Nota técnica: Modelización de la pérdida Humedad durante la fritura de rebanadas de papa

Operaciones de ingeniería de alimentos son cada vez más dependientes de modelado matemático de los procesos de transferencia de calor y masa.

En el proceso de fritura, la pérdida de masa (como la pérdida de humedad) es el resultado de secado. En las primeras etapas, el agua superficial se perderá por una combinación de las gotitas de agua que salen de la superficie de los alimentos y la evaporación de agua hirviendo. Esta etapa se caracteriza por una intensa formación de burbujas sobre la totalidad de la superficie de la rebanada

Las muestras fueron seleccionadas de un montón de patatas condicionado a 15ªC durante 4-6 semanas. Se tomaron muestras al azar; lavado, pelado y cortado, en rebanadas de 1,50 + - 0,02 mm Un lote representativo se mantuvo para el análisis del contenido inicial de humedad. Los 100 g lotes fueron luego fritos. las temperaturas para freír fueron 145, 165 y 185ªC. Tiempos de fritura eran de 0 a 5 min a intervalos de 30 s. Las muestras se eliminaron del aceite, escurriendo durante 1 min, lo que resultó sobre papel absorbente, luego se pesó y se almacenaron en recipientes herméticos. Fueron finamente molidos y mezclados en el mezclador Waring de humedad y contenido de aceite se determinaron en muestras de 5g duplicados mediante el secado hasta peso constante en un horno de convección forzada a 105 ° C y por extracción Soxhlet (2h) con éter de petróleo, respectivamente.

Desarrollo del modelo

La fuerza de secado para la transferencia de masa es proporcionada por las fuerzas del agua en vapor, de manera que se logra la división. La resistencia a la transferencia de masa es proporcionada por la resistencia interna a la difusión de masa , y por una resistencia superficial . La resistencia superficial , normalmente debido a la tasa limitada de convección, es insignificante, ya que los vapores de agua se pierden rápidamente de la superficie. De acuerdo con la primera ley de Fick de la difusión en una dimensión, el cambio en la concentración puede ser por representar:

FÓRMULA FEA

Newman ( 1931) da la solución de la ecuación de difusión para las tres formas regulares (losa, cilindro y esfera) en la forma de la ecuación de tiempo - concentración- ubicación , con Da constante y resistencia superficial despreciable. Esto puede ser usado para predecir la concentración en cualquier instante durante toda la rebanada usado en los presentes ensayos.

Para el caso de uso, se presentan concentraciones promedio (w) en cualquier tiempo. Los valores de w pueden ser normalizados como:

Donde c1= concentración superficie=0 (asumiendo la insignificante resistencia superficial),

C0= contenido de humedad inicial promedio

Asumiendo que la rebanada es un trozo de extensión infinita, es decir, las dimensiones laterales son mucho mayores que el grosor, la solución de Newman’s es:

ECUACIÓN MUYY LARGA

donde a es el espesor del trozo medio (m)

En el cálculo de Da los valores del segundo y siguiente términos en la ecuación 3 se hicieron tan pequeña como para ser insignificante, y son ignorados

Usando los datos experimentales para la concentración inicial (c0), la concentración promedio (w) para el tiempo t, y espesor de corte (a) en ecuación 3, son calculados los coeficientes de difusión aparente.

El coeficiente de difusión son aproximadamente constante para tiempos entre 60 ml y 240 s para cada temperatura de fritura.

3 hoja Ely

Los valores anómalos a edad temprana en el proceso de fritura son resultado de un rápido registro previo de la pérdida de humedad inicial, debido a la evaporación de la humedad superficial. El tiempo de fritura se enfoca a 300 s, donde se altera el proceso de pérdida de humedad, y esto genera un cambio repentino en el valor de Da sobre el último periodo de fritura. Una leve variación en el periodo intermedio es causado por la falta de homogeneidad del material alimenticio y los cambios en la presión de vapor de agua sobrecalentada al interior de la rebanada, ocurre en la separación de la capa celular, como se muestra en lo crujiente de las ampollas.

Tabla 1. Cálculo del coeficiente de difusión de humedad durante la fritura.

Cálculo de la energía de activación.

La variación de un aparente coeficiente de difusión Da, cuando la temperatura se asume según la relación de Arrhenius:

(fórmula)

Donde Do=una cte

Ea= Energía de activación

R= Cte universal de los gases.

4 hoja romi

El gráfico de línea recta tiene una pendiente de energía de activación de 24.2 ±4.0 KJ/mol y el intercepto de ln D0= 11.04 ±0.08.

Estos fueron comparados además con otros valores de Vaccarezza et al. (1974), quien encontró un valor de 28.9 KJ/mol durante el secado del azúcar de la remolacha, mientras Suarez et al. (1980) reportaron un valor de 31.4 KJ/ mol en el secado del sorgo.

Relación de la temperatura de pérdida de humedad

Habiendo visto que la pérdida de humedad del proceso de difusión controlada por difusión, el tiempo de freído t(s) fue relacionado con el cuadrado de la pérdida de humedad (% peso inicial)

M2=at+C

Se calcularon las siguientes ecuaciones de regresión

A 145°C M2= 19.3t-297 r2= 98.9±0.99

A 165°C M2= 19.5t-685 r2= 95.7±0.96

A 185°C M2= 18.9t-1303 r2= 87.7 ±0.88

El intercepto (C) fue relacionado linealmente a la temperatura del aceite q(°C) por la ecuación de regresión:

C=40 q-6036 r2= 98.3±0.98

Tomando a=19.2 (valor promedio de 19.3, 19.5 y 18.9) se obtuvo un M2=19.2+40q-6036.

Por lo tanto la pérdida de humedad es determinada por el tiempo y la temperatura.

La ecuación da una buena predicción de la pérdida de humedad a tiempos intermedios, pero no a cortos o largos tiempos de freído. Estos es debido en parte a los cambios en la pérdida de la humedad ocurrida en la parte temprana de freído, y en parte los cambios estructurales ocurridos durante la cocción y alguna penetración de aceite dentro de la rebanada.

El modelo puede ser usado para hacer válidas predicciones acerca del contenido de humedad y el contenido de aceite (Gamble et al, 1987) en la fase media el freído, y muestra que el mecanismo de pérdida de humedad es por difusión en esta fase.

Asumiendo que la rebanada es un trozo de extensión infinita, es decir, las dimensiones laterales son mucho mayores que el grosor, la solución de Newman’s es:

ECUACIÓN MUYY LARGA

donde a es el espesor del trozo medio (m)

En el cálculo de Da los valores del segundo y siguiente términos en la ecuación 3 se hicieron tan pequeña como para ser insignificante, y son ignorados

Usando los datos experimentales para la concentración inicial (c0), la concentración promedio (w) para el tiempo t, y espesor de corte (a) en ecuación 3, son calculados los coeficientes de difusión aparente.

El coeficiente de difusión son aproximadamente constante para tiempos entre 60 ml y 240 s para cada temperatura de fritura.

4 hoja romi

El gráfico de línea recta tiene una pendiente de energía de activación de 24.2 ±4.0 KJ/mol y el intercepto de ln D0= 11.04 ±0.08.

Estos fueron comparados además con otros valores de Vaccarezza et al. (1974), quien encontró un valor de 28.9 KJ/mol durante el secado del azúcar de la remolacha, mientras Suarez et al. (1980) reportaron un valor de 31.4 KJ/ mol en el secado del sorgo.

Relación de la temperatura de pérdida de humedad

Habiendo visto que la pérdida de humedad del proceso de difusión controlada por difusión, el tiempo de freído t(s) fue relacionado con el cuadrado de la pérdida de humedad (% peso inicial)

M2=at+C

Se calcularon las siguientes ecuaciones de regresión

A 145°C M2= 19.3t-297 r2= 98.9±0.99

A 165°C M2= 19.5t-685 r2= 95.7±0.96

A 185°C M2= 18.9t-1303 r2= 87.7 ±0.88

El intercepto (C) fue relacionado linealmente a la temperatura del aceite q(°C) por la ecuación de regresión:

C=40 q-6036 r2= 98.3±0.98

Tomando a=19.2 (valor promedio de 19.3, 19.5 y 18.9) se obtuvo un M2=19.2+40q-6036.

Por lo tanto

la ecuación para pérdida de humedad es determinada por el tiempo y la temperatura. En tiempo intermedio de proceso, ya que la primera etapa de freido hay cambio en la perdida de humedad y estructurales durante la cocción y una posible penetración de aceite en la rebanada

La ecuación da una buena predicción de la pérdida de humedad a tiempos intermedios, pero no a cortos o largos tiempos de freído. Estos es debido en parte a los cambios en la pérdida de la humedad ocurrida en la parte temprana de freído, y en parte los cambios estructurales ocurridos durante la cocción y alguna penetración de aceite dentro de la rebanada.

El modelo puede ser usado para hacer válidas predicciones acerca del contenido de humedad y el contenido de aceite (Gamble et al, 1987) en la fase media el freído, y muestra que el mecanismo de pérdida de humedad es por difusión en esta fase.