MODELACIÓN DE LA CINÉTICA DE DIFUSIÓN-ADSORCIÓN

DE 1- METILCICLOPROPENO (1-MCP) EN MANZANAS Y MATERIALES «NO

OBJETIVO»EN CUARTOS DE ALMACENAMIENTO

Operaciones Unitarias II

Universidad de SonoraIngeniería Química

Herrera Mendoza Marisol210212728

Jueves 05 de Junio del 2014

MODELACIÓN DE LA CINÉTICA DE DIFUSIÓN-ADSORCIÓN DE 1- METILCICLOPROPENO (1-MCP) EN MANZANAS Y

MATERIALES «NO OBJETIVO» EN CUARTOS DE ALMACENAMIENTO

Alemayehu Ambaw, Pieter Verboven, Mulugeta Delele, Bart M. Nicolaï,

BIOSYST-MeBioS5 páginas

Bélgica

Centro de Tecnología de Poscosecha Leuven, BélgicaDepartamento de Horticultura de la Universidad del Estado de

Michigan

Contenido:1. Introducción

2. Materiales y Métodos

2.1 Manzana y materiales sólidos “no objetivo”

investigados

2.2 Exposición de gas

2.3 Formulación del modelo

3. Resultados

4. Conclusiones

INTRODUCCIÓN

1-metilciclopropeno• Regulador vegetal• Inhibidor de la acción del etileno• Exposiciones bajas (0.2 µL/L)• Muy utilizado a nivel comercial

para manzanas• Compite con el etileno por el sitio

activo en las proteínas de membrana receptoras del etileno

Etileno

• Se halla en forma natural en las plantas

• Fitohormona responsable de los procesos de estrés en las plantas, así como la maduración de los frutos

1-Metilciclopropeno (1-MCP) ha demostrado suprimir las respuestas de etileno, extender la vida útil y la calidad de numerosas frutas y verduras.

• Manzanas• Tomates• Aguacates

En una formulación comercial está complejado con E-ciclodextrina para formar un polvo que proporciona un alcance más estable, cómodo y seguro para almacenar y transportar.

El objetivo principal de este trabajo de investigación es desarrollar un modelo de

difusión-adsorción multifase acoplada de 1-MCP en las manzanas y los materiales «no objetivo»

para determinar los parámetros de difusión y de adsorción relevantes para diferentes materiales

y las manzanas.

MATERIALES Y MÉTODOS

Manzana y materiales sólidos “no objetivo” investigados• Manzanas Golden Delicious compradas en

diciembre de 2008 en una subasta local en Bélgica.

• Los frutos utilizados en la prueba fueron almacenados a 1% de O2, 1,5 % de CO2 y 1 °C.

• Libres de defectos visuales.

• Las frutas se mantuvieron a 1 °C en el aire normal antes y durante el experimento.

El volumen y el peso de las manzanas que se utilizaron en la prueba fueron 234 ml ± 14 ml y 211 g ± 12,7 g. Las superficies de las manzanas fueron 238 ± 10 cm2.

Otros materiales incluidos en la investigación (contenedores): Polietileno de alta densidad Roble Madera de álamo Cartón ondulado

Exposición de gasLas muestras fueron colocados individualmente en tarros herméticos de cristal equipado con membrana de caucho y sostenidos en 1°C.

El gas 1-MCP fue añadido al tarro de tratamiento por el espacio de cabeza de otro tarro de cristal que contiene el gas 1-MCP en una concentración de 2 µL/L mediante una perilla de caucho.

Figura 1 Foto de la puesta en marcha de las pruebas: (a) stock generación de gas 1-MCP; (b) la transferencia de gas a tarros de prueba; (c) tarros de prueba con manzanas; (d) el tarro de prueba con material de polietileno de alta densidad. La temperatura de los experimentos fue de 1 ° C

La fuente de gas se preparó mezclando 2 ml de agua destilada a 0.0062 g polvo SmartFreshTM en una botella de vidrio con un volumen de 75 ml, 4 cm de diámetro y 8 cm de altura.

Una muestra de gas de 10 ml se inyectó en un cromatógrafo de gases equipado con 15 metros de largo, 0.53 mm de diámetro interno, columna de acero inoxidable, y equipado con un detector de ionización.

Formulación de modelosEl modelo se basa en la segunda ley de Fick de la difusión y fue resuelto utilizando el método de los elementos finitos

«La segunda ley de Fick se utiliza cuando la difusión es en estado no estacionario, en los que el

coeficiente de difusión es independiente del

tiempo.»

Figura 2 Malla de elementos finitos del modelo geométrico de muestras representativas: (a) modelo tridimensional (3D) de manzana; (b) el modelo 3D de material roble;

La ecuación fundamental a resolver es el equilibrio de conservación de masas para el gas 1-MCP dentro del tarro. El transporte en el espacio se describe mediante la pura difusión:

Dónde:Ca (mol/m3) = concentración de gas 1-MCP en la fase gasDa (m2/s) = coeficiente de difusión de 1 -MCP en el aire

La adsorción fue asumida irreversible y se da por:

Dónde:Ca (mol/m3) = concentración de gas 1-MCP en fase gaseosa en los poros sólidosS (mol/m3) = concentración de sitios activos de adsorción por unidad de volumen de sólidosCS (mol/m3 ) = concentración de adsorbente irreversible de gas 1-MCP por unidad de volumen de un sólidoKS (m3/mol.s) = velocidad de adsorción constante por sitio de enlace.

La ecuación de difusión-adsorción se lee:

Dónde:CS max (mol/m3) = cantidad total de sitios activos disponibles por unidad de volumen sólido (S = Cs max - CS) DS (m2/s) = difusividad efectiva de gas 1-MCP en el sólido.

Las condiciones iniciales y de frontera en las paredes del tarro fueron dadas por la ecuación (5) y la ecuación (6), respectivamente:

Donde n es el vector unitario normal.

RESULTADOS

• La concentración 1-MCP en el tarro de prueba disminuyó para todos los materiales de la muestra en la investigación, pero era estable para un tarro vacío.

• Los parámetros considerados fueron la difusividad efectiva, constante de velocidad de adsorción y de la concentración de 1- MCP sitios de enlace por unidad de volumen del sólido.

• Los valores de R2 oscila desde 0,994 hasta 0,927.

Tabla 1 Propiedades de difusión estimadas del gas 1-MCP en los materiales indicados «no objetivo», basados en datos experimentales obtenidos de pedazos de la muestra sostenidos en 1°C y con concentración inicial de 1 µL/L

Material Tratamiento DS

[x10-9 m2/s]KS

[m3/m.s]CS max

[x10-3 mol/m3] R2

RobleSeco 16.2 ± 5.06 6.50 ± 0.82 0.21 ± 0.01 0.994

Mojado 15.6 ± 3.15 7.15 ± 0.62 0.23 ± 0.01 0.984

Madera de álamo

Seco 24.7 ± 6.21 1.79 ± 0.63 1.00 ± 0.81 0.964

Mojado 20.00 ± 7.21 1.80 ± 0.63 1.10 ± 0.85 0.959

Polietileno de alta densidad

Seco 0.002 ± 0.0009 1.59 ± 0.46 1.80 ± 0.60 0.927

Mojado 0.002 ± 0.0009 1.57 ± 0.66 1.78 ± 0.58 0.912

RevestimientoSeco 2.0 ± 0.20 0.92 ± 0.41 3.00 ± 0.02 0.956

Mojado 1.74 ± 0.01 2.97 ± 0.81 4.00 ± 0.02 0.978

Manzana G. Delicious 23.6 ± 1.17 3.49 ± 0.98 0.06 ± 0.01 0.972

Horas

1-M

CP re

stam

te (%

)

Ajuste del modelo a los datos experimentales que muestran el efecto del material sobre la absorción de 1-MCP en 1 ° C para seco

1-M

CP re

stam

te (%

)

Ajuste del modelo a los datos experimentales que muestran el efecto del material sobre la absorción de 1-MCP en 1 ° C para mojado

Horas

Coeficiente de difusión10-9 m2/s

Coeficiente de adsorción 101 m3/mol.s

Concentración del sitio activo de los sólidos10-4 mol/m3

CONCLUSIONES

• Se ha demostrado que un modelo de elementos finitos puede proporcionar una herramienta potencial para predecir el comportamiento de la difusión y adsorción de gas 1-MCP.

• El método era eficiente y la exactitud de la predicción por el modelo desarrollado fue bueno.

• El conocimiento desarrollado sobre la difusión y adsorción de gas 1-MCP de varios materiales son nuevas adiciones al conocimiento sobre 1-MCP.

GRACIAS POR SUATENCIÓN