estudiocomportamiento

Revista Investigaciones Aplicadas No. # (Año) pp-pp Publicada en línea por la Universidad Pontificia Bolivariana http://convena.upb.edu.co/~revistaaplicada ISSN

ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LA CINÉTICA DE SECADO DE LA CITROPULPA

PARA SU APROVECHAMIENTO EN LA ELABORACIÓN DE ALIMENTOS CONCENTRADOS

PARA ANIMALES.

Mónica Marcela Omaña Yáñez (Autor Uno)*†, Autor Dos*, Autor Tres**

*Universidad Pontificia Bolivariana, Cq. 1 #70-01, of. 11-259, Medellín, Colombia,

**Filiación Institucional Autor 2

Recibido ## Mes año; aceptado ## Mes año Disponible en línea: ## Mes año

Resumen: el manejo de la citropulpa como subproducto de la línea de cítricos, tiene grandes beneficios para tres partes principalmente, La industria de jugos cítricos, disminución de gastos de disposición por un desperdicio, la industria de alimentos concentrados para animales, disminución de un porcentaje en costos de importación de algunas materias primas necesarias para cumplir con el valor nutricional en sus productos finales. Por ultimo con el ambiente, ahorro de espacio en el relleno sanitario. Nuestro interés es estudiar la cinética de secado de la citropulpa -obtenida de la especie de naranja Valencia (Citrus sinensis, Osbek)-, destinada para la elaboración de concentrados para animales, suministrando de esta forma parámetros para el diseño de un secador solar híbrido a escala piloto, mejorando así las condiciones actuales de secado, obteniendo un producto que cumpla con requisitos físico-químico, microbiológicos y organolépticos; garantizando estándares de calidad e higiene. Copyright © 2007 UPB. Abstract:

The citrus pulp is a byproduct of the line of citrus, that has large benefits for three parts chiefly, the industry of citrus juices, disposition expenses decrease by a waste, the industry of food concentrated for animals, decrease of a percentage in costs of importing of some necessary commodities to comply with the nutritious value in its final products. By I finalize with the environment, savings of space in the sanitary backfill.

Our interest is to study the kinetic one of dried of the citrus pulp -obtained of the species of orange Valencia (Citrus sinensis, Osbek) -, destined for the elaboration of concentrated for animals, supplying in this way parameters for the design of a hybrid solar dryer to pilot scale, improving thus the current conditions of dried, obtaining a

† Autor al que se le dirige la correspondencia: Tel. (+574) 4123141 ext ####, fax #######. E-mail: [email protected] (Mónica Marcela Omaña Yáñez).

Autor Uno, Autor Dos, Autor Tres / Investigaciones Aplicadas No. # (Año) pp-pp

2

product that comply with physical-chemical requirements, microbiological and organoleptic; guaranteeing standards of quality and hygiene. Keywords: citrus pulp, kinetic dryed of citrus pulp, air temperature and velocity, conditions of dried.

1. INTRODUCCIÓN

En los últimos años, se ha registrado en Antioquia un rendimiento en cultivo de naranja de 29.6 toneladas por hectárea (2004) lo que hace que se convierta en el primer productor a nivel nacional. Esto evidencia un elevado volumen de desperdicio si se tiene en cuenta lo expuesto por Hutton, 1987 que plantea unos valores entre el 45-60 % de la naranja como residuo o parte no utilizable después de su transformación a jugos. Este residuo de la transformación de cítricos o como es llamado también citropulpa, tiene un valor alimenticio representativo y utilizable en la industria de concentrados para animales, pero es empleada en forma estacionaria y limitada en esta industria por las condiciones de humedad en las que el producto sale de las procesadoras y los requerimientos de equipos y tecnología para el manejo, acondicionamiento e incorporación eficiente y efectiva como ingrediente de alimentos concentrados para animales. La citropulpa esta compuesta alrededor de un 20% de material seco, dependiendo de su variedad. Habitualmente llega a la planta procesadora de concentrados con una humedad del 85 % de su peso y se requiere llevarla a una humedad no mayor al 12% para la incorporación en la formulación, garantizando el flujo de material constante y el adecuado almacenamiento como materia prima. El desarrollo creciente de agroindustrias de cítricos ha generado en todo el mundo una gran producción de residuos agroindustriales y subproductos. Estas cifras de producción muestran la futura disposición de una elevada cantidad de residuos de cítricos en los próximos años, teniendo en cuenta que del proceso para la obtención de jugos, se obtiene como residuo entre el 45 y el 60% de su peso en forma de cáscaras (50 a 55% del residuo), hollejos (de 30 a 35%) y semillas (acerca de 10%) (Hutton, 1987); pero esta situación se presenta porque algunas de estas empresas lo consideran como un desperdicio debido a que no tiene aun un alto valor comercial. Esta situación lleva a países en desarrollo como Colombia a fijar su atención hacia la forma de la disposición de estos

residuos y los costos que esto conlleva. Solo por citar un ejemplo, en Medellín y su área metropolitana el costo por la disposición de residuos es de $ 24.084 por tonelada. El incremento en los costos de la disposición de residuos como la citropulpa, así como el considerable aumento del precio de los granos, 30% en el periodo 2006-2007 (Italcol Ltda., 2008), debido a la destinación para alimentación humana y la producción de biocombustibles, ha acrecentado el interés en la utilización de los residuos cítricos como alternativa en la producción de alimentos concentrado para animales. Esta práctica tiene dos grandes ventajas, una es la disminución de la dependencia del ganado a los granos, consiguiendo la sustitución hasta del 30% de grano en la alimentación (Macedo et al 2007), y eliminar la necesidad de programas costosos de tratamiento de desechos (Grasser et al., 1995). La alimentación de ganado con subproductos de la cosecha y del procesamiento industrial es una práctica tan vieja como la domesticación de animales por humanos. La pulpa de fruta cítrica o citropulpa tiene un contenido bajo de amilosa y amilopectina y un contenido alto de pectina (van soest, 1994). La pectina presenta una alta degradabilidad en el rumen (de 90 a 100%) y es uno de los carbohidratos con la tasa más rápida de la degradación de rumen (Carvalho, 1995). Algunos estudios realizados con material seco o pulpa de fruta cítrica en pellet han mostrado los resultados positivos de la incorporación de pulpa de fruta cítrica en la dieta de rumiantes, inclusive en la digestibilidad de alimento nutritivo (Porcionato et al., 2004; Henrique et al., 2003), la producción de leche (Itavo et al., 2000) y el aumento de peso del ganado vacuno (prado et al., 2000).

La adecuación a gran escala de un residuo como la citropulpa para la incorporación en alimentos concentrados presenta aún grandes limitantes, como son el transporte y el almacenamiento. De no ser manejados adecuadamente, pueden llegar a producir efectos contrarios a los deseados; esto a causa de su elevado contenido de agua y al carácter perecedero del residuo. La experiencia


3

plantea que el uso de la citropulpa en concentrado es viable económicamente en plantas cercanas a fábricas de producción de jugos de naranja, pues el material fresco es difícil de manipular y fermenta rápidamente convirtiéndose en un foco de contaminación ambiental. El secado es la operación más utilizada para la adecuación, almacenamiento de la citropulpa y preservación de la mayoría de estos residuos. En escala industrial, el secado generalmente se lleva a cabo en equipos con consumo de energía eléctrica, combustibles fósiles o mediante combustión de desechos biomásicos. Sin embargo, esto representa altos costos para la adecuación de este material, haciendo que no sea atractiva la utilización de materias primas con altos contenidos de humedad, pues esta operación plantea implicaciones en tiempos y costos para el aprovechamiento eficiente de este residuo. La alternativa de secado más difundida en la región, es el uso de secadores solares pasivos de tipo integral (secador tipo invernadero), siendo de los más económicos de construir y el mantenimiento que requieren es escaso. Sin embargo, su eficiencia es baja debido al escaso control que se posee sobre el proceso de secado, siendo éste uno de sus principales inconvenientes. Otra desventaja importante de estos dispositivos, es la baja velocidad de secado provocada por la variación en las condiciones atmosféricas. La velocidad de secado depende de los factores internos como los materiales de construcción del secadero así como de las condiciones del material húmedo y las condiciones del subproducto seco; y factores externos o ambientales como son la radiación solar, la temperatura del aire, la humedad relativa y la incidencia natural del viento a través del secador. Lo anterior incide en la calidad final de la citropulpa, lo que eleva los riesgos de contaminación microbiana e inclusive la producción de aflatoxinas peligrosas para la salud animal, ya que el producto se puede contaminar con los restos de animales, polvo y hongos y producir impactos negativos a la salud. Este trabajo busca agregar valor a la citropulpa o residuo de la transformación de cítricos, en este caso de naranja, y potenciar su aprovechamiento como materia prima para la elaboración de alimento concentrado para animales. Esto hace necesario saber el comportamiento o cinética de secado de este producto, que permitirá conocer el adecuado manejo de las variables implicadas en el secado como son, temperatura, humedad, velocidad de aire y masa. La construcción de las isotermas de adsorción también permitirá

determinar cuál será su comportamiento de acuerdo a las condiciones ambientales a las que puede ser sometido durante el almacenamiento, a fin de conservar y/o predecir su vida útil como ingrediente y preservar sus características de acuerdo a los requerimientos bromatológicos y microbiológicos.

El articulo tiene como objetivo la presentación del estudio de la cinética de secado de la citropulpa (citrus pulp) obtenida de la especie de naranja valencia (citrus sinensis, Osbek), la cual se trabaja a diferentes condiciones de temperatura y velocidad de aire para determinar la combinación de parámetros que proporcionen los mejores resultados en el secado.

El artículo se encuentra dividido en las siguientes secciones, la sección 2 se dedica a explicar los materiales y métodos utilizados para el secado de la citropulpa y la elaboración de las curvas isotermas, en la sección 3 se dan los resultados obtenidos acerca de las temperaturas, velocidad y tiempos necesarios para secar nuestra materia prima, además, la elaboración de las curvas de secado y las isotermas; y en el 4 se concluyen acerca de las mejores condiciones

2. MATERIALES Y METODOS (FORMATO DEL TEXTO)

Con el fin de obtener conclusiones sobre el comportamiento en el proceso de secado de la citropulpa y para, finalmente, realizar un diseño adecuado de las instalaciones de tratamiento y secado de estos subproductos, es necesario realizar una caracterización exhaustiva de los mismos. El estudio de este comportamiento incluye varias etapas. La etapa inicial (Búsqueda de material bibliográfico): realizar una búsqueda de material bibliográfico que contenga las características principalmente necesarias para la utilización de la citropulpa como ingrediente en la formulación de alimentos concentrados para animales (físicas, químicas y condiciones microbiológicas necesarias). Segunda etapa (Estudio de la Cinética de secado): realizar pruebas de secado de la citropulpa en equipo de secado por circulación forzada de aire caliente. Las curvas de cinética de secado para la citropulpa serán construidas a tres temperaturas diferentes (30, 40 y 45ºC). Además de la temperatura de trabajo, se tendrán en cuenta


4

variables como la velocidad del aire, la humedad del aire y se analizará la variable respuesta tiempo de secado hasta alcanzar un peso constante. Tercera etapa (Determinación de curvas isotérmicas de sorción): ejecutar el método recomendado por el Proyecto COST 90 (Spiess y Wolf, 1983), donde una masa conocida de muestra (en triplicado) se deja equilibrar con la atmósfera producida por una disolución saturada de sal contenida en un vaso con actividad conocida en un recipiente cerrado herméticamente, al cual, a partir de ese momento se debe controlar el peso de la muestra cada 10 días, hasta lograr el equilibrio. Al momento de llegar al equilibrio se determinará la humedad de la muestra con base en la metodología de la AOAC (1990), usando una estufa a vacío, hasta peso constante y utilizando balanza de precisión de 0,0001 g. La construcción de estas curvas de sorción de citropulpa seca se realizará a dos temperaturas constantes de trabajo. Cuarta etapa (Modelamiento matemático): llevar los resultados experimentales a un modelo matemático que permita la correlación de los datos de acuerdo a los expuesto por Barbosa y Vega, 2000. Quinta etapa (Evaluación del producto final): El producto final (citropulpa seca) será empacado y evaluado microbiológicamente según los parámetros mínimos para su utilización como ingrediente en la elaboración de alimentos concentrados animales.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se han realizado diversos ensayos con la citropulpa que nos provee la empresa Italcol de Occidente, la cual se ha trabajado con las siguientes variables como se observa en la Tabla1.

Tabla 1. Variables de trabajo Temperatura (ºC) Velocidad (Hrtz)

45 70

45 80

45 70

45 67

45 90

40 80

35 90

De los ensayos mencionados se obtienen los mejores resultados con la pareja de trabajo 45ºC, 70 Hrtz. Pues se obtiene una textura crocante y un color dorado brillante en el producto. De esta se obtiene la curva de humedad en el tiempo, en la que se pueden identificar las etapas de secado, así como son mencionados en diferentes artículos1.

Xprom VS Tiempo

0,70

1,20

1,70

2,20

2,70

3,20

3,70

4,20

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

TiempoXp

rom

(30 ; 4,06)Xc

Figura 1. Gráfica del comportamiento de la humedad en el tiempo a una temperatura de 45ºC y velocidad de 70 Hrtz

Podemos observar que se cuenta con los tres periodos, el periodo de ajuste inicial es una pequeña sección la cual es imperceptible por medio de esta gráfica, también se puede observar un pequeño periodo con velocidad constante y el periodo mas grande que se encuentra en esta, es el periodo de velocidad de secado decreciente, donde se encuentra la humedad crítica (Xc) en el punto señalado, el cual aparece, cuando se evapora la humedad superficial.

4. CONCLUSIONES Se ha logrado hasta el momento disminuir la variable incertidumbre, logrando obtener valores de temperaturas y velocidades del aire adecuadas, para la obtención de un producto con calidad

1 VEGA, A, ANDRES, A y FITO, P. Modelado de la Cinética de Secado del Pimiento Rojo (Capsicum annuum L. cv Lamuyo). Inf. tecnol., 2005, vol.16, no.6, p.3-11. ISSN 0718-0764 VEGA, Antonio A y LEMUS, Roberto A. Modelado de la Cinética de Secado de la Papaya Chilena (Vasconcellea pubescens). Inf. tecnol., 2006, vol.17, no.3, p.23-31. ISSN 0718-0764.


5

organoléptica, sensorial y microbiológica, pues no solo nos acercamos a las características finales, sino a su comportamiento a traves del tiempo después de su proceso de secado, todo esto se ha obtenido a partir de resultados experimentales y la utilización de balances energéticos y cálculos de humedad y velocidad de secado.

REFERENCIAS

Barbosa-Cánovas G, et alt. (2000). Deshidratación de alimentos. Acribia. Zartha Sossa, Jhon Wilder (2001). Operaciones unitarias aplicadas a la agroindustria. 157-170 p

Arrieta Burgos, Andrés Eugenio (2008). Estudio teórico y experimental del secado de productos agrícolas susceptibles de ser usados en un secador solar termohidrónico Agrocadenas. La Agroindustria de Alimentos Balanceados en Colombia, 2006 Agrocadenas. La cadena de cítricos en Colombia. Una mirada global de su estructura y dinámica 1991-2005. Documento de trabajo no. 107 Bampidis V.A. , Robinson P.H., Citrus by-products as ruminant feeds: A review Department of Animal Science, University of California, Davis, CA 95616, USA Received 27 April 2005; received in revised form 25 November 2005; accepted 1 December 2005 Carvalho, M.P. Citros, In: Simpósio sobre nutrição de bovinos, p.171-124. FEALQ. Piracicaba, 1995. Documentos Italcol de Occidente. Especificación de calidad pulpa de naranja. 2006 Documentos ITALCOL. Caracterización físico-química y microbiológica de la Citropulpa, 2006. FAS, USDA. Situation and Outlook for Citrus, 2006.

Fito P., Grau A., Barat J.M. y Albors A., Introducción al secado de alimentos por aire caliente. Editorial de la UPV, Valencia, 2001. Hutton, K., Citrus pulp in formulated diets. In: Hutton, K. Recent advances in Animal Nutrition in Australia. Armidale: [s.n.], 1987. Ítavo, L.C.V., G.T. Santos, C.C. Jobim, T.V. Voltolini e C.C.B.F. Substituição da silage de milho pela silagem do bagaço de laranja na alimentação de vacas leiteiras. Consumo, produção e qualidade do leite. Rev. Bras. Zootecn., 29: 1498-1503, 2000. Kitic, D, Pereira, D.C, Favetto, G., Resnik, S. y Chirife J.. Theoretical prediction of water activity of standard saturated salt solutions at various temperatures. J Food Sci. 51 (4):1037-1040. 1986. Kneule F., El secado. Urmo, S.A. de Ediciones, Bilbao, 1982. Núñez L.M., Suplementación con Pulpa de Cítrico Seca (PCS) en Bovinos de Engorde. Pilatowsky I., "Secado Solar", Memorias de Curso, Seminario Internacional Aplicaciones de la Energía Solar en la Conservación de Alimentos, UPB, Medellín, Colombia, Septiembre, 2007. Porcionato, M.A.F., T.T. Berchielli, G.L. Franco, P. Andrade, R.N. Silveira e W.V.B. Soares. Digestibilidade, degradabilida de e concentração amoniacal no rúmen de bovinos alimentados com polpa cítrica peletizada normal ou queimada. Rev. Bras. Zootecn.,33: 258-266, 2004. Prado, I.N., A.D. Pinheiro, C.R. Alcalde, L.M. Zeoula, W.G. Nascimento e P.T. Iwayama. Níveis de substituição do milho pela polpa de citrus peletizada sobre o desempenho e características de carcaça de bovinos mestiços confinados. In: Reunião anualda sociedade brasileira de zootecnia SBZ, Viçosa, CD-ROM, 2000. – Rockland, L.B. Saturated salt solutions for static control of relative humidity between 5 and 40 °C. Anal. Chem. 32(9):1375- 1377. 1960.


6

V.A. Bampidis ∗, P.H. Robinson. Citrus by

products as ruminant feeds: A review Department of Animal Science, University of California, Davis, CA 95616, USA Received 27 April 2005; received in revised form 25 November 2005; accepted 1 December 2005 Vega, A, Andres, A y Fito, P. Modelado de la Cinética de Secado del Pimiento Rojo (Capsicum annuum L. cv Lamuyo). Inf. tecnol, vol.16, no.6, p.3-11. ISSN 0718-0764. 2005.

SOBRE LOS AUTORES Mónica Marcela Omaña Yáñez

Aspirante de Ingeniería agroindustrial de la Universidad Pontificia Bolivariana.

estudiocomportamiento

Documents