ISOTERMAS, HUMEDADES DE MONOCAPA Y CALORES DE SORCIÓN DE AGUA EN GRANOS DE QUINUA Juan de Dios Alvarado

Transcripción

1 UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO ECUADOR FACULTAD DE CIENCIA E INGENIERÍA EN ALIMENTOS ISOTERMAS, HUMEDADES DE MONOCAPA Y CALORES DE SORCIÓN DE AGUA EN GRANOS DE QUINUA Juan de Dios Alvarado Congreso Mundial de la Quinua Universidad Técnica de Norte. Ibarra-Ecuador

2 Granos de quinua y corte transversal de una semilla (Fuente Latinreco S.A. Wahli, 1990).

3 MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizaron tres tipos de granos de quinua (chenopodium quinoa) con las características que se indican a continuación, valores promedios de 15 determinaciones. Quinua dulce recién cosechada, variedad Piartal cultivada en Cunchibamba provincia de Tungurahua, humedad 20,8 [g/100 g], contenido de saponinas 0,62 [mg/ g], diámetro promedio 2,04 [mm], grosor 1,02 [mm], densidad aparente 732 [kg/m 3 ], densidad real o verdadera 1250 [kg/m 3 ], espacios libres 0,414. Quinua amarga recién cosechada, variedad Imbaya cultivada en Colta provincia de Chimborazo, humedad 24,4 [g/100 g], contenido de saponinas 3,03 [mg/g], diámetro promedio 2,20 [mm], grosor 0,99 [mm], densidad aparente 728 [kg/ m 3 ], densidad real o verdadera 1237 [kg/m 3 ], espacios libres 0,412. Quinua amarga recién cosechada y desamargada, mediante lavado vigoroso en licuadora industrial de 20 litros de capacidad a 3500 revoluciones por minuto, humedad 31,0 [g/100 g], contenido de saponinas 0,28 [mg/g], diámetro promedio 2,33 [mm], grosor 1,12 [mm], densidad aparente 719 [kg/m 3 ], densidad real o verdadera 1211 [kg/m 3 ], espacios libres 0,406.

4 RESULTADOS Isotermas en desorción determinadas en granos de quinua dulce (sin lavar) a 20 C ( ); 25 C ( ) y 30 C ( ).

5 RESULTADOS Isotermas en desorción determinadas en granos de quinua amarga (sin lavar) a 20 C ( ); 25 C ( ) y 30 C ( ).

6 RESULTADOS Isotermas en desorción determinadas en granos de quinua desamargada (lavada) a 20 C ( ); 25 C ( ) y 30 C ( ).

7 HUMEDAD DE MONOCAPA

8 El modelo más utilizado para describir isotermas en alimentos es conocido como isoterma GAB (Guggenheim-Anderson-de Boer). Según Labuza y Altunakar (2007) la parte básica del modelo es la inclusión del concepto de monocapa, el cual puede ser obtenido por: M = (M 0 k c a w ) / (1 k a w ) (1 k a w + c k a w ) La ecuación modificada es: (a w /M) = (k/m 0 ) ((1/c) 1) a w 2 + (1/M 0 ) (1 (2/c)) a w + (1/M 0 k c) Reordenando a una forma polinómica, se obtiene: (a w /M) = α a w 2 + β a w + γ En consecuencia: α = (k/m 0 ) ((1/c) 1); β = (1/M 0 ) (1 (2/c)); γ = (1/M 0 k c)

9 Representación del modelo GAB con datos de isotermas determinadas en granos de quinua dulce (sin lavar) a 20 C ( ); 25 C ( ) y 30 C ( ).

10 Valores de los términos del Modelo GAB para isotermas de granos de quinua dulce, amarga (sin lavar) y desamargada (lavada) a tres temperaturas. Ecuación polinómica: (a w /M) = α a w 2 + β a w + γ QUINUA DULCE QUINUA AMARGA QUINUA DESAMARGADA Temperatura 20 C 25 C 30 C 20 C 25 C 30 C 20 C 25 C 30 C Términos del polinomio α 0, , , , , , , , ,19467 β 0, , , , , , , , ,18774 γ 0, , , , , , , , ,01068 R 2 0,996 0,995 0,993 0,963 0,950 0,934 0,999 0,999 0,998 (%E) 2,05 2,12 2,29 3,66 4,27 4,93 1,34 0,45 1,56 Términos del Modelo GAB k 0,6550 0,6622 0,6717 0,7295 0,7341 0,7367 0,9656 0,9768 0,9820 c 24, , , , , ,9870 6, , ,900 M 0 [g/100 g.s.] 9,2 8,2 7,9 7,3 7,0 6,8 4,5 4,4 4,3 Índices derivados M m (a w = 0,79) [g/100 g.s.] 18,0 17,5 17,2 18,0 17,3 17,0 25,0 23,0 20,0 M m / M 0 1,96 2,13 2,18 2,47 2,47 2,50 5,56 5,23 4,65 A [m 2 /g]

11 CALOR DE SORCIÓN DE MONOCAPA Gráfico tipo Arrhenius para valores de la constante de Guggenheim del modelo GAB que relaciona el calor de sorción de monocapa con el de multicapas en granos de quinua.

12 Se establecieron diferencias marcadas en los valores del calor de sorción de monocapa, pues está íntimamente ligado a las características superficiales de sorbente. El valor menor se encuentra en la quinua dulce 48 [kj/g mol], es más alto en la quinua amarga 53 [kj/g mol], por tener membranas exteriores rugosas que contienen las saponinas. Se destaca el valor registrado en los granos de quinua lavada, 124 [kj/g mol], un poco más del doble de los valores de los granos sin lavar.

13 CALOR DE SORCIÓN DE MULTICAPAS Gráfico tipo Arrhenius para valores de la constante del modelo GAB que relaciona el calor de sorción de multicapas con la masa líquida en granos de quinua.

14 Los datos de calor de sorción en multicapas son ligeramente más altos que el calor de vaporización del agua, en el orden de 45 [kj/g mol] con relación a 44 [kj/g mol] para el agua pura a 25 C, las diferencias registradas entre las variedades y por efecto del lavado son pequeñas, entre quinua dulce y quinua amarga son del 2,5%. Lo anterior se explica pues el modelo asume una adsorción física localizada en multicapas sin interacciones laterales; sin embargo las moléculas de multicapa tienen alguna interacción con el sorbente (Labuza y Altunakar, 2010).

15 CALOR ISOSTÉRICO Efecto de la humedad de equilibrio sobre el exceso de calor isostérico de desorción en granos de quinua. ( quinua dulce, variedad Piartal. quinua amarga variedad Imbaya. quinua amarga lavada. quinua variedad real datos publicados por Tolaba y col. 2004).

16 Una de las ecuaciones más utilizadas para la determinación del calor de sorción total o mejor llamado exceso de calor de sorción, es la ecuación de Clausiuis-Clapeyron, la cual es: ln (a w2 / a w1 ) = (Q s /R) ((1/T a1 ) (1/T a2 )) donde a w2 y a w1 son las actividades acuosas a las temperaturas absolutas T a2 y T a1, respectivamente; Q s es el exceso de calor de sorción que es función de la humedad y R es la constante de los gases.

17 Cuando se compara los valores presentados por Tolaba y colaboradores (2004), para granos de quinua variedad Real, prácticamente no existen diferencias con los valores de las variedades Piartal e Imbaya, las líneas de tendencia se superponen, valores superiores se registran en los granos de quinua amarga lavada, atribuible al proceso de desamargado. El lavado de los granos de quinua para disminuir al mínimo el contenido de saponinas amargas, provoca cambios en la estructura superficial de los granos, los valores del exceso de calor de sorción son consistentemente más altos. Tolaba, M.P.; Peltzer, M. Enriquez, N. and Pollio, M.L Grain sorption equilibria of quinoa grains. J. Food Eng., 61:

18 CONCLUSIONES El Modelo GAB es adecuado para describir las isotermas de granos de quinua dulce, amarga por la presencia de saponinas y desamargados por lavado vigoroso. La humedad de monocapa que corresponde a la mayor estabilidad de los granos de quinua, es diferente para las variedades o cuando los granos son lavados, aumenta ligeramente conforme se incrementa la temperatura de almacenamiento. Valores determinados a 20 C y expresados en base húmeda [g/100 g] son: 8,4 para la quinua dulce, 6,8 para quinua amarga y 4,3 para los granos de quinua lavados.

19 Los valores del calor de sorción de multicapas son similares en los tres casos analizados. En cambio los valores del calor de sorción de monocapa muestran diferencias entre las variedades dulce y amarga, marcadas diferencias se observan en los granos lavados los que requieren una mayor cantidad de energía para deshidratarlos o rehidratarlos, lo anterior se atribuye a cambios profundos en la estructura anatómica de los granos por la pérdida de las membranas exteriores que contienen la saponina y el efecto de la membrana que cubre al embrión, en la que posiblemente aparecen un mayor número de sitios primarios de adsorción del agua con mayores energías de ligazón. Los datos del exceso de calor de sorción o calor isostérico a diferentes humedades de equilibrio son similares para las distintas variedades de quinua, incluida una variedad cultivada en Argentina, el desamargado provoca un incremento en estos valores.

20 AGRADECIMIENTO A la Universidad Técnica de Ambato (UTA) por financiar los trabajos a través de proyectos internos del Centro de Investigaciones (CENI), a la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Alimentos (FCIAL) por el apoyo y facilitar sus instalaciones. A los organizadores del Congreso Mundial de la Quinua por hacer posible esta presentación. A todos los presentes por la paciencia.