal para modelos cinéticos

y de sorción

1 Tabla 1-2

L Espesor m Numeral 2.2.7

L* Claridad 1 Numeral 2.1.5

M Humedad en base seca g w/g ms Ecuacion (1)

MR Relación de humedad 1 Ecuaciòn (1)

Q Calor

R Constante de los gases

t Tiempo Min Tabla 1-2

T Temperatura °C/K

Contenido XVII

Subíndices Subíndice Término

bh Bulbo humedo

abs Absoluta

BH Base Humeda

bs Bulbo seco

BS Base seca

e Equilibrio

ef Efectiva

m Monocapa

o Inicial

st Isosterico de sorción

v Velocidad de secado

Superíndices Superíndice Término

N Exponente, potencia

Abreviaturas Abreviatura Término

CIE Comission Internacionale de l´Eclairage

Introducción

El tomate (Lycopersicum esculentum) es el cultivo de más amplia difusión en todo el

mundo [1]. La producción global de tomate alcanzó 108 millones de toneladas métricas

en el año 2005 [2]. El tomate se utiliza generalmente en estado fresco y en algunos

procesos como jugos, pures, salsas y enlatados [3]. Sin embargo, el tomate es altamente

perecedero en estado fresco conduciendo a pérdidas durante postcosecha. La

prevención de estas pérdidas es de gran interés, sobre todo cuando hay desequilibrio

entre la oferta y la demanda en algunas temporadas del año [4]. Colombia tiene una alta

producción de tomate, aproximadamente 500.000 toneladas anuales de las cuales tan

solo se exportan 199 toneladas [2], el resto se queda en el país para consumo interno. A

pesar de su alta producción, el alto porcentaje de pérdidas del tomate, hace que sea

necesario encontrar un método de conservación que guarde sus características

extendiendo su vida útil [5]. Un producto estable a través del tiempo y una reducción en

el volumen de los productos son las principales razones para que el secado sea un

proceso utilizado para la conservación de alimentos [6].

El objetivo fundamental del secado de alimentos es la extracción de agua a partir del

material sólido a determinado contenido de humedad, en la cual disminuya el deterioro

microbiano [7]. Los secadores más utilizados para la industria agroalimentaria son los

secadores de aire caliente, en los cuales el calor se trasmite por convección a través del

producto [8]. Se busca que el proceso sea energéticamente eficiente y que a la vez se

obtenga un producto con unas características de calidad alta, sin embargo en algunas

ocasiones las condiciones de proceso afectan la calidad del producto [9]. Aunque el

secado por aire caliente es el método común para deshidratar alimentos, muchos

investigadores referencian que este conduce a la degradación de las características de

calidad nutricional y sensorial, debido a los tiempos prolongados y las temperaturas

elevadas empleadas en el proceso [10, 11].

2 Introducción

El trabajo en primera medida busca encontrar los parámetros adecuados para medir la

calidad del tomate deshidratado, para ello se utiliza como referencia 7 marcas

comerciales estableciendo que parámetros fisicoquímicos deben ser analizados en

tomate deshidratado, utilizando marcas comerciales encontradas en el mercado local. Se

analizan, humedad, actividad de agua y pH mediante las técnicas estandarizadas AOAC,

color mediante CIEL*a*b* y textura por TPA (texture profile analysis), adicionalmente se

toman algunas pruebas microbiológicas según la metodología utilizada por el INVIMA

para verificar la calidad del producto y se hace una prueba sensorial hedónica dirigida a

consumidores para correlacionar los análisis con la aceptación del producto. Se obtiene

que el pH es la única prueba fisicoquímica que no tienen influencia en los análisis y que

el color y la textura además de presentar diferencias significativas entre muestras son los

parámetros más importantes en cuanto a la calidad sensorial del tomate, ya que el

consumidor busca una tonalidad muy cercana al tomate fresco y como producto

deshidratado prefiere un producto blando y con fracturabilidad alta.

Las isotermas de sorción son esenciales para el diseño, modelado y optimización de

muchos procesos tales como el secado, la aireación y el almacenamiento [7]. El

conocimiento de las isotermas de sorción es también importante para la predicción de los

cambios de estabilidad y calidad durante el envasado y almacenamiento de alimentos

secos [12]. Muchos investigadores han desarrollado ecuaciones matemáticas para

describir las isotermas de sorción de los materiales alimenticios, en muchos casos,estas

no describen con precisión la isoterma de sorción en todo el rango de humedad relativa y

para diferentes tipos de materiales alimenticios [13]. Por eso se han establecido estudios

que buscan hacer que estas isotermas de sorción pueda evaluarse de forma general y

analíticamente con describiendo el comportamiento de todos los alimentos [12],

adicionalmente se han hecho clasificaciones que las tipifican según la composición, o

parámetros obtenidos de otras ecuaciones [14]. El tomate especialmente está clasificado

como una isoterma del tipo 2 según su composición, debido a que en base seca es

mayoritariamente carbohidratos [15]. La ecuación de GAB es la más utilizada para

modelar los datos, obteniendo parámetros con distintos valores de humedad en equilibrio

para diferentes productos como pulpa, polvo y tomate seco en rodajas[16].

Adicionalmente se han hecho estudios con ecuaciones de dos parámetros (BET, Halsey,

Smith y Oswin obteniendo que definitivamente GAB es el que mejor predice los datos de

Introducción 3

sorción en pulpa de tomate seco y otros productos [17]. Ademas, se han hecho estudios

específicos en rodajas de tomate, donde adicional al modelamiento se puede observar

una la influencia de la temperatura, ya que conforme la temperatura asciende, los puntos

en la curva comienzan a descender a humedades mucho más bajas [18]. Este trabajo

estudia las isotermas de sorcion de tomate deshidratado a diferenctes temperaturas (20,

25, 50, 60 y 70°C) con los valores obtenidos se obtuvo el calor isostérico de sorción para

el tomate. Se obtuvo como resultado principal que el modelo de GAB es el más

adecuado prediciendo las isotermas de sorción.Para continuar con la descripción del

proceso, la cinética de secado se utiliza para predecir el comportamiento del producto

durante el proceso y el modelamiento se utiliza para estandarizar el proceso, los modelos

más adecuados a utilizar para el proceso de secado del producto serían el modelo de

Page, el modelo de Page modificado y el modelo de difusión de Fick [19], debido a que

los modelos exponenciales representan de una manera precisa el comportamiento de los

datos experimentales, adicionalmente, tienen un menor número de parámetros

asegurando una mayor simplicidad en el modelo obtenido. Se hace un modelamiento del

proceso de secado a tres temperaturas (50, 60 y 70°C) y dos velocidades (3 y 4 m/s) con

el fin de predecir el comportamiento del proceso y verificar la influencia de estos

parámetros. Finalmente se halló la difusividad efectiva mediante la segunda ley de Fick

adaptada para una lámina infinita. El modelo de Page se ajusta de una manera más

adecuada a los datos experimentales. Adicionalmente se concluye que la temperatura

influye fuertemente en el secado y la velocidad no tiene una influencia significativa en el

proceso.

Finalmente se evalúa el impacto del proceso en los factores fisicoquímicos

principalmente en el color y la textura. El secado puede cambiar las características de la

superficie de un alimento alterando su color [20]; algunos estudios muestran que en la

deshidratación con aire caliente se pierde la coloración roja a temperaturas superiores a

40°C [21] o 60°C [6]. La textura se ve afectada por la pérdida de la permeabilidad

diferencial en la membrana protoplasmática, la pérdida de presión de turgencia en las

células y la desnaturalización de la proteína durante el proceso [22]. Los resultados

muestran cambios de color en las muestras de tomate tratado a 70°C, en textura las

muestras tratadas a temperatura de 60°C presenta una diferencia significativa en el

parámetro de fracturabilidad con respecto a las muestras secas a 50°C y 70°C lo que

indica una estructura más crocante y un buen balance de masticabilidad y dureza

4 Introducción

El consumo regular de tomates se ha relacionado con una reducción del riesgo de

desarrollar distintos tipo de cáncer, problemas cardiovasculares y el desarrollo de

tumores, además de una amplia gama de otros beneficios potenciales [23-26]; estos

efectos positivos se atribuyen a los compuestos antioxidantes presentes en el tomate,

especialmente carotenoides como el licopeno, el β-caroteno, fenoles y vitamina C [24,

27]. Uno de los compuesto más abundantes en el tomate es el licopeno, responsable del

color rojo de los tomates [28] y considerado como un antioxidante de alta actividad

biológica [29], representando casi el 80% de los carotenoides contenidos en el tomate

[30]; algunos estudios indican que el incremento de la temperatura durante el secado

degrada estos compuestos, sin embargo, se han encontrado estudios específicos para

tomate deshidratado en el que se ve que hay un incremento significativo de carotenoides

con respecto al contenido en fresco [6, 16, 31-33]. Adicionalmente, el tomate contiene

compuestos fenólicos, en algunos casos capaces de soportar algunos métodos de

procesamiento industrial, como el secado [34]; existen gran cantidad de estudios en los

que se observa una tendencia a aumentar de este tipo de compuestos [35, 36]. Sin

embargo, los resultados de estudios más recientes muestran una disminución de los

polifenoles, conforme se lleva a cabo el proceso de secado [21]. En general, la mayoría

de los autores muestran un aumento en el contenido de la actividad antioxidante durante

el procesamiento [11, 16, 37]; específicamente, en el proceso de secado, algunos

estudios reportan el incremento de la actividad antioxidante [35]. Se obtienen como

resultados que el contenido total de carotenoides aumento con el proceso de secado, el

contenido de fenoles totales disminuye cuando la temperatura aumenta. La actividad

antioxidante total no fue afectada por el aumento en la temperatura con respecto al

tomate fresco.

Los procesos de secado ofrecen una alternativa para obtener un producto con una vida

útil más larga, se ha utilizado durante muchos años como medio de preservación de

tomate y muchos otros vegetales [18]. El método más popular es el secado por aire

caliente, con la desventaja que el proceso puede dar lugar a cambios físicos y

estructurales tales como la migración de sólidos solubles, la contracción, el

endurecimiento superficial, la pérdida de volátiles y el aroma [11]. Para minimizar estos

cambios, se utilizan otros métodos de secado alternativos como la liofilización, secado

con aire a baja temperatura y secado al vacío [38].

1. Selección de parámetros de calidad fisicoquímica, microbiológica y sensorial en tomate deshidratado comercial (Lycopersicum esculentum)

1.1 Introducción

Debido al alto contenido de agua que presenta el tomate (mayor al 90%), surge la

necesidad de buscar alternativas tecnológicas para conservar el producto por más

tiempo. Uno de los métodos de conservación de alimentos que se puede aplicar es el

secado, que disminuye el agua libre disponible en el alimento a inferiores a 0.4 en donde

las reacciones microbiológicas y enzimáticas se ven disminuidas [39, 40].

El secado es una de las tecnologías más frecuentes en la agroindustria, es la operación

unitaria en la cual se elimina la humedad de un material por la acción de unas

condiciones ambientales de temperatura y humedad relativa, con el objetivo de reducir la

actividad microbiana y reacciones de deterioro del producto [36, 41-43].

El tomate deshidratado se caracteriza utilizando algunas propiedades fisicoquímicas

como el pH, sólidos solubles, humedad, actividad de agua [44] y algunos parámetros

microbiológicos como mesófilos, coliformes, hongos y levaduras [45].El contenido de

humedad del tomate deshidratado es típicamente reducido 15% [46, 47].

Estudios indican que el secado de las rodajas de tomate provoca un aumento de sólidos

solubles y la acidez, mientras que el pH y el ácido ascórbico disminuyen [44, 48, 49].

Algunos de los parámetros que se han medido con frecuencia en productos

deshidratados son el color y la textura como parámetros de calidad sensorial en el

producto final [42].El cambio de color en los alimentos durante el proceso térmico es

causado por reacciones de degradación de pigmentos (especialmente carotenoides y

clorofila), y reacciones de pardeamiento como la condensación de Maillard de hexosas y

6 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate

amino componentes, junto con la oxidación del ácido ascórbico [39, 50, 51]. Por lo tanto

los valores finales de los parámetros de color pueden ser usados como indicadores de

calidad para evaluar el deterioro debido al procesamiento térmico [52, 53].

Un producto alimenticio debe seguir estrictas normas microbiológicas para no convertirse

en un riesgo para la salud humana, el gobierno de la República de Colombia, mediante el

Ministerio de Protección Social, está tramitando el Proyecto de Resolución mediante el

cual se establece el reglamento técnico sobre los requisitos sanitarios que deben cumplir

las frutas que se procesen, empaquen, transporten, importen y comercialicen en el

territorio nacional, en el cual se establecen los requisitos microbiológicos de frutas

deshidratadas o desecadas, estableciendo como parámetros un recuento de mohos y

levaduras menor a 100 UFC/g y ausencia de Salmonella por cada 25g [54].

La reglamentación colombiana es muy reducida en cuanto a criterios de calidad

microbiológicos para gran parte del sector alimentario, debido a esto, los productores de

fruta deshidratada no tienen normas microbiológicas a cumplir en el territorio nacional,

dificultando la estandarización del proceso de secado. Este trabajo tomo como

referencia normas y guías para frutas y vegetales deshidratados. La norma británica,

considera los parámetros microbiológicos y establece un número máximo de coliformes

totales de 25 UFC/g, ausencia de Salmonella y menos de 105 UFC/g mesófilos aerobios

[55]. La norma peruana muestra las características establece un número máximo de

mesófilos aerobios de 100 UFC/g, coliformes totales menores a 500 UFC/ g, hongos y

levaduras menores a 100 UFC / g y ausencia de Salmonella [56]. Finalmente se revisa la

norma brasilera que establece como criterio 200 UFC/g de coliformes totales y ausencia

de Salmonella en 25 g [57]

El estudio tiene como objetivo la evaluación de las propiedades fisicoquímicas, humedad,

actividad de agua, pH, color y textura en muestras de tomate deshidratado comercial,

verificar algunos parámetros microbiológicos, con el fin de revisar la inocuidad del

producto y una prueba sensorial que indique el tipo de características de preferencia por

parte del consumidor.


7

1.2 Materiales y métodos

1.2.1 Materia prima

Se analizaron siete muestras comerciales de tomate deshidratado adquiridas en el

mercado local, almacenadas en condiciones de temperatura y humedad ambientales.

1.2.2 Humedad

La humedad se midió utilizando la metodología de sólidos totales en frutas y productos

de frutas de la AOAC 920.151. Se secó la muestra a 105°C durante dos horas

controlando el peso antes y después del secado [58], se realizaron tres réplicas

experimentales. El porcentaje de humedad se calculó mediante la Ecuación (1.1)

1.2.3 pH

La determinación de pH se realizó siguiendo la NTC 4592, se tomo una parte de la

muestra en pequeños trozos y se eliminan las semillas. Luego se colocan los trozos de

muestra en un vaso de precipitado; se agrega dos o tres veces su masa de agua

destilada y se calienta en un baño de agua durante 30 minutos, se macera y se lee el pH

directamente sobre la escala del aparato con precisión de 0,05 unidades de pH, hasta

que se obtenga un valor constante [59].

1.2.4 Actividad de agua

La actividad de agua se midió de manera instrumental directa en un activímetro GBX

Modelo FAst-Lab; la medición del equipo se basa en la saturación del aire dentro de la

cámara de muestreo con la humedad presente en el producto, alcanzándose el punto de

rocío, que es cuantificado mediante la capacidad reflectiva del espejo de condensación

[60].Las determinaciones se realizaron por triplicado para cada muestra evaluada.

1.2.5 Color

El color se midió de manera instrumental utilizando un colorímetro Minolta Modelo C-300,

utilizando el sistema CIE y las coordenadas L*a*b* para la descripción del color. Se


hicieron 3 réplicas a cada muestra. Posteriormente se calcularon el ángulo de tono (hab)

que se utiliza para distinguir el tono, atributo de una sensación visual según el cual una

superficie parece ser semejante a uno de los colores percibidos: rojo, amarillo, verde o

azul, o a una combinación de dos de ellos consecutivos.

El croma (C*ab) que es medida de la pureza del color; los colores no saturados contienen

una proporción de luz blanca. Los colores saturados no contienen luz blanca. Estos

parámetros se hallan mediante las Ecuaciones (1.2) y (1.3).

) (1.2)

√ (1.3)

1.2.6 Textura

Para la medición de textura se utilizó un texturómetro SMS Modelo TA-XTplus. La

caracterización de las muestras se realizó mediante una prueba de Análisis de Perfil de

Textura (TPA), utilizando el disco de compresión de 75mm; la distancia de ingreso a la

muestra para la prueba fue de 5mm. Se hicieron 5 réplicas para cada muestra evaluada

[61]. Se evaluaron los parámetros de dureza, fracturabilidad, cohesividad, elasticidad y

masticabilidad.

1.2.7 Calidad Microbiológica

Se realizaron pruebas para identificar mesófilos, mohos y levaduras, coliformes totales y

Salmonella. Todos los métodos de detección y recuento utilizados son los normalizados

por el Instituto Nacional para la Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (INVIMA )[62].

1.2.8 Análisis sensorial

Se diseñó una prueba sensorial de aceptación de escala numérica con 33 consumidores

en la cual el panelista codificaba las muestras de manera ordinal de acuerdo a su

preferencia [63].


9

1.2.9 Análisis estadístico

El análisis estadístico de los datos se realizó mediante un análisis de varianza (ANOVA)

para verificar la influencia de cada parámetro en las muestras evaluadas y

adicionalmente se implementó una prueba de Tukey con el propósito de observar si hay

diferencias significativas entre los parámetros de calidad utilizados [64]. A las

propiedades texturales se les hizo Análisis de Componentes Principales (PCA) para

observar efectos simultáneos de las variables.

1.3 Resultados y discusión

1.3.1 Pruebas fisicoquímicas

La humedad, la actividad de agua y el pH de las muestras estudiadas se presentan en la

Tabla 1-1, el análisis estadístico utiliza una prueba de Tukey para ver las diferencias

significativas entre parámetros.

Se observan diferencias en el valor de la humedad entre el tomate comercial las

muestras sin diferencia estadísticamente significativa son la 2, 4, 5 y 6, considerando

condiciones de secado y almacenamiento similares.

La muestra 7 presenta un comportamiento diferente a las otras ya que presenta el valor

más alto de humedad. La actividad de agua varia en un rango de 0.525 y 0.771, valores

característicos para un alimento deshidratado, dejando agua libre disponible para

reacciones microbiológicas.


Tabla 1-1: Humedad, actividad de agua y pH en muestras comerciales de tomate

deshidratado

Muestra Humedad (kg agua/kg

de muestra) aw pH

1 0,224 ± 0,006 b 0,636 ± 0,006 c 3,62 ± 0,02 a

2 0,163 ± 0,001 a 0,567 ± 0,001 b 4,09 ± 0,02 ab

3 0,280± 0,015 c 0,721 ± 0,008 d 4,15 ± 0,02 ab

4 0,169 ± 0,003 a 0,525 ± 0,013 a 4,26 ± 0,01 b

5 0,173 ± 0,010 a 0,603 ± 0,006 bc 3,57 ± 0,02 a

6 0,159± 0,009 a 0,530 ± 0,006 a 4,34 ± 0,01 b

7 0,388 ± 0,022 d 0,771 ± 0,005 e 4,11 ± 0,01 ab

En cuanto al pH no hay variaciones mayores entre muestras, la dispersión es muy

pequeña y solo se pueden distinguir dos grupos de muestras, adicionalmente no se

encuentra ninguna correlación del pH con respecto a la humedad o actividad de agua del

producto a pesar que varios estudios afirman que al descender la humedad el pH

disminuye [39, 44]. Se concluye que el pH no es un parámetro influyente en la calidad

fisicoquímica de productos deshidratados.

1.3.2 Color

La Tabla 1-2 muestra las coordenadas de color obtenidas para las diferentes muestras

estudiadas. El parámetro de luminosidad (L*) no presenta diferencias significativas para

ninguna muestra por lo cual se infiere que el parámetro de luminosidad no es influyente

para muestras de tomate deshidratado comercial. En el análisis de los parámetros el tono

( definidos por la ecuación (2) y (3), todas las muestras se encuentran en el punto

intermedio del primer cuadrante (0 a 90°) tomando una tonalidad naranja, los valores


11

que tienen la notación a son más cercanos al tono rojo indicando que son más aceptados

para la comercialización, la cromaticidad (C*ab) indica la saturación del color, Olorunda at

al, establecieron una escala de este parámetro en tomate en la cual si esta es mayor a

20 unidades el color del deshidratado es excelente [65], para todos los casos se cumplió

con esta escala indicando que todas son aceptadas sensorialmente en este caso las

muestras tienen un valor similar excepto la muestra número 6 que tiene un color más

alto que el resto de las muestras, probablemente derivado de la reacción de

caramelización de azúcares ocasionada por el tratamiento térmico y causa importante de

la degradación de color, alterando principalmente el valor de la cromaticidad afectando

no solo el color, sino que también produciendo cambios en las características bioactivas

[53].

Tabla 1-2: Coordenadas de color, cromaticidad y tono en muestras de tomate

deshidratado comercial

Muestra L* a* b* C*ab hab

1 36,3 ± 2,9 a 28,2 ± 3,2 a 21,0 ± 4,9 a 35,3 ± 4,8 b 36.0 ± 5,72 a

2 41,0 ± 7,1a 23,5 ± 4,7 ab 32,5 ± 4,8 b 40,3 ± 5,7 b 54.4 ± 5,15 b

3 32,0 ± 2,5 a 23,2 ± 5,2ab 18,7 ± 2,2a 30,0 ± 4,5ab 39,5 ± 6.87 a

4 41,5 ± 3,5a 22,2 ± 3,9 b 27,1 ± 3,9 c 35,2 ± 4,2 b 50,4 ± 5.72 b

5 36,7 ± 6,4a 27,4 ± 3,3 a 22,2 ± 9,1 ab 35,6 ± 8,3 b 37,8 ± 7.44 a

6 31,7 ± 7,1 a 15,4 ± 6,2 c 20,1 ± 7,0 a 25,7 ± 8,0 a 53,2 ± 12.0 b

7 33,3 ± 3,5 a 22,1 ± 4,4 b 21,7 ± 3,0 a 31,2 ± 3,7ab 44,69 ± 6.8 ab

Correlacionando el tono y la cromaticidad, la muestra de color más aceptado para

comercialización seria aquella de un ángulo de tono más bajo y un croma más elevado,

la muestra 1 cumple con estas condiciones.


1.3.3 Textura

Como se puede observar en la Figura 1-1 (Score Plot) que se refiere a la influencia de las

muestras en la varianza y la Figura 1-2 (Loading Plot) que se refiere la influencia de las

variables en la varianza, las gráficas del Análisis de Componentes principales muestran

como los dos primeros componentes principales explican un total del 75.37 % de la

varianza de los datos experimentales.

Figura 1-1 Análisis de componentes principales para propiedades texturales de muestras comerciales de tomate deshidratado (Score plot)

-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

-2

-1

0

1

2

3

score plot

PC 1 - EV = 51.51%

PC

2 -

EV

= 2

3.8

5%

1

2

3

4

5

6

7


13

Figura 1-2: Análisis de componentes principales para propiedades texturales de

muestras de tomate comercial (Loading plot)

El secado por aire caliente influye en cambios sensoriales de las muestras, muy

marcados en la textura, que se pueden ver afectados por diferentes variables del proceso

como la temperatura, la velocidad del aire o el tiempo de exposición [66]. Se observa una

clara diferencia entre las muestras de tomate deshidratado, indicando una diferencia

significativa en las propiedades texturales de las muestras estudiadas formando tres

grupos con características similares uno por las muestras 2,3 y 4 otro por las muestras 1,

5 y 6 y la muestra número 7 que muestra una clara diferencia con respecto a las otras.

Las muestras 1, 5 y 6 se caracterizan por tener una dureza y masticabilidad más elevada,

este parámetro se define como la energía requerida para masticar un alimento sólido

antes de tragarlo [67] se puede correlacionar con la dureza, al ser un alimento más duro

se va a requerir más energía para masticarlo. Las muestras 2, 3 y 4 muestran valores

más altos de cohesividad y elasticidad que en el espacio PCA son antagonistas de la

masticabilidad indicando que estas muestras son más suaves y por lo tanto más fáciles

de tragar. La presencia de fracturabilidad es asociada por los consumidores a la

crocancia, lo cual puede llevar a un aumento de su apetencia para ser consumido

directamente como snack, la única muestra que presenta un valor alto de fracturabilidad

con respecto a las otras muestras es la muestra 7.

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

loading plot

PC 1 - EV = 51.51%

PC

2 -

EV

= 2

3.8

5%

Dureza

Fracturabilidad

Adhesividad

Elasticidad

Cohesividad

Masticabilidad



El análisis microbiológico de las muestras revela que los valores referenciados las

diferentes normas se cumplen para los valores establecidos de coliformes totales, y

ausencia de Salmonella [55-57]. Sin embargo, para el caso de los mohos y levaduras

solo las muestras 1, 3, 4 y 7 cumplen con la referencia establecida por la norma peruana

[56] y la muestra 2 sobrepasa el máximo de mesófilos aerobios establecido por la norma

británica [55], estos resultados pueden relacionarse con mala manipulación ya que los

mesófilos regularmente son microorganismos del ambiente y propios de la flora que se

encuentra en la piel de los humanos.

Tabla 1-3 Calidad microbiológica para muestras de tomate deshidratado comercial

Coliformes totales

UFC/g

Recuento de

Mesófilos

UFC/g

Detección de

Salmonella

Presencia/ausencia

Recuento de Mohos

y levaduras

UFC/g

1 <3 99000 Neg 70

2 <3 220000 Neg 18000

3 <3 4000 Neg 30

4 <3 <10 Neg <10

5 <3 36000 Neg 200

6 <3 2000 Neg 1100

7 <3 6100 Neg <10

En cuanto a la evaluación microbiológica de tomate deshidratado, los estudios similares

muestras conteos de coliformes, mesófilos aerobios, hongos y levaduras menores a 10

UFC/g [40, 68, 69], estos resultados se favorecen al bajo contenido de agua presente en

el producto, Otros estudios si encuentran microorganismos como mesófilos aerobios

(56000 UFC/g) y hongos (3600 UFC/g) indicando que dependiendo de las condiciones de


15

almacenamiento y exposición al ambiente algunos tomates no siempre cumplen con los

parámetros esperados [70]

La calidad microbiológica presenta un comportamiento inversamente proporcional a la

calidad sensorial, indicando que la microbiología no solo influye en la seguridad del

alimento sino también en la percepción del consumidor [71]

1.3.5 Análisis sensorial

El análisis arroja como resultado que la muestra 7 es la preferida por los consumidores

seguida de la 1 y la 4 correlacionando esto con los parámetros anteriores se observa que

la 7 es la de mayor humedad, pero claramente diferenciado en cuanto a propiedades

texturales con respecto a las otras muestras incluyendo como variable más influyente la

fracturabilidad, este resultado no es el esperado ya que al ser de mayor humedad no

debería tener fracturabilidad tal alta, esto solo puede ser explicado por un fenómeno

ocurrido a secado a altas temperaturas en las que se forma una costra crujiente en la

superficie del producto impidiendo la salida de agua. El parámetro principal para la

aceptación del público es la fracturabilidad de la muestra, también los panelistas

afirmaron que el color más cercano al del tomate es el predilecto para su consumo.

1.4 Conclusiones

El pH no es un parámetro relevante entre muestras de tomate deshidratado, por lo tanto

se puede descartar en mediciones futuras. Las pruebas fisicoquímicas indican diferencias

significativas entre muestras, es importante evaluar humedad y actividad de agua en

estudios experimentales de tomate deshidratado. Las pruebas de color y textura son

parámetros primordiales en la aceptación sensorial del producto.

En Colombia la demanda de productos deshidratados es creciente, tanto para el

desarrollo de nuevos productos como para facilidad y seguridad de comercialización del

producto, se hace necesario reglamentar los parámetros de calidad fisicoquímica y

microbiológica del producto.

2. Isotermas de sorción y cinética del proceso de secado por aire caliente en tomate chonto (Lycopersicum esculentum)

2.1 Introducción

El tomate se utiliza generalmente en estado fresco y en algunos procesos como jugos,

purés, salsas y enlatados [3]. Sin embargo, el tomate es altamente perecedero en

estado fresco conduciendo al despilfarro y las pérdidas durante el período pico de

cosecha. La prevención de estas pérdidas es de gran interés sobre todo cuando hay

desequilibrio entre la oferta y la demanda en algunas temporadas del año [4]. Colombia

tiene una alta producción de tomate, aproximadamente 500.000 toneladas anuales de las

cuales tan solo se exportan 199 toneladas [72], el resto se queda en el país para

consumo interno. Uno de los factores principales por los cuales el tomate tiene una tasa

de exportación baja, es porque pocos productores cumplen con las especificaciones

para exportar producto fresco, también que el proceso de maduración de tomate es muy

rápido, lo que hace difícil cumplir con los requisitos de calidad de los países destino. Los

procesos de secado ofrecen una alternativa para obtener un producto con una vida útil

más larga, se ha utilizado durante muchos años como medio de preservación de tomate

y muchos otros vegetales [18]. El método más popular es el secado por aire caliente, con

la desventaja que el proceso puede dar lugar a cambios físicos y estructurales tales

como la migración de sólidos solubles, la contracción, el endurecimiento superficial, la

pérdida de volátiles y el aroma [11]. Para minimizar estos cambios, se practican otros

métodos de secado alternativos como la liofilización, secado con aire a baja temperatura

y secado al vacío [38].

Las isotermas de sorción son esenciales para el diseño, modelado y optimización de

procesos tales como el secado, la aireación y el almacenamiento, tambien para estudios


de estabilidad durante el envasado y almacenamiento [7, 12]. Algunos estudios han

desarrollado ecuaciones matemáticas para describir las isotermas de sorción de los

materiales alimenticios. Estas ecuaciones se critican principalmente por que ninguna de

estas describe con precisión la isoterma de sorción en todo el rango de humedad

relativa y para diferentes tipos de productos [13]. Por eso se han establecido estudios

que buscan hacer que estas isotermas de sorción puedan evaluarse de forma general y

analíticamente [12], adicionalmente se han hecho clasificaciones que las tipifican según

la composición, o parámetros obtenidos de otras ecuaciones [14]. Las isotermas de

tomate tiene comportamiento similar a las de productos con alto cotenido de

carbohidratos en base seca [15]. En los estudios asociados al secado de tomate, la

ecuación de GAB es la más utilizada para modelar los datos, obteniendo parámetros

distintos, valores de humedad en equilibrio para diferentes productos como pulpa, polvo

y tomate seco en mitades [16]. Adicionalmente se han hecho estudios con otros modelos

como BET, Halsey, Smith y Oswin obteniendo que definitivamente GAB es la que mejor

predice los datos de sorción en pulpa de tomate deshidratada y otros productos [17].

Ademas, se han hecho estudios específicos en rodajas de tomate, donde se puede

observar influencia de la temperatura en el comportamiento de las isotermas donde la

humedad en equilibrio del producto es inversamente proporcional a la temperatura

utilizada [18].

La cinética de secado se utiliza para predecir el comportamiento del producto y el

modelamiento se utiliza para estandarizar el proceso, algunos de las ecuaciones más

utilizadas modelos son la de Page, Page modificado y difusión de Fick [19], debido al

comportamiento exponencial representan de una manera precisa el comportamiento de

los datos experimentales, adicionalmente, tienen un menor número de parámetros

asegurando una mayor simplicidad en la predicción obtenida.

Este trabajo estudia las isotermas de sorción de tomate deshidratado en rodajas en

temperaturas ambientales (20 y 25°C) y de proceso (50, 60 y 70°C) con el objetivo de

estudiar el comportamiento de producto y obtener las humedades de equilibrio y el calor

isosterico de sorción, adicionalmente a las temperaturas de procesamiento se halla la

cinética de secado mediante modelos empíricos y la difusividad efectiva del producto.

Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de

deshidratación de tomate

19


2.2.1 Materia prima

La materia prima que se utilizó en el desarrollo del trabajo fue tomate variedad Chonto,

proveniente del departamento de Boyacá, Colombia, en estado de madurez 6 (coloración

100% roja) [73]. La humedad inicial del tomate fue calculada mediante el método de

solido totales en frutas y productos de fruta AOAC 920.151 [58] en una estufa de tiro

forzado a 105°C por dos horas.

2.2.2 Isotermas de sorción

Se utilizó el método estático gravimétrico para la obtención de la humedad de equilibrio.

Se utilizaron sales saturadas para crear un microambiente que imite diferentes

condiciones de humedad relativa para cada uno de los puntos con los cuales se van a

trazar las isotermas. Las isotermas se determinaron a 5 temperaturas distintas dos

ambientales (20 y 25°C) y 3 de proceso (50, 60 y 70°C) utilizando 7 sales (ver Tabla 2-1).

Para llevar a cabo el procedimiento el producto se dejo en una cámara de condiciones

controladas y se tomo el peso periódicamente hasta estabilidad [15].

Tabla 2-1Sales utilizadas en la obtención de la humedad en equilibrio

Compuesto Aw

20°C 25°C 50°C 60°C 70°C

Cloruro de Litio LiCl 0.1131 0.113 0,1122 0,1119 0,1116

Cloruro de Magnesio MgCl2 0.3307 0.3278 0,3119 0,3056 0,2993

Carbonato de Potasio K2CO3 0.4316 0.4316 0,4319 0,4320 0,4321

Bromuro de Sodio NaBr 0.5914 0.5757 0,4980 0,4670 0,4359

Cloruro de Sodio NaCl 0.7547 0.7529 0,7433 0,7395 0,7357

Cloruro de Potasio KCl 0.8511 0.8434 0,8063 0,7914 0,7765

Sulfato de Potasio K2SO4 0.9759 0.9730 0,9582 0,9523 0,9464

Fuente:[15, 74]


2.2.3 Modelamiento de las isotermas

Se tuvieron en cuenta cuatro modelos de isotermas de sorción para hacer los cálculos,

posteriormente mediante un ajuste no lineal por mínimos cuadrados se obtuvieron las

predicciones para los datos experimentales obteniendo las humedades de equilibrio del

tomate deshidratado. En la Tabla 2-2 se encuentran las ecuaciones que se van a utilizar

para predecir las isotermas de sorción.

Tabla 2-2: Modelos para humedad de equilibrio

Modelo Año Ecuación

Oswin 1946 (

) (2.1)

Kuhn 1964 (

) (2.2)

Smith 1948 (2.3)

GAB 1981

[ ]

Fuente:[15, 75]

2.2.4 Calor isostérico de sorción

El calor isostérico de sorción se obtiene mediante la ecuación de Claussius Clapeyron

(ver Ecuación (2.5)) integrándola y asumiendo que el calor isostérico de sorción es

independiente de la temperatura obteniendo la Ecuación (2.6).

(2.5)

(

)

(2.6)

El valor de calor isostérico de sorción es calculado a partir de la gráfica del ln(HR) vs

1/Tabs a contenidos de humedad constante. El grafico se ajusta mediante mínimos

cuadrados, despejando el calor isostérico de la pendiente [13].



21

2.2.5 Proceso de secado

Las pruebas se realizaron por triplicado a 50, 60 y 70°C y flujo de aire de 3.0 y 4.0 m/s.

el peso fue monitoreado una vez por minuto con una precisión de 1 g mediante un

programa en MatLab ® que capturaba los datos cada minuto hasta peso constante.

2.2.6 Cinética de secado

La cinética de secado de las rodajas de tomate se expresa en términos de modelos

empíricos, donde los datos experimentales obtenidos para las tres temperaturas

diferentes (50, 60 y 70°C) y dos velocidades (3.0 y 4.0 m/s) se representaron en forma de

la relación de humedad adimensional (MR) la cual se define en la Ecuación (2.7) contra

el tiempo de secado [19].

(2.7)

Posteriormente se hace un ajuste no lineal por mínimos cuadrados utilizando las

ecuaciones que se encuentran en la Tabla 2-3

Tabla 2-3: Modelos para capa delgada

Nombre del modelo Modelo Autor

1 Page (2.8) Page (1949)

2 Henderson y Pabis (2.9) Henderson y

Pabis (1961)

3 Aproximación de

difusión (2.10)

Yaldiz et al

(2001)

Fuente:[19]

Para hallar la velocidad de secado se hace una derivación numérica con los datos

obtenidos para humedad en base seca X (kg agua/ kg de materia seca) dX/dt mostrada

en la Ecuación (2.11).

(2.11)


2.2.7 Calculo de la difusividad efectiva

Para hallar esta propiedad se utiliza la ecuación analítica de la segunda ley de Fick para

una lámina infinita la cual expresa la transferencia de humedad unidimensional al interior

del material en condiciones de estado no estacionario (ver Ecuación (2.12)).

) (2.12)

Se considera que la humedad es uniforme a través de la lámina, que el material es

homogéneo e isótropo, que el proceso es isotérmico, y que la resistencia y la contracción

son despreciables:

∑

(2.13)

(2.14)

Se resuelve la Ecuación (2.13) para el primer término, linealizando los datos y haciendo

un ajuste donde la pendiente de la recta se utiliza para hallar la difusividad efectiva (ver

ecuación (2.14)).

2.2.8 Análisis estadísticos

Para resolver los modelos se utiliza el ajuste lineal y no lineal por mínimos cuadrados con

ayuda del programa Polymath®.



23


El modelamiento del proceso de secado es de vital importancia para el entendimiento del

proceso y su posterior estandarización, este se puede dividir en dos etapas principales la

parte de isotermas de sorción para verificación de estabilidad de las condiciones del

producto y la parte de curvas de secado que muestra la parte del proceso

específicamente los resultados se describen a continuación.

2.3.1 Isotermas de sorción

Figura 2-1 Isotermas de sorción de tomate a T ambiental


Figura 2-2. Isotermas de sorción de tomate a T proceso

Modelamiento

Las Figuras 2-1 y 2-2 muestran las tendencias que siguen las isotermas de sorción en

donde se observa la influencia de la temperatura en la humedad de equilibrio final del

tomate [13, 17, 18].

Los parámetros estimados para todos los modelos de adsorción a las 5 temperaturas se

muestran en la Tabla 2-4, los Modelos de GAB y Oswin presentan el mejor ajuste a los

datos experimentales en todo el rango de aw.

Varios modelos de adsorción se han utilizado para describir las características de

sorción de los alimentos [76, 77]. Sin embargo, el modelo de GAB es más aplicable a aw

alta ya que al ser una ecuación de tres parámetros abarca de mejor manera todo el rango

de humedad relativa. Giovanelli et al. midieron isotermas de adsorción y desorción a 20 °

C en productos de tomate utilizando principalmente el modelo de GAB indicando que

este modelo se ajusta a las características de la isoterma de sorción de productos de

humedad alta como el tomate [16].



25

Tabla 2-4 Parámetros ajustados a cada modelo

Temperatura Modelo Xm C k R2 Rmsd

20°C

Oswin N/A 17.9567 0.3199 0.9451 1.4040

Kuhn N/A -1.0335 16.8354 0.7781 2.8371

Smith N/A 55.5968 1.9982 0.8865 2.0332

GAB 0.0945 196.6812 0.8573 0.9823 0.8036

25°C

Oswin N/A 17.2600 0.3214 0.9564 1.1461

Kuhn N/A -1.0791 15.8912 0.7942 2.5044

Smith N/A 51.3351 1.8309 0.8850 1.8838

GAB 0.0923 132.9694 0.8518 0.9873 0.6249

50°C

Oswin N/A 12.7578 0.3277 0.9810 0.4619

Kuhn N/A -1.1240 10.8480 0.9466 0.7736

Smith N/A 31.5282 1.2393 0.7384 1.7216

GAB 0.0692 92.6700 0.8411 0.9777 0.4972

60°C

Oswin N/A 11.4015 0.3685 0.9775 0.5017

Kuhn N/A -1.2996 9.1877 0.9466 0.7729

Smith N/A 31.9898 1.5022 0.7737 1.5905

GAB 0.06212 87.2000 0.8671 0.9869 0.0384

70°C

Oswin N/A 10.3896 0.3679 0.9682 0.5183

Kuhn N/A -1.2678 8.0977 0.9265 0.7884

Smith N/A 28.0711 1.4025 0.7883 1.3384

GAB 0.0546 84.8950 0.8618 0.9849 0.3578

La humedad en la monocapa de tomate deshidratado esta en el intervalo 0.0546 –

0.0945 kg / kg de materia seca. Estos valores son comparables con los valores de

humedad en la monocapa de tomate obtenidos por varios autores, ya que mantienen

similares para cada uno de los parámetros de los modelos [17, 18, 78]. La desviación del

error cuadrático medio es otro parámetro que indica la bondad del ajuste, se recomienda

que este valor sea menor a 10 en ajustes lineales y no lineales [64] se puede observar

que para ninguno de los experimentos este valor pasa de las tres unidades confirmando

que los datos experimentales si coinciden con el modelo.


Calor isostérico de sorción

El calor Isostérico de sorción a contenidos de agua diferentes se calculó a partir de la

Figura 3-3 utilizando las pendientes de las curvas en las 5 temperaturas. El calor

isostérico de sorción de agua en el tomate deshidratado (obtenido de la Ecuación. (2.14))

revela influencia de la humedad del producto en la adsorción de agua. Se puede

observar que el calor de sorción disminuye con el aumento de la humedad (Figura 4-4).

Esta tendencia es atribuida a diferencias entre fuerzas de atracción moleculares

indicando una mayor propensión a la adsorción de agua debido probablemente a la

capacidad cooperativa de las macromoléculas que resulta en una mayor energía de

enlace en los niveles de humedad más bajos. Efectos similares de la humedad sobre el

calor de sorción se obtuvieron en otros productos como la piña [13], el pimiento rojo

[77],y agar-agar [76].

Figura 2-3 Logaritmo natural de la humedad relativa en relación al inverso de la

temperatura en Kelvin a humedad constante.



27

Figura 2-4 Dependencia del calor de sorción de la humedad.

(2.15)

2.3.2 Cinética de secado

Modelamiento de las curvas de secado

La Figura 2-5 muestra la variación de la relación de humedad frente a tiempo de secado

para las diferentes temperaturas del aire de 50, 60 y 80 °C a dos velocidades distintas (3

y 4 m/s). El contenido de humedad inicial promedio de los tomates era de 17 kg de agua/

kg de materia seca y se redujo en un rango entre 0.05 y 0.2 kg de agua / kg de materia

seca después del secado. Al aumentar la temperatura, la eliminación de humedad

también aumentó y finalmente resultó en la reducción en el tiempo de secado. El tiempo

de secado fue reducido de 400 a 200 minutos cuando la temperatura del aire se

incrementó de 50 a 70°C. Los resultados coinciden con resultados de otros productos

como manzana y fresa [79], remolacha [80] y espinacas [81].


Figura 2-5 Curvas de secado de tomate

Figura 2-6 Velocidad de secado de tomate

Las velocidades de secado obtenidas para las diferentes temperaturas observan en la

Figura 2-6. La velocidad aumento de manera directa con la temperatura del aire y se ve



29

una pequeña influencia de la velocidad de secado en la tasa de secado principalmente

en temperaturas altas, obteniendo los mayores valores de velocidad a 70°C y 4 m/s. Las

curvas muestran que la temperatura tuvo un efecto significativo en la cinética. Se

encontró que durante el proceso de secado de las rodajas de tomate a 50 °C la

velocidad es más constante durante un periodo de tiempo y conforme va subiendo la

temperatura esta tendencia cambia a creciente indicando que la difusión es el

mecanismo físico que rige el cambio de humedad en el tomate. Resultados similares

fueron reportados para secado con aire caliente de tomillo [82] y pimiento [83].

Los datos obtenidos de secado se ajustaron mediante los modelos de Page, Henderson y

Pabis y aproximación a la difusión [19]. Los modelos fueron evaluados con base en el

coeficiente de determinación (R2). Los resultados del análisis estadístico para los

modelos se muestran en la Tabla 2-5. Los coeficientes de determinación para los tres

modelos fueron buenos superando el 0.98; el modelo al que mejor se ajustaron los datos

fue el de Page con valores de R2 que varían entre 0.9965 y 0.990, seguido por la

aproximación a la difusión cuyos valores están entre 0.9963 y 0.990 muy cerca de los

valores del modelo anterior y por último el modelo de Henderson y Pabis que tuvo R2

entre 0. 9849 y 0.9957, adicionalmente se tiene la desviación de error cuadrático medio

(RMSD) que para todos los casos es muy bajo que es otro parámetro que confirma que

los modelos utilizados son los adecuados para predecir el comportamiento del tomate

durante el secado.


Tabla 2-5 Parámetros obtenidos para los modelos

T (°C) V(m/s) Modelo A kv n R2 Rmsd

50

4

Page N/A 4.3294E-03 1.1714 0.9987 0.0002

Henderson y Pabis 1.0672 4.4695E-03 N/A 0.9930 0.0007

Aproximación a la

difusión 1.7045 1.8941E-02 N/A 0.9982 0.0003

3

Page N/A 3.6023E-03 1.1834 0.9983 0.0003


Aproximación a la

difusión 1.7052 1.7874E-02 N/A 0.9978 0.0003

60

4

Page N/A 5.9286E-03 1.2038 0.9990 0.0001


Aproximación a la

difusión 1.7538 2.1159E-02 N/A 0.9990 0.0001

3

Page N/A 4.9864E-03 1.2234 0.9965 0.0003


Aproximación a la

difusión 1.7642 1.7820E-02 N/A 0.9963 0.0004

70

4

Page N/A 6.3520E-03 1.3094 0.9985 0.0008


Aproximación a la

difusión 1.8688 3.0325E-02 N/A 0.9975 0.0010

3

Page N/A 4.0542E-03 1.3323 0.9981 0.0009


Aproximación a la

difusión 1.9006 2.4283E-02 N/A 0.9964 0.0011

Por lo tanto, en base a los valores de R2, se puede concluir que los modelos de Page y

aproximación a difusión son más adecuados para describir las características de secado

de tomate entre 50 y 70°C, si se tiene que elegir uno de los dos se recomendaría el de

Page debido a la simplicidad de la ecuación y a que al ser uno de los más utilizados



31

habría puntos de comparación con valores de otros estudios en tomate [11, 38, 84] y

otros productos como berenjena [85] y pimientos [83].

2.3.3 Difusividad efectiva

Se hizo un ajuste lineal del In (MR) contra el tiempo de secado de las rodajas de tomate

a 50, 60 y 70°C. La predicción de los datos fue adecuada en las primeras etapas del

proceso, al final del secado se ve afectada la linealidad, por esta razón los coeficientes

de determinación (R2) se vieron afectados. Los resultados del coeficiente de difusividad

(De) aumentaron en proporción directa a la temperatura del aire caliente como se puede

observar en la Tabla 2-6. coincidiendo con los valores del coeficiente de difusividad

obtenidos en diferentes alimentos que varía entre 10-12 y 10-8 m2/s [11].

Tabla 2-6 Coeficiente de difusividad del proceso

Esta tendencia a aumentar conforme crece la temperatura es coherente debido al

aumento de la presión de vapor al interior de las muestras de tomate. Los valores de los

coeficientes de correlación oscilaron entre 0,964 y 0,983 un valor de R2 que indica una

relación alta entre los valores experimentales y ajustados, siendo esta hipótesis

confirmada por los valores de Rmsd que se mantuvieron bajos. Los valores de difusividad

efectiva se pueden comparar con los obtenidos en otros estudios realizados en tomate

que se encuentran en el mismo rango de valores [11, 75, 84] y para otros productos

como la cebolla, el tomillo [82] y el aloe vera [86].

T(°C) V (m/s) Difusividad efectiva

(m2/s) × 108 R2 Rmsd

50 4 3.9504 0.983 0.0026

50 3 3.6769 0.981 0.0034

60 4 7.0208 0.983 0.0061

60 3 5.9384 0.971 0.0024

70 4 11.4150 0.964 0.0239

70 3 10.4875 0.966 0.0232


2.4 Conclusiones

El modelo polinomial de GAB describe de manera más apropiada las isotermas de

sorción del tomate chonto deshidratado. La ecuación más adecuada para predecir los

datos de las curvas de secado es el modelo de Page debido a la simplicidad que

representa en los cálculos y que posee un mejor ajuste con los datos experimentales. La

temperatura afecta los parámetros del modelo principalmente la constante de velocidad

de secado (k), y la velocidad del aire no tiene una influencia significativa en estos

parámetros. Finalmente la Difusividad efectiva se ve afectada principalmente por la

temperatura debido a que promueve cambios en la presión de vapor que ayuda a

evaporar el agua contenida dentro del producto.



33

3. Efecto del proceso de secado por aire caliente en las características fisicoquímicas, antioxidantes y microestructurales de tomate chonto (Lycopersicum esculentum)

3.1 Introducción

El tomate (Lycopersicum esculentum) es el cultivo de más amplia difusión en todo el

mundo [1]. A pesar de la alta producción, el alto porcentaje de pérdidas postcosecha del

tomate, hace necesario encontrar un método de conservación que guarde las

características para extender la vida útil [5]. Un producto estable a través del tiempo y

una reducción en el volumen de los productos son las principales razones para que el

secado sea un proceso utilizado para la conservación de alimentos [6, 7]. Los sistemas

de secado más utilizados en la industria agroalimentaria son los secadores de aire

caliente, en los cuales el calor se trasmite por convección a través del producto [8]. El

proceso debe ser energéticamente eficiente y a la vez obtener un producto con

características de calidad [9]. Aunque el secado por aire caliente es el método común

para deshidratar alimentos, muchos investigadores referencian que este conduce a la

degradación de las características de calidad sensoriales y nutricionales, debido a los

tiempos prolongados y las temperaturas elevadas empleadas en el proceso [10, 11].

Dos factores decisivos en la calidad sensorial de un alimento deshidratado son el color y

la textura. El secado puede cambiar las características de la superficie de un alimento

alterando el color [20]; algunos estudios muestran como en la deshidratación con aire

caliente se pierde la coloración roja a temperaturas superiores a 40°C [21] o 60°C [6].


Además la textura se ve afectada por la pérdida de la permeabilidad diferencial en la

membrana protoplasmática, la pérdida de presión de turgencia en las células y la

desnaturalización de la proteína durante el proceso[22].

El consumo regular de tomates se ha relacionado con una reducción del riesgo de

desarrollar distintos tipo de cáncer, problemas cardiovasculares, además de una amplia

gama de otros beneficios potenciales [23-26]; estos efectos positivos se atribuyen a los

compuestos antioxidantes presentes en el tomate, especialmente vitamina C,

compuestos fenólicos y carotenoides como el licopeno y el β-caroteno [24, 27]. Uno de

los compuestos más abundantes en el tomate es el licopeno, responsable del color rojo

de los tomates [28] y considerado como un antioxidante de alta actividad biológica [29],

representando casi el 80% de los carotenoides contenidos en el tomate [30]; algunos

estudios indican que el incremento de la temperatura durante el secado degrada estos

compuestos, sin embargo, diversos trabajos muestran en tomate deshidratado un

incremento significativo de carotenoides con respecto al contenido en fresco [6, 16, 31-

33]. Adicionalmente, el tomate contiene compuestos fenólicos, capaces de soportar

algunos métodos de procesamiento industrial, como el secado [34]; existen diversos

estudios en los que se observa la tendencia a aumentar este tipo de compuestos [35, 36].

Sin embargo, resultados de estudios recientes con base en la materia seca de la fruta, se

puede observar una clara disminución de polifenoles, conforme se lleva a cabo el

proceso de secado [21]. En general, la mayoría de los autores muestran un aumento en

el contenido de la actividad antioxidante durante el procesamiento [11, 16, 37];

específicamente, en el proceso de secado, algunos estudios reportan el incremento de la

actividad antioxidante [35].

Este trabajo tiene como objetivo evaluar los cambios en las propiedades fisicoquímicas,

antioxidantes y microestructurales del tomate sometido a un proceso de secado,

verificando la calidad microbiológica alcanzada por el producto luego del proceso.



35


3.2.1 Materia prima

Se utilizó tomate (Lycopersicum esculentum) variedad Chonto en estado de madurez 6

(100% de la superficie con coloración roja)[87], proveniente del municipio de Sáchica en

el Departamento de Boyacá, con diámetros aproximados de 6 cm. Durante el

acondicionamiento del fruto fue cortado en rodajas de espesor aproximado de 3 mm.

Posteriormente, el secado se llevó a cabo una cámara experimental de secado utilizando

3 temperaturas diferentes (50°C, 60°C y 70°C) y con velocidad de aire de 4 m/s.

3.2.2 Humedad

La humedad se midió utilizando la metodología de sólidos totales en frutas y productos

de frutas de la AOAC 920.151. Se secó la muestra a 105°C durante dos horas

controlando el peso antes y después del secado [58], se realizaron tres réplicas

experimentales. El porcentaje de humedad se calculó mediante la Ecuación (3.1).

(3.1)

3.2.3 Actividad de agua

La actividad de agua se midió de manera instrumental directa en un activímetro GBX

Modelo FAst-Lab; la medición se basa en la saturación del aire dentro de la cámara de

muestreo con la humedad presente en el producto, alcanzándose el punto de rocío, que

es cuantificado mediante la capacidad reflectiva del espejo de condensación [60]. Se

realizaron 3 réplicas para cada temperatura evaluada.

3.2.4 Color

El color se midió de manera instrumental utilizando un colorímetro Minolta Modelo C-300,

utilizando el sistema CIE y las coordenadas L*, a*, b* para la descripción del color. Se

hicieron 3 réplicas a cada temperatura. Posteriormente se calcularon el tono (hab) y el

croma (C*ab), utilizando las Ecuaciones (3.2) y (3.3).


) (3.2)

√ (3.3)

3.2.5 Textura

Para la medición de textura se utilizó un texturómetro SMS Modelo TA-XTplus. La

caracterización textural de las muestras se realizó mediante una prueba de Análisis de

Perfil de Textura (TPA), utilizando el disco de compresión de 75 mm; la distancia de

ingreso a la muestra para la prueba fue de 5 mm. Se hicieron 5 réplicas para cada

temperatura evaluada [61]. A las propiedades texturales se les hizo análisis de

componentes principales PCA ya que se analizaron varias variables texturales

simultáneamente.


Se realizaron pruebas para identificar mesófilos, mohos y levaduras, coliformes totales y

Salmonella. Todos los métodos de detección y recuento utilizados son los normalizados

por el Instituto Nacional para la Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (INVIMA)[62].

3.2.7 Propiedades Antioxidantes

Contenido de carotenoides totales

A una muestra de 1 g de tomate fueron agregados 3 mL de acetona y agitado a 2000

rpm durante un minuto, luego se centrifugó a 9000 rpm a 7°C por 5 minutos, el

sobrenadante se separó y reservó; el residuo se sometió nuevamente a varias

extracciones, adicionando 3 mL de acetona y separando el sobrenadante, hasta que el

residuo no presentó coloración. Posteriormente, a todo el sobrenadante reservado se le

adicionaron 3 mL de éter de petróleo agitando a 1000 rpm durante un minuto, luego se

procedió a separar la fase superior, la cual corresponde a éter de petróleo, y se reservó;

esta extracción líquido–líquido se repite hasta que el éter de petróleo no extrae más

color. Por último el extracto etéreo se secó con sulfato de sodio anhidro y se filtró, luego



37

se aforo a 25 mL con éter de petróleo. Al extracto se le midió la absorbancia a una

longitud de onda de 450 nm en espectrofotómetro UV-Visible y se cuantifico por medio de

una curva de calibración de β-caroteno con concentraciones entre 0.54 y 4.75 µg de β

caroteno / mL de extracto [11].

Contenido de fenoles totales

Se tomó 1 g de muestra de tomate y se sometió a extracción con 10 mL de acetona, se

agitó a 1000 rpm por 3 minutos y se almacenó a 4°C en la oscuridad por 4 horas, luego

se agitó a 9000 rpm por 5 minutos, se filtró y se aforó en un balón a 25 mL [88].

Para determinar el contenido de fenoles totales se agregaron 1.2 mL de agua destilada,

20 µL de extracto, 100 µL de reactivo Folin- Ciocalteu y 300 µL de carbonato de calcio al

20% p/v en una celda de paso reducido, luego se almacenó en la oscuridad por dos

horas y se midió la absorbancia a una longitud de onda de 765 nm; el contenido de

fenoles totales se cuantificó por medio de una curva de calibración de ácido cafeíco con

concentraciones entre 23.9 y 299.0 µg de ácido cafeíco/mL de extracto.

Actividad antioxidante

Para la determinación de la actividad antioxidante se utilizó el método de decoloración

del catión radical ABTS. Para generar el catión radical de ABTS se tomaron 38.41 mg de

la sal de diamonio de ABTS y 6.63 mg de persulfato de potasio, luego se le disolvió en

10 mL de agua desionizada y la mezcla se almacenó a temperatura ambiente en la

oscuridad por 16 horas. La solución usada en el análisis se prepara a partir de la solución

anterior diluyéndola en etanol hasta alcanzar una absorbancia entre 0,700 y 0,800 a 734

nm, posteriormente en una celda de paso reducido se adicionó 1 mL de solución y 10 µL

de extracto, se dejó incubando por 6 minutos y se midió a una longitud de onda de 734

nm antes y después de la incubación para hallar la diferencia de absorbancia,

cuantificando los valores con una curva de calibración de Trolox con concentraciones

entre 50.5 y 406.0 µmol de Trolox / L de extracto.


3.2.8 Microscopia electrónica de barrido

Recubrimiento

La metalización fue realizada en un sputter SDC-050 de Marca Balzers, en condiciones

de prevacío (<10-1 torr) con argón como gas de ataque (plasma) sobre una placa

(ánodo) de oro-paladio (8:2)), la película fue depositada sobre las muestras (cátodo) a

corriente de descarga de +/- 50mA y el espesor típico es de +/- 200 nm.

Toma de datos

Se utilizó el microscopio electrónico de barrido FEI QUANTA 200 tomando las

micrografías mediante el programa XT microscope control versión 2.01 haciendo

observaciones de la pulpa y la semilla a un aumento de 500x se hicieron micrografías a

cada una de las temperaturas de proceso.

3.2.9 Análisis estadísticos

El análisis estadístico de los datos se realizó mediante un análisis de varianza (ANOVA)

para verificar la influencia de cada parámetro en las muestras evaluadas y

adicionalmente se implementó una prueba de Tukey con el propósito de observar si hay

diferencias significativas entre los parámetros de calidad utilizados [64]. A las

propiedades texturales se les hizo Análisis de Componentes Principales (PCA) para

observar efectos simultáneos de las variables.


La Tabla 3-1 muestra los parámetros de control humedad y actividad de agua, estos

valores son reportados como el promedio ± la desviación estándar de las muestras, la

letra en negrita indica las agrupaciones obtenidas en el test de Tukey para hallar

diferencias significativas.



39

3.3.1 Humedad y actividad de agua

Tabla 3-1 Influencia de la temperatura de secado en la humedad y la actividad de agua

T (°C) Humedad (%) Actividad de agua

50 10.47± 0.29a 0.334±0.034a

60 9.26±0.50b 0.367±0.009a

70 8.95±0.58b 0.347±0.010a

En este caso, la humedad representa el contenido de agua sobre una masa específica de

muestra (100 g), y la actividad de agua disponible en el producto para reacciones

bioquímicas y microbiológicas. Se puede observar que la muestra deshidratada a 50°C

tiene un valor de humedad significativamente mayor al de las otras temperaturas, sin

embargo la actividad de agua no muestra diferencias significativas entre temperaturas, lo

que indica que es igualmente estable que las muestras deshidratadas a temperaturas

más altas.

3.3.2 Color

Tabla 3-2. Influencia de la temperatura en las coordenadas de color

T (°C) L* a* b* hab C*ab

50 43.04±6.00a 26.62±2.71a 22.48±2.95a 51.57±16.04a 22.48±2.95a

60 41.30±0.66a 24.32±3.20a 24.96±1.31a 34.38±11.46a 24.96±1.31a

70 46.16±1.65a 17.95±0.55b 27.59±1.50a 1.72±6.30b 27.59±1.50a

Los parámetros de color L*, a*, b* se obtuvieron de la medición directa sobre las rodajas

de tomate secadas a diferentes temperaturas, y los resultados se observan en la Tabla

3-2, estos valores son reportados como el promedio ± la desviación estándar de las

muestras, la letra en negrita indica las agrupaciones obtenidas en el test de Tukey para

hallar diferencias significativas. El parámetro L* indica la luminosidad de la muestra, las

coordenadas a* y b* ayudan a hallar el tono (hab) y la cromaticidad (C*ab) [89]. La

luminosidad de las muestras no fue afectada con el cambio de temperatura y los valores

promedio indican que no existe una correlación de este parámetro con la temperatura de

proceso.


Los valores del tono disminuyen a medida que aumenta la temperatura, a 70°C se

encuentra un valor significativamente menor con respecto al fresco y las otras

temperaturas de proceso. los valores más similares en ángulo de tono al tomate fresco,

son las temperaturas de 50°C y 60°C, sin embargo a 70°C el ángulo de tono de 1.73°

muestra una tonalidad roja fuerte, refutando la teoría que para temperaturas altas el

ángulo de tono aumenta [90]. Entre más altos sean los valores del tono es menor la

probabilidad que exista pardeamiento en la muestra. Hawlader et al. [91] indicaron que

una disminución de los valores de los ángulos de tonalidad es un indicativo de la

formación de compuestos que confieren pigmento marrón, alejándose de coloraciones

amarillas.

La cromaticidad indica que tanta saturación puede llegar a tener el color de la muestra,

en este caso tampoco se encontró diferencia estadística entre muestras (p>0.05), aun

así, al aumentar la temperatura aumenta también el parámetro (C*ab) indicando que la

temperatura más alta es la que tiene un color con mayor saturación, un estudio hace una

escala de cromaticidad específica para el tomate en la que se indica que si este

parámetro tiene valores por encima de 20 la correlación con el color del tomate fresco es

excelente [65], todas las muestras superan este valor indicando una aceptación

comercial en términos de cromaticidad. Se puede afirmar que las temperaturas más

adecuadas para el proceso son a 50°C y 60°C ya que su coloración es más cercana a la

del tomate fresco. La caramelización de azúcares y la reacción de Maillard se produce de

una manera más acelerada conforme aumenta la temperatura , así que los tiempos

prolongados de proceso o temperaturas demasiado altas promueven esta reacción

formando pigmentos marrones que van en detrimento de la calidad del producto, para el

caso del tomate se habla de esta formación de pigmentos a temperaturas mayores de

60°C [6] lo cual se confirma en los resultados de este trabajo.

3.3.3 Textura

El análisis de componentes principales fue realizado discriminando las muestras a

diferentes temperaturas de proceso (50°C, 60°C y 70°C). Como se puede observar en la

Figura 3-1 (Score Plot) que se refiere a la influencia de las muestras en la varianza y la

Figura 3-2 (Loading Plot) que se refiere la influencia de las variables en la varianza, las

gráficas del Análisis de Componentes principales muestran como los dos primeros



41

componentes principales explican un total del 75.37 % de la varianza de los datos

experimentales que son un grupo de combinaciones lineales encontrados para describir

la varianza de las muestras. Los resultados muestran separación significativa entre las

muestras a las tres diferentes temperaturas utilizadas, indicando cambios significativos

de textura en cada temperatura del proceso de secado; estudios indican que la dureza es

seriamente afectada al secar con aire caliente debido a los efectos del tratamiento

térmico sobre la estructura de la superficie [89].

La Figura 3-2 muestra la distribución de las variables texturales estudiadas (Dureza,

Fracturabilidad, Elasticidad, Cohesividad y Masticabilidad), indicando que la elasticidad y

la cohesividad están altamente relacionadas y tienen una relación inversa con la

fracturabilidad, al comparar las dos figuras podemos concluir que para la temperatura de

50°C están asociadas características como cohesividad y elasticidad, al igual que en las

muestras deshidratadas a una temperatura de 70°C; las muestras secadas a 70°C

presentan una mayor masticabilidad y dureza ya que la superposición de las Figuras 3-1

y 3-2 muestran que a esta temperatura las muestras se correlacionan mejor con estas

variables Igualmente sucede con las muestras deshidratadas a 60 ° C, que a diferencia

de las otras dos, se correlaciona de mas con la variable de fracturabilidad,

adicionalmente se ubica en un sector de dureza y masticabilidad intermedio con

respecto a las muestras de 50 y 70°C, esto se puede explicar debido a que el producto

entre más pierde agua va adquiriendo una estructura más frágil adquiriendo

fracturabilidad, pero al llegar a cierto punto la estructura comienza a formar una costra

alrededor de la muestra impidiendo la salida de agua, por lo cual la estructura pase de

ser fracturable a gomosa, para el tomate esta transición sucede entre 60 y 70°C . Gobbi

et al. [92] indican que para los productos deshidratados la crocancia es una propiedad

altamente aceptada por el consumidor, y que el valor de la fracturabilidad es proporcional

a la crocancia de un producto.

El proceso de secado en general altera drásticamente la textura del producto sin importar

como se lleva a cabo la transformación [89], debido a esto no se puede esperar que un

producto deshidratado tenga una textura similar a la de uno fresco, por eso se busca una

textura final que agrade al consumidor, y que junto a otras características de calidad

contribuya para que pueda ser aceptado comercialmente.


Figura 3-1 Análisis de componentes principales para las muestras de tomate secadas a diferentes temperaturas (Score plot)

Figura 3-2 Análisis de Componentes Principales PCA para las muestras de tomate secadas a diferentes temperaturas (Loading plot)


Se tomó como referencia normas y guías para frutas y vegetales deshidratados. La

norma británica, considera los parámetros microbiológicos y establece un número

máximo de coliformes totales de 25 UFC/g, ausencia de Salmonella y menos de 105

UFC/g mesófilos aerobios [55]. La norma peruana muestra las características establece



43

un número máximo de mesófilos aerobios de 100 UFC/g, coliformes totales menores a

500 UFC/ g, hongos y levaduras menores a 100 UFC / g y ausencia de Salmonella [56].

Finalmente se revisa la norma brasilera que establece como criterio 200 UFC/g de

coliformes totales y ausencia de Salmonella en 25 g [57]

Los resultados contenidos en la Tabla 3-3 indican que tanto para coliformes totales

donde el valor es menor a 3 UFC/g para todas las condiciones de proceso cumpliendo

con las especificaciones requeridas por las normas de referencia.

Tabla 3-3: Calidad microbiológica de tomate sometido a secado por aire caliente a

diferentes temperaturas.

Análisis 50°C 60°C 70°C

NMP coliformes totales UFC/g <3 <3 <3

Recuento de mesófilos UFC/g 37000 110 30

Salmonella(Presencia/Ausencia) Negativo Negativo Negativo

Mohos y levaduras UFC/g 900 70 150

El recuento de mesófilos a 50°C presenta valores altos con respecto a las otras

temperaturas, pero cumple con las especificaciones de la norma britanica que es la única

que referencia este parámetro microbiológico [55], la Salmonella no presenta ningún

problema debido a que para todas las condiciones de proceso no se detecta este

patógeno. Por último, el recuento de mohos y levaduras es uno de los principales

microorganismos que generan problema en los productos deshidratados, este parámetro

solo se cumple a la temperatura de 60°C ya que la norma peruana tiene como referencia

valores menores a 100 UFC/g [56].

En cuanto a la evaluación microbiológica de tomate deshidratado, los estudios similares

muestras conteos de coliformes, mesófilos aerobios, hongos y levaduras menores a 10

UFC/g [40, 68, 69], estos resultados se favorecen al bajo contenido de agua presente en

el producto, Otros estudios si encuentran microorganismos como mesófilos aerobios

(56000 UFC/g) y hongos (3600 UFC/g) indicando que dependiendo de las condiciones de


almacenamiento y exposición al ambiente algunos tomates no siempre cumplen con los

parámetros esperados [70]

3.3.5 Características antioxidantes

Carotenoides

El tomate fresco presenta un valor promedio de 30.07 mg de β-caroteno/100g de materia

seca. Los resultados de algunos estudios muestran contenidos de β-caroteno en el

mismo rango, con valores entre 50 y 60 mg de β- caroteno/100 mg de tomate [93]; en

otros estudios se establecen valores mucho menores de carotenoides, entre 0.5 y 1 µg

de β-caroteno / 100 g de tomate [35] y 0.4 y 0.8 mg β-caroteno/100 g de tomate para la

variedad Rio Grande de México [94] Estas diferencias se atribuyen a que el contenido de

carotenoides varía dependiendo del origen, las condiciones de cultivo y variedad. Para

investigaciones anteriores en tomate también se reportan valores más similares a los

encontrados para la variedad Chonto, presentando rangos entre 35 y 45 mg β-caroteno/

100 g materia seca de tomate [21, 95].

Tabla 3-4: Efecto de diferentes temperaturas de deshidratación sobre el contenido de

compuestos antioxidantes en tomate

Carotenoides Fenoles Totales Actividad antioxidante

(mg β-caroteno/ 100

g materia seca de

tomate)

(mg Ac. Cafeíco/ 100 g

de materia seca de

tomate)

(mmol Trolox/ 100 g de

materia seca de

tomate)

Fresco 30.07± 5.79 a 82.04±6.40 a 0.17±0.02 a

50°C 45.20±3.34 b 76.53±14.28 ab 0.16±0.03 a

60°C 45.67±4.53 b 69.90±7.34 ab 0.16±0.05 a

70°C 46.65±6.11 b 65.03±2.78 b 0.15±0.01 a

Adicionalmente, el contenido de carotenoides del tomate fue favorecido luego de ser

sometido a diferentes procesos térmicos como deshidratación, concentración, etc. Con

algunas excepciones en las que por ejemplo, el tomate hervido, horneado o freído pierde

carotenoides con respecto al fresco [88]. Sin embargo se han encontrado estudios



45

específicos para tomate deshidratado en el que existe incremento significativo de

carotenoides con respecto al contenido en fresco [6, 16, 31-33], correlacionando los

datos obtenidos con algunos estudios se obtienen valores de entre 45 y 60 mg

carotenos/100g de materia seca de tomate, indicando un comportamiento de los

carotenoides durante el secado similar para el tomate chonto utilizado en este trabajo

[21]. El procesamiento térmico aumentó significativamente el contenido de carotenoides

biodisponibles. Este aumento se debe principalmente al aumento de la liberación de

compuestos fitoquímicos de la matriz alimenticia que hace más fácil la extracción de

estos compuestos [96]. El procesamiento térmico del tomate, podría mejorar la

biodisponibilidad licopeno, principal caroteno en la fruta, rompiendo las células de las

paredes [97].

Fenoles Totales

Aunque existe tendencia a una disminución de los compuestos fenólicos, no se

encontraron cambios significativos (p>0.05) hasta la temperatura de 70°. Los estudios

encontrados muestran una diferencia de polifenoles en base húmeda, estos datos no

son comparables debido a que el contenido de agua de tomate fresco y deshidratado es

diferente, estos estudios muestran que los fenoles tienen tendencia a aumentar [35, 36].

Sin embargo al observar estudios que representen los resultados con base en la materia

seca de la fruta ya se puede observar una tendencia decreciente en los polifenoles

conforme se hace el secado [21]. Los tratamientos térmicos liberan compuestos

fenólicos, provocando la destrucción de algunos componentes celulares. Liberando

enzimas oxidativas que pueden destruir estos compuestos antioxidantes en frutas y

vegetales [98].

Actividad antioxidante

Los resultados muestran una tendencia decreciente, pero para ninguna temperatura hay

un cambio significativo en la actividad antioxidante (p>0.05), por lo cual se puede afirmar

que el secado no afecta la actividad antioxidante general del tomate. La mayoría de los

estudios muestran una actividad antioxidante inferior a la reportada [94, 99, 100],

infiriendo de esta manera que el tomate chonto tiene una actividad antioxidante alta. Sin

embargo para algunos artículos si se reporta una actividad antioxidante mayor que en el

chonto y con tendencia a incrementar esta actividad cuando se deshidrata [35], esto


puede ser debido a la presencia de otros componentes antioxidantes que en la variedad

chonto se encuentran en menor proporción [21]. La estabilidad de la actividad

antioxidante de los tomates se debe principalmente al efecto sinérgico que tienen los dos

principales grupos de compuestos bioactivos que son los carotenos y los fenoles, ya que

al haber un efecto positivo en el contenido de carotenos y negativo en los fenoles, la

actividad antioxidante se equilibra [97], conservando, para este caso, la actividad

antioxidante sin ningún cambio.

3.3.6 Microscopia electrónica de barrido

Figura 3-3: Microfotografías de pulpa de tomate deshidratado a 50, 60 y 70°C

La Figura 3-3 muestra microfotografías de pulpa de tomate deshidratado a diferentes

temperaturas. A 50°C fue observada una estructura correspondiente al mesocarpio del

tomate con curvas más suaves que indica que aún no hay daño estructural, se diferencia

claramente de las otras dos temperaturas ya que a 60°C y a 70°C se ven pliegues más

fuertes indicando un endurecimiento del endocarpio y mesocarpio que hace más

fracturable la estructura a esas temperaturas, las pruebas texturales indican que la

temperatura que más afecto la fracturabilidad fue 60°C y esto se ve confirmado en las

microfotografías ya que a esta temperatura los pliegues en el mesocarpio se ven en

mayor cantidad y más pronunciados, esto sucede principalmente porque la membrana

protoplasmática se ve afectada por la pérdida de la permeabilidad diferencial, la pérdida

de presión de turgencia en las células y la desnaturalización de la proteína durante el

secado [89].

50°C 60°C 70°C



47

Figura 3-4: Microfotografías de semilla de tomate deshidratada a 50, 60 y 70°C

La Figura 3-4 muestra las observaciones a diferentes temperaturas de secado de las

semillas ocurre lo mismo que para la pulpa pero para este caso los pliegues más

pronunciados se dan a 70°C e incluso se pueden observar pequeñas partículas a 70°C,

que pueden ser desprendimiento de la cubierta seminal debido a que la alta temperatura

vuelve quebradizos los tejidos de la episperma, esto se presenta debido a que la principal

función dentro de la semilla es la absorción de agua y la protección de la parte interna, al

evaporarse el agua mediante aire caliente la cubierta seminal se ve seriamente afectada

volviéndose porosa y dejando al descubierto la estructura interna de la semilla [87].

3.4 Conclusiones

El proceso de secado promueve cambios en las características de calidad de la fruta, es

recomendable secar las muestras de tomate a una temperatura no mayor a 60°C, para

evitar reacciones de pardeamiento y degradación de pigmentos que hacen que el color

del fruto se vea afectado presentando coloraciones marrones. Las características

texturales toman una mayor importancia debido a que a altas temperaturas el producto

adquiere fracturabilidad que es un factor importante en la aceptación de productos

deshidratados, esto se valida al observar las microfotografías que muestran la gran

diferencia en la estructura en la medida que aumenta la temperatura. El contenido de

carotenoides totales se ven favorecidos por el incremento de temperatura conservando

así la capacidad antioxidante del tomate.

50°C 60°C 70°C


4. Conclusiones y recomendaciones

4.1 Conclusiones

El estudio del proceso de secado en tomate indica que los modelos polinomiales de GAB

y Oswin describen las isotermas de sorción del tomate deshidratado. Sin embargo a

temperaturas superiores a 60°C el modelo de GAB tiene coeficientes de correlación más

altos y errores cuadráticos medios más bajos definiéndolo como la ecuación a utilizar

para hallar la humedad de equilibrio en tomate. Observando el comportamiento de las

isotermas de sorción las actividades de agua se encuentran en un rango entre 0.1 y 0.4

adquiriendo valores cercanos principalmente a 60 y 70 °C indicando que para estas dos

temperaturas los valores de humedad de equilibrio van a ser similares a condiciones de

humedad relativa igual.

La temperatura tiene influencia en la velocidad de secado del tomate mostrando cambios

en todos los parámetros estudiados (constante de velocidad de secado (k), tiempo de

proceso y difusividad efectiva). La velocidad del aire no tuvo influencia en ninguna de las

variables estudiadas, teniendo una baja incidencia en el tiempo de secado y en la

predicción de las curvas de secado. Los resultados del modelamiento muestran que las

ecuaciones empíricas son apropiadas para describir el comportamiento de las curvas de

secado de tomate, especialmente Page que tuvo un mejor ajuste estadístico con

coeficientes de correlación cercanos a uno y errores cuadráticos medios más cercanos a

cero.

Los parámetros fisicoquímicos influyentes en el tomate deshidratado comercial son la

actividad de agua y la humedad, debido a la naturaleza de la fruta que posee un

contenido de agua superior a 90%. El color y la textura son medidas instrumentales que

se pueden correlacionar más con la aceptación sensorial, ya que las pruebas hedónicas



49

realizadas demuestran que el consumidor prefiere tomate con tonalidad roja

característica y siente desagrado por colores amarillos o marrones causados por el

pardeamiento, la propiedad textural más aceptada es la fracturabilidad y las menos

aceptadas son una dureza y una masticabilidad alta. También son los parámetros de

calidad más afectados por la temperatura de secado, debido a que los procesos térmicos

producen reacciones de caramelización de azúcares afectando la tonalidad roja

característica del tomate. La textura se ve afectada por el incremento de la fracturabilidad

y la pérdida de dureza y masticabilidad en la pulpa de la fruta.

Las pruebas realizadas para componentes antioxidantes indican que el secado afecta en

forma significativa (p< 0,05) la concentración de carotenoides totales y compuestos

fenólicos sin afectar la actividad antioxidante conservándose sin variaciones durante el

proceso en cada una de las temperaturas estudiadas. El contenido de carotenoides

totales aumenta su por la temperatura confirmando la hipótesis de que estos compuestos

se ven favorecidos por los procesos térmicos. El contenido de fenoles se ve afectado por

la deshidratación obteniendo un valor significativamente bajo a 70°C con respecto al

tomate fresco.

4.2 Recomendaciones

Para asegurar la reproducibilidad de las curvas de secado y todos los parámetros

relacionados con el modelamiento del proceso es necesario que la cámara experimental

tenga unas características definidas como un sistema de control de temperatura que

asegure que el proceso sea isotérmico y una balanza de precisión que asegure una

sensibilidad a los cambios de peso del producto con respecto al tiempo facilitando los

cálculos posteriores.

Para obtener un producto que conserve las características de calidad fisicoquímica y

antioxidante se recomienda secar la fruta a una temperatura no mayor a 60°C ya que a

partir de esta temperatura se comienza a ver la pérdida de componentes fenólicos, y las

reacciones de caramelización de azúcares se aceleran produciendo pardeamiento en el

producto.


5. Resultados académicos

Evento: IICTA 2012, I Congreso Internacional en Investigación e Innovación en Ciencia y

Tecnología de Alimentos. Bogotá, Colombia

Fecha: Junio 13-15 de 2012

Titulo del Trabajo: Color y textura, características asociadas a la calidad de tomate

deshidratado

Autores: Diana Moreno Guarín, Hernán Sierra Hoyos, Consuelo Díaz Moreno

Presentación: Ponencia Oral

Evento: ENID 2012 Encuentro Nacional de Investigación y Desarrollo. Bogotá, Colombia.

Fecha: Agosto 29-31 de 2012

Titulo del Trabajo: Influencia de las temperaturas del proceso de secado por aire

caliente en las características de calidad de tomate (Lycopersicum esculentum)

Autores: Diana Moreno Guarín, Consuelo Díaz Moreno


Evento: SPA 2012 Seminario Internacional de Secado de Productos Agrícolas. Bogotá,

Colombia

Fecha: Octubre 24-26 de 2012

Titulo del Trabajo: Influencia del secado por aire caliente en la velocidad de secado y

difusividad efectiva del tomate a diferentes estados de madurez





51

Evento: CICYTAC 2012. IV Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología de los

Alimentos. Cordoba, Argentina.

Fecha: Noviembre 14-16 de 2012

Titulo del Trabajo: Estudio de las curvas de secado de tomate (Lycopersicum

esculentum) bajo diferentes condiciones de temperatura y velocidad



En el documento Participación en eventos se encuentran los artículos publicados en

memorias y el certificado de ponencia del IV congreso de ciencia y tecnología de los

alimentos ya que aun no se han emitido las respectivas memorias.

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Evaluación y estandarización de las condiciones del ...bdigital.unal.edu.co/10795/1/01107497.2012.pdfEvaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación