Secado convectivo de alimentos

D. Acevedo 1; W. Acevedo 2; L. Beltrán 2

Universidad de Cartagena

Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería de Alimentos

Operaciones Unitarias I

Cartagena, junio 3 de 2014

1, Docente Universidad de Cartagena ,2 Estudiante de Ingeniería de Alimentos,

RESUMEN

En un secador de bandeja se secaron tres muestras de 3 tipos de queso con distintos grado de humedad,

los cuales fueron mozzarella, parmesano y costeño. Se tomaron intervalos de tiempo de cinco minutos para

tomar las medidas del peso de cada muestra. La velocidad media del aire en el interior del secador fue de

1,6 m/s y una temperatura de 74°C, la más alta alcanzada por el secador para que se retirara humedad del

alimento más rápidamente. Se observó que el queso que más rápidamente perdió humedad fue el costeño

(perdió 0.8 g) ya que este contiene más agua que los otros quesos utilizados. El objetivo de esta práctica

fue determinar el contenido de humedad de las variedades de queso parmesano, mozzarella y costeño y

establecer comparaciones entre estos.

Palabras claves: contenido de humedad, mozzarella, parmesano, queso, secador.

ABSTRACT

In a tray dryer three samples of 3 types of cheese were dried with different moisture content, which was

mozzarella, parmesan and coastal. Intervals of five minutes were taken to take weight measurements of

each sample. The average speed of the air inside the dryer was 1.6 m / s and a temperature of 74 ° C, the

highest reached by the dryer so that feed moisture quickly withdraw. It was observed that the cheese

moisture was lost faster costeño (lost 0.8 g) because it contains more water than the other cheeses used.

The purpose of this lab was to determine the moisture content of the varieties of Parmesan, mozzarella and

coastal and comparisons between them.

Keywords: cheese, mozzarella, parmesan, moisture content, hairdryer.

1. INTRODUCCIÓN

El término secado significa la remoción de cantidades de agua relativamente pequeñas de cierto material. El

secado o deshidratación de materiales biológicos (en especial los alimentos), se usa también como técnica

de preservación. Los microorganismos que provocan la descomposición de los alimentos no pueden crecer

y multiplicarse en ausencia de agua. Además, muchas de las enzimas que causan los cambios químicos en

alimentos y otros materiales biológicos no pueden funcionar sin agua. Los métodos y procesos de secado

se clasifican de diferentes maneras; se dividen en procesos de lotes, cuando el material se introduce en el

equipo de secado y el proceso se verifica por un periodo; o continuos, si el material se añade sin

interrupción al equipo de secado y se obtiene material seco con régimen continuo. En los equipos utilizados

para esta operación unitaria se encuentra el secador de bandejas, que también se llama secador de

anaqueles, de gabinete, o de compartimientos, el material, que puede ser un sólido en forma de terrones o

una pasta, se esparce uniformemente sobre una bandeja de metal de 10 a 100 mm de profundidad. Un

secador de bandejas típico, tiene bandejas que se cargan y se descargan de un gabinete. Un ventilador

recircula aire calentado con vapor paralelamente sobre la superficie de las bandejas. También se usa calor

eléctrico, en especial cuando el calentamiento es bajo. Más o menos del 10 al 20% del aire que pasa sobre

las bandejas es nuevo, y el resto es aire recirculado (McCabe, 1998). Una variación de este tipo de secador

fue el utilizado en nuestra practica en el que el producto a secar se colocaba en una capsula encima de las

bandejas, es decir sin esparcimiento del alimento en la bandeja.

Por otro lado tenemos que la humedad H de una mezcla aire-vapor de agua se define como los kilogramos

de vapor de agua por kilogramo de aire seco. Esta definición de la humedad sólo depende de la presión

parcial PA del vapor de agua en el aire y de la presión total P. Así mismo vemos que, el porcentaje de

humedad HP se define como 100 multiplicado por la humedad real H del aire, dividida entre la humedad Hs

que tendría el aire si estuviera saturado a esa misma temperatura y presión (Geankoplis, 1998). De esta

manera evaluaremos lo que se realizó en la práctica de laboratorio con quesos con diferentes contenidos de

humedad.

El queso es un alimento sólido elaborado a partir de la leche cuajada

de vaca, cabra, oveja, búfala, camello u otros mamíferos rumiantes. La leche es inducida a cuajarse usando

una combinación de cuajo (o algún sustituto) y acidificación. Las bacterias se encargan de acidificar la leche,

jugando también un papel importante en la definición de la textura y el sabor de la mayoría de los quesos.

Algunos también contienen mohos, tanto en la superficie exterior como en el interior.

2. MATERIALES Y EQUIPOS

Queso costeño

Queso parmesano

Queso mozzarella

Secador de bandeja

Balanza analítica

Vidrio de reloj

3. METODOLOGÍA

Cada tipo de queso, tanto el costeño como el parmesano y el mozzarella se cortaron en láminas delgadas

para asegurar un mejor secado del producto y se pesaron. Estas muestras se colocaron en cápsulas que

fueron introducidas en el secador de bandeja, que constaba de tres bandejas con diferentes velocidades de

aire caliente. Los quesos se colocaron en la bandeja número en la que se alcanzaba la velocidad de aire

mayor, que fue 1.6 m/s. El aire del secador se calienta por medio de cuatro resistencias que programamos a

la vez, es decir, R1+R2+R3+R4, para trabajar con la temperatura más alta que alcanzaba el secador que es

de 74°C. De esta manera se colocaron las muestras dentro del secador y cada cinco minutos se registró el

peso de cada queso para observar la pérdida de peso.

Para los cálculos del contenido de humedad se utilizaron las siguientes ecuaciones

H = O. 622 PA

P−PA (1)

Donde PA es la presión parcial del vapor de agua y P es la presión total.

El contenido de humedad en equilibrio se cal calculó graficando el contenido de agua en equilibrio vs

humedad relativa el cual se utilizó la siguiente ecuación:

HR = 100PA

PAS

(2)

Donde PA es la presión parcial del vapor de agua y PAS es la presión de vapor de agua pura. La humedad

libre se computó por la siguiente ecuación:

Humedad libre = Kg de H2O

100 Kg de materialx 100 (3)

Curvas de velocidad de secado para condiciones de secado constante.

Xt = W−WS

WS Kg totales de agua

Kg de sólido seco (4)

Se calcula entonces la velocidad R para cada punto con la expresión

R = −LS

A

dx

dt (5)

Para el cálculo de la humedad en equilibrio utilizamos loa siguiente ecuación:

XT−X∗

XT1−X∗ =X

X1 (6)

Donde XT= contenido medio de humedad total para el tiempo tT

X= contenido medio de humedad libre para el tiempo tT

X*= humedad de equilibrio

XT1= contenido de humedad al comenzar el secado cuando t=0

X1= contenido inicial de humedad libre

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la siguiente tabla encontramos los valores del peso de los quesos conforme pasaba el tiempo de secado

Tiempo Peso(g)

Parmesano

Peso (g) Costeño Peso (g) Mozzarella

5’ 2.7 2.6 2.7

10’ 2.6 2.4 2.7

15’ 2.5 2.2 2.7

20’ 2.4 2.1 2.7

25’ 2.4 2 2.6

30’ 2.4 2 2.6

35’ 2.4 1.8 2.5

40’ 2.4 1.8 2.5

45’ 2.4 1.8 2.5

50’ 2.3 1.8 2.4

Tabla 1. Peso de los quesos parmesano, costeño y mozzarella a cada 5 minutos de secado.

De la tabla vemos que el tipo de queso que más rápido perdió agua fue el queso costeño, esto se debe a

que es un queso blando, sin maduración, es decir fresco; siguiendo con el queso parmesano que en su

apariencia se ve bastante seco, comenzó perdiendo peso rápidamente, llegando a un punto en el que se

mantuvo constante durante un tiempo hasta que volvió a variar. Esto se puede atribuir a que la mayor parte

del agua presente en este tipo de queso se encuentra de manera superficial y el agua que esta mas

adentro del producto o más internamente es más difícil de extraer y necesito más tiempo para que se

volviera a presentar la variación del peso. Por su lado el queso mozzarella fue el que más tardo para

presentar variación de peso, por supuesto debido a su bajo contenido de agua, esta es más difícil de extraer

que la de otros quesos como el costeño, a pesar de que ambos son un tipo de queso fresco, el mozzarella

es mas graso.

Contenido de humedad

Aplicando la ecuación (1) tenemos:

A 20°c la presión parcial del vapor de agua es 1.4025 Kpa y la presión del vapor de agua es 2.3385 Kpa

H = O. 622 1.0425

101,32−1.0425= 0.00646

Kg de H2O

Kg de aire seco (7)

HS = O. 622 2.3385

101,32−2.3385= 0.0147

Kg de H2O

Kg de aire seco (8)

De la ecuación (2) tenemos:

HR = 1001.402

2.338= 59.9% (9)

Para el queso parmesano tenemos la estimación de la humedad en equilibrio calculada por extrapolación

como se muestra en la figura 1.

Para determinar la humedad de equilibrio de la figura 1 por extrapolación calculamos la pendiente

m =YB−YA

XB−XA (10)

m = 2.3−2.4

50−45= −2.85 ∗ 10−3 (11)

y = −0,02 + n

Para predecir el resultado se escogió uno de estos dos puntos (50, 2.3) y (45, 2.4)

2.4 = −0,02 ∗ 45 + n (12)

n = 3,3

El peso a los 55 minutos será

y = −0,02(55) +

3,3 = 2,2

(13)

y = -0,0067x + 2,6333R² = 0,7333

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

2,55

2,6

2,65

2,7

2,75

0 10 20 30 40 50 60

masa(g)

tiempo(h)

Figura 1. Estimación de humedad en equilibrio por extrapolación del queso parmesano

Para el caso del queso costeño tenemos que la figura 2 nos muestra como fue el contenido de humedad en

equilibrio.

Para determinar la humedad de equilibrio de la figura 2 por extrapolación calculamos la pendiente

m =YB−YA

XB−XA (14)

m = 1.7−1.8

50−45= −0.02 (15)

Para predecir el resultado se escogió uno de estos dos puntos (50, 1,7) y (45, 1,8)

y = −0,02 ∗ x + n (16)

1.8 = −0,02 ∗ 45 + n (17)

n = 2.7

Ahora podemos obtener el peso a los 55 minutos

y = −0,02 ∗ 55 + 2.7 = 1.6 (18)

Figura 2. Estimación de humedad en equilibrio por extrapolación del queso costeño

Para el queso mozzarella tenemos cálculos análogos

Para determinar la humedad de equilibrio de la figura 3 por extrapolación calculamos la pendiente

m =YB−YA

XB−XA (19)

m = 2.4−2.5

50−45= −0.02 (20)

y = -0,0184x + 2,5467R² = 0,9164

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 10 20 30 40 50 60

masa(g)

tiempo(h)

Para predecir el resultado se escogió uno de estos dos puntos (50, 2,4) y (45, 2,5)

y = −0,02 ∗ x + n (21)

2.5 = −0,02 ∗ 45 + n (22)

n = 3.4

Ahora podemos obtener el peso a los 55 minutos

y = −0,02 ∗ 55 + 3.4 = 2.3 (23)

Figura 3. Estimación de humedad en equilibrio por extrapolación del queso mozzarella

5. CONCLUSIÓN

Finalmente podemos concluir que el secado es un método efectivo a la hora de deshidratar alimentos

sólidos y que ayudará no solo a conservar dicho alimento por más tiempo sino también que mantendrá las

características nutricionales y sensoriales del producto. De acuerdo con lo realizado en la práctica podemos

concluir que el contenido de humedad del queso costeño es mayor en relación a la del queso parmesano y

mozzarella.

6. REFERENCIAS

Christie J. Geankoplis, Procesos de transporte y operaciones unitarias. Tercera edición 579- 596. University

of Minnesota, CECSA. Minnesota. Estados Unidos. 1998

Warren l. McCabe, Operaciones unitarias en ingeniería química. Cuarta edición. 821-825. North Carolina

State University, McGraw-Hill. Carolina Del Norte. Estados Unidos. 1998.

y = -0,0069x + 2,78R² = 0,9033

2,35

2,4

2,45

2,5

2,55

2,6

2,65

2,7

2,75

2,8

0 10 20 30 40 50 60

masa(g)

tiempo(h)