Año 23 /
Nº 35 / 2021 /
Secado y estimación de
coeficientes efectivos de difusión de recubrimientos con contenido reducido de azúcar
Drying and effective diffusion coeficient estimation of
confectionery coatings with low-sugar content
Bárbara E. Meza1,*, Daiana A. Beuter2,
Luis A. Brumovsky2 y Juan Manuel Peralta1
1Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química
(INTEC), Universidad Nacional del Litoral (UNL) – Consejo Nacional de
Investicaciones Científicas y Tecnicas (CONICET). Predio CONICET Santa Fe,
Colectora Ruta Nacional 168, Km 0, Paraje El Pozo S/N. (3000). Santa Fe,
Argentina.
2Facultad de Ciencias Exactas, Química y Naturales,
Universidad Nacional de Misiones. Félix de Azara 1552. (N3300LQH). Posadas,
Misiones, Argentina.
*E-mail:
bmeza@intec.unl.edu.ar
Recibido:
16/02/2021; Aprobado 27/04/2021
Resumen
Se
estudió la cinética de secado y se estimaron los coeficientes efectivos de difusión
de recubrimientos con contenido reducido de azúcarelaborados
con un edulcorante comercial a base de stevia. Las
formulaciones se elaboraron por triplicado utilizando cacao amargo, azúcar
impalpable, una solución comercial con 7% p/p de glucósidos de steviol como sustitutivo del azúcar y aceite de soja. Se
evaluaron diferentes porcentajes de stevia (75% y
50%) como edulcorante en reemplazo del azúcar, tomando como control la muestra con
100% de azúcar. El proceso de secado se llevó a cabo en una estufa con
convección natural a 50 (±
1)°C y humedad relativa ambiente de 17 (± 2)%. La pérdida de humedad con el
tiempo fue analizada aplicando el modelo matemático de capa fina logarítmico.
Para la estimación de los coeficientes efectivos de difusión, se usó un modelo
matemático simplificado derivado de la segunda ley de difusión de Fick. El cálculo
de las humedades de equilibrio se realizó determinando las isotermas de
desorción de agua a 50°C. A partir de los resultados obtenidos, se pudieron
obtener satisfactoriamente parámetros de secado y coeficientes efectivos de
difusión útiles para el estudio de la transferencia de materia que pueda
ocurrir durante un proceso de recubrimiento.
Palabras clave: Baños de repostería; Desorción de agua, Stevia;
Edulcorantes naturales.
Abstract
The drying
kinetics and the estimation of the effective diffusion coefficients of
confectionery coatings with low-sugar content were studied, made with a commercial
stevia-based sweetener. Formulations were prepared in triplicate using defatted
cocoa powder, icing sugar, commercial steviol
glycosides solution (7% w/w) as sugar substitute, and soybean oil. Different contents
of stevia (75% and 50%) were evaluated as sugar replacement, considering the
formulation with 100% sugar as control sample. The drying process was carried
out in an oven with natural convection at 50 (± 1)°C and relative ambient humidity of 17 (± 2)%. The loss of moisture over time was analysed by applying the
logarithmic thin layer mathematical model. For the estimation of the effective
diffusion coefficients, a simplified mathematical model derived from Fick's
second diffusion law was used. The calculation of equilibrium moisture contents
was performed by determining the water desorption isotherms at 50°C. The
obtained results indicated that drying parameters and effective diffusion
coefficients could be obtained, being useful information for further studies
about mass transfer that may occur during a coating process.
Keywords: Confectionery coatings, Moisture desorption; Stevia;
Natural sweeteners.
Introducción
La elaboración de productos con bajo contenido
de azúcar resulta estratégica para un sector de la industria dedicada a la elaboración
de productos con alto valor agregado. Esta clase de alimentos, considerados
“saludables”, se encuentra dirigido a un sector amplio y específico de la
población. Son personas que desean o necesitan consumir productos con contenido
calórico reducido y un perfil nutricional adecuado, debido a su condición
física y/o metabólica (por ejemplo, personas con sobrepeso, obesidad, diabetes
y/o dislipemias) [1, 2].
Los recubrimientos comestibles le otorgan a los
alimentos características sensoriales específicas, como color, brillo, textura
y sabor a chocolate. Además, permiten controlar variables tecnológicas, como el
tiempo de vida útil y las condiciones de almacenamiento [3]. Las coberturas
dulces, como los baños de repostería, se utilizan tradicionalmente para
recubrir productos panificados (galletitas, alfajores, tortas), y son
elaborados con azúcares simples (sacarosa o azúcar impalpable), grasas
vegetales (aceites y margarinas) y otros ingredientes (cacao y sólidos de
leche) [4]. La sustitución parcial de este azúcar simple por edulcorantes, resulta
una estrategia novedosa para elaborar alimentos recubiertos con propiedades
nutricionales específicas. Por ejemplo, la stevia
comercial es un edulcorante natural derivado de las hojas de la Stevia rebaudiana
Bertoni y es considerado un producto heterogéneo compuesto por varios
glucósidos de steviol (esteviósidos
y rebaudiósidos). Estos glucósidos son los
responsables de la capacidad edulcorante de la stevia,
que posee hasta 300 veces más poder endulzante en comparación con la sacarosa [5,
6].
La calidad de los alimentos recubiertos dependerá
de las características de la cobertura, del alimento a recubrir y de la
interacción entre ambos. Por este motivo, la modificación en el contenido de
azúcar y la adición de edulcorantes puede generar problemas tecnológicos en
estos productos, asociados a posibles modificaciones en el comportamiento durante
el secado. Esto último se debe principalmente a que una disminución en el
contenido de azúcar produce cambios en la difusión de vapor de agua y en las
propiedades de sorción de los recubrimientos [7].
Teniendo en cuenta lo anteriomente
expuesto, el objetivo de este trabajo fue obtener los parámetros del proceso de
secado y estimar los coeficientes efectivos de difusión de recubrimientos con
contenido reducido de azúcar elaborados con un edulcorante comercial a base de
stevia. La información publicada en este trabajo no se encuentra disponible en
la literatura actual, considerándola necesaria para la posterior realización de
estudios relacionados a la transferencia
de materia durante un proceso de recubrimiento de alimentos.
Materiales y métodos
Elaboración de los recubrimientos
Se
elaboraron recubrimientos utilizando las proporciones descritas en la Tabla 1.
Se utilizaron los siguientes ingredientes comerciales: azúcar impalpable (San
Diego, Santa Fe, Argentina), solución comercial con 7% p/p de glucósidos de esteviol (Dulri SA, Buenos Aires,
Argentina), cacao amargo en polvo (Sucesores de José Salgado SAIC, Buenos
Aires, Argentina) y aceite de soja (Aceitera General Deheza,
Córdoba, Argentina). Además, se usó glicerina como plastificante (Cicarelli,
Santa Fe, Argentina), lecitina de soja como emulsionante (Laboratorios Yeruti SRL, Santa Fe, Argentina), sorbato de potasio como
conservante (Cicarelli, Santa Fe, Argentina) y agua potable.
Los
ingredientes se pesaron para obtener 300 g de cada formulación por triplicado.
Los mismos se mezclaron utilizando una batidora de mesa planetaria PE-BM65V (Peabody SA, Argentina) con un batidor de acero inoxidable
tipo lira para minimizar la incorporación de burbujas de aire. Se utilizó la velocidad
1 (~50
rpm) por 5 min y
posteriormente la velocidad 2 (~85 rpm) durante 5 min. Las formulaciones
obtenidas fueron colocadas en recipientes plásticos con cierre hermético y se
almacenaron a una temperatura de 7°C durante 16 h hasta su posterior secado.
Tabla 1. Ingredientes utilizados para elaborar
recubrimientos elaborados con cacao y contenido reducido de
azúcar.
|
|
Ingrediente [% p/p]* |
|||||
|
Código |
Azúcar |
Cacao |
Stevia1 |
Glicerina |
Grasa2 |
Agua |
|
100%
azúcar |
40 |
20 |
0 |
1 |
6 |
33 |
|
75% azúcar |
30 |
20 |
1 |
1 |
6 |
42 |
|
50% azúcar |
20 |
20 |
2 |
1 |
6 |
51 |
1Stevia = solución comercial con 7% p/p de glucósidos de esteviol. 2Grasa = mezcla de aceite de soja (5%
p/p) y lecitina de soja (1% p/p). *En todas las
formulaciones se utilizó 0,1% p/p de sorbato de potasio como conservante.
Secado de los recubrimientos
Una
alícuota de cada formulación fue pesada y colocada en recipientes de vidrio de
dimensiones conocidas (9 cm de diámetro y 2 cm de alto) por triplicado. Los
recipientes fueron recubiertos con papel de aluminio para favorecer el
desprendimiento de las coberturas una vez secas. Las muestras se secaron en una
estufa eléctrica con convección natural Dalvo TDC60
(Tecno Dalvo SRL, Santa Fe, Argentina) a 50 (± 1)°C y 17 (± 2)% de humedad relativa. La temperatura
fue controlada utilizando un controlador Dhacel CD101
(Dhacel S.R.L., Buenos Aires, Argentina) y la humedad
relativa se monitoreo con un registrador Schwyz DAT 10 (Schwyz, China). Los
recipientes con las muestras se pesaron utilizando una balanza analítica cada
60 min durante 7 h. La temperatura dentro de la estufa se consideró constante
debido a que se registraron variaciones menores a ± 2°C en los ciclos de apertura y cierre
de la misma al manipular las muestras.
La
pérdida de la humedad () con el tiempo
(
) en relación
con la humedad inicial (
) de las
muestras fue analizada aplicando un modelo matemático de capa fina semiempírico (o modelo logarítmico) derivado del primer
término de la solución general de la segunda ley de difusión de Fick [8]:
(Ec. 1)
donde
es la humedad de
la muestra (base seca) al tiempo
[kg kg-1],
es la humedad inicial
de la muestra (base seca),
es la humedad de equilibrio de la muestra
(base seca) en las condiciones de estudio [kg kg-1],
es el tiempo [min],
es la constante cinética de secado [min-1] y los parámetros
y
son empíricos y adimensionales. Los valores de
se determinaron utilizando la información
obtenida de las isotermas de desorción de agua a 50°C.
Determinación de espesores de los
recubrimientos
Por un
lado, los espesores iniciales de los recubrimientos fueron calculados por
triplicado utilizando los valores de las densidades, los pesos iniciales y los
radios de los recipientes de vidrio utilizados para secar las muestras (4,5
cm). Las densidades de las formulaciones a 25 (± 1)°C
fueron determinadas gravimétricamente por quintuplicado pesando en una balanza
analítica una cantidad de muestra determinada en recipientes Eppendorf con
volúmenes conocidos (1,89 cm3). Los valores obtenidos fueron 1209 (±
10) kg
m-3, 1160 (± 12) kg m-3 y 1137 (±
12)
kg m-3 para las formulaciones 100% azúcar, 75% azúcar y 50% azúcar,
respectivamente. Los valores de los espesores iniciales obtenidos fueron 1,31 (±
0,03) mm para las muestras 100% azúcar, 1,50 (±
0,05) mm
para 75%
azúcar y 1,67 (± 0,01) mm para 50% azúcar, respectivamente.
Por otro
lado, los espesores finales obtenidos luego del proceso de secado fueron
medidos (10 réplicas) utilizando un micrómetro digital Schwyz ESP1-001PLA
(Schwyz, Suiza). En este caso se obtuvieron los siguientes valores: 1,14 (±
0,12) mm, 1,15 (± 0,11) mm y 0,97 (± 0,15) mm para las formulaciones 100% azúcar, 75%
azúcar y 50% azúcar, respectivamente.
Isotermas de desorción de agua
Los recubrimientos
secos obtenidos en las condiciones especificadas anteriormente se cortaron en
trozos de igual tamaño (aproximadamente 5 x 5 mm) y se dispusieron en pequeños
recipientes de plástico debidamente rotulados por triplicado. Los mismos se
colocaron en un ambiente conteniendo agua pura (100% de humedad relativa
ambiente) a 25°C durante 3 días para su completa saturación. Luego, los
recipientes fueron distribuidos por duplicado en frascos de vidrio
herméticamente sellados conteniendo en su interior distintas soluciones salinas
saturadas con actividad de agua () conocida, de
acuerdo a la metodología previamente utilizada [9]. Se usaron ocho soluciones salinas dentro
del rango de
entre 0,189 y 0,848
obtenidos de la literatura [10, 11] (Tabla
2). Posteriormente, los frascos se almacenaron en una estufa con convección
natural a una temperatura controlada de 50 (± 1)°C durante
20 días. De acuerdo a experimentos preliminares, este tiempo fue suficiente
para que las muestras alcancen la humedad de equilibrio (peso constante). Esta
temperatura fue seleccionada debido a que corresponde a la temperatura
utilizada para realizar el proceso de secado.
Tabla 2. Actividad de agua () de soluciones salinas saturadas a
50°C.
|
Sal |
|
|
Acetato de
potasio (CH3CO2K) |
0,189 |
|
Cloruro de
magnesio (MgCl2) |
0,305 |
|
Carbonato de
potasio (K2CO3) |
0,427 |
|
Nitrato de
magnesio (Mg(NO3)2) |
0,454 |
|
Cloruro de
cobalto (CoCl2) |
0,500 |
|
Cloruro de
sodio (NaCl) |
0,744 |
|
Cloruro de
potasio (KCl) |
0,812 |
|
Nitrato de
potasio (KNO3) |
0,848 |
Luego se
determinó el contenido de humedad en base seca por método gravimétrico
utilizando una estufa de vacío Yamato ADP310C (Yamato Scientific America Inc., California, USA) a 70 (± 1) °C y 0,01
atm de presión durante 6 h. Los
valores experimentales de las humedades de equilibrio se analizaron aplicando el modelo teórico de
GAB [12]:
(Ec. 2)
donde es la humedad de la monocapa (base seca) [kg kg-1]. Los parámetros teróricos
adimensionales
y
se relacionan con el calor de sorción de la
región de la monocapa y la multicapa, respectivamente.
Estimación de los coeficientes efectivos
de difusión
Se
utilizó un modelo matemático simplificado derivado de la segunda ley de difusión
de Fick [13] para la
estimación de los coeficientes efectivos de difusión de agua () de los
recubrimientos a la temperatura de secado (50°C). Para el desarrollo, se tuvo en cuenta
un sistema isotrópico y homogéneo con transferencia de masa en una de las
superficies del recubrimiento, asumida como un sistema en dos dimensiones y
considerándolo como una placa plana infinita de espesor constante y humedad
inicial
. La superficie de
la placa en contacto con el recipiente que la contenía se la consideró aislada
a la transferencia y la superficie en contacto con el aire se la consideró en
equilibrio con el medio circundante. Esta última consideración se basó en
suponer que la resistencia a la transferencia de agua en la capa circundante a
la placa es despreciable en comparación a su contraparte interna. Es decir que el
proceso presenta valores del número de Biot másico muy grandes
(
> 103). Esto puede verificarse teniendo
en cuenta que los espesores de la placa (
) considerados se encuentran en el orden de 10-3 m, que en productos alimenticios se ha
observado que el coeficiente de transferencia superficial de masa (
) es del orden
de 10-2 m s-1 [14]
y que
es del orden de 10-11 m2
s-1. Entonces, se cumple que
. Por lo tanto, la
humedad de la placa
se puede
calcular con la siguiente expresión:
(Ec. 3)
donde es el número de Fourier másico (
),
es el coeficiente efectivo de difusión de agua
[m2 s-1] y
es el espesor total de la placa [m].
Además,
teniendo en cuenta que se espera que los términos de la sumatoria de la Ec. (3) disminuyan en un orden de magnitud ( > 0,3),
entonces el primer término será representativo y por lo tanto:
(Ec. 4)
reordenando
la Ec. (4) y aplicando logaritmos:
(Ec. 5)
donde y
. De esta forma,
luego de ajustar los datos experimentales a la Ec. (5),
graficando
en función de
, el coeficiente
se puede estimar a partir de la siguiente
expresión:
(Ec. 6)
Para
este estudio, los valores de fueron obtenidos a partir de las isotermas de
desorción de agua.
Análisis estadístico
La determinación
de los parámetros del modelo logarítmico (Ec. 1) y el
de GAB (Ec. 2) se llevó a cabo a por medio de
regresión no lineal. Se evaluó la existencia de diferencias estadísticamente
significativa entre los valores de aplicando
ANOVA y, posteriormente, el test de Tuckey para la
comparación de medias (95% de nivel de confianza).
La capacidad de ajuste de los modelos no lineales fue
analizada calculando los errores promedio porcentuales () y la raíz del error medio cuadrático (
);
mientras que el ajuste del modelo
propuesto para la estimación de los coeficientes
fue
evaluada a calculando los coeficientes de
determinación (R2) [15]. El análisis estadístico se llevo a cabo utilizando el
programa Statgraphics Plus 5.1 (Statgraphics
Inc., Rockville, MD, USA).
Resultados y discusión
Isotermas de desorción de agua
En la Figura 1 se pueden observar los valores de las humedades de equilibrio
obtenidas experimentalmente a 50°C y las curvas teóricas ajustadas con el
modelo de GAB (Ec. 2). La forma de las curvas
obtenidas es característica de las isotermas
tipo III (de acuerdo con la clasificación de BET), que se ha observado en
alimentos con alto contenido de azúcares y compuestos solubles en agua [16].
Figura 1. Isotermas de desorción de agua a 50°C de los recubrimientos estudiados.
Los símbolos son los valores promedio (± desvíos
estándares) de tres mediciones experimentales y las líneas corresponden al
modelo teórico de GAB (Ec. 2).
Los
valores de las constantes del modelo de GAB se encuentran expresadas en la
Tabla 3. Como puede observarse, el
modelo teórico seleccionado presentó un buen ajuste (entre 0,008 y 0,037 kg
kg-1), consistente con los errores experimentales obtenidos menores
a 0,016 kg kg-1. Los
valores del coeficiente
se encontraron
en el rango de 0,997 a 0,998, considerándose constantes e independientes del
tipo de muestra analizada. Los coeficientes
aumentaron al aumentar el reemplazo de azúcar
por el edulcorante a base de stevia, desde valores
iguales a 0,198 para la muestra con 100% de azúcar hasta 0,312 para las
muestras con 50% de azúcar. Estos valores se encuentran en concordancia con los
valores esperados para esta constante que, de acuerdo a la literatura, debe ser
menor o igual a 2 para las isotermas tipo III [17]. Los valores de
,
correspondiente a la humedad de la monocapa, se encontraron en el rango de 0,065
a 0,067 kg kg-1, considerándose constantes y similares a datos
obtenidos en la literatura para recubrimientos a base de cacao [9].
Tabla 3. Parámetros del modelo de GAB (Ec. 2) para el estudio de las isotermas de desorción de
agua a 50°C de
los recubrimientos
analizados.
|
Código |
|
|
|
|
|
100%
azúcar |
0,065 |
0,198 |
0,997 |
0,037 |
|
75% azúcar |
0,067 |
0,258 |
0,998 |
0,023 |
|
50% azúcar |
0,066 |
0,312 |
0,997 |
0,008 |
El
significado físico de los valores de las constantes halladas para cada
formulación indicaría que el mecanismo de sorción de agua varía con la
composición. De acuerdo con Quirijns, van Boxtel, van Loon y van Straten (2005) [18],
bajos valores de acompañados con valores de
aproximadamente iguales a 1 indicarían que no
existe adsorción de agua localizada. En este caso, el comportamiento de las
moléculas de agua adsorbidas en la monocapa no difiere del de las moléculas de
la multicapa, que al mismo tiempo se comportan como el agua líquida.
Curvas de secado
En la Figura 2 se pueden observar las curvas de secado de
los recubrimientos analizados. Los tres recubrimientos presentaron un
comportamiento similar, con una alta velocidad de secado inicial seguida por
una etapa más lenta. Se puede observar que desde el comienzo del proceso de
secado, no se evidencia la presencia de un período inicial de ajuste ni de
secado constante, indicando que la temperatura de secado fue suficientemente
baja para que las muestras alcancen la temperatura del aire rápidamente dentro
de la estufa. Esto significa que en las formulaciones estudiadas el secado se
produjo exclusivamente dentro del período de velocidad decreciente, donde principalmente
se produce la difusión de vapor de agua desde el interior del alimento hacia la
superficie del mismo. El contenido de humedad a tiempo infinito se aproxima
asintóticamente al valor de equilibrio a la temperatura y humedad relativa
ambiente del aire en contacto con el alimento [19].
Figura 2. Curvas de secado a 50°C de los recubrimientos estudiados. Los
símbolos son los valores promedio (± desvíos
estándares) de tres mediciones experimentales y las líneas corresponden al
modelo semiempírico logarítmico (Ec.
1).
Los
valores de los parámetros del modelo logarítmico (Ec.
1) utilizado para estudiar la cinética de secado de las muestras analizadas se
encuentran expresados en la Tabla 4.
De acuerdo a los resultados obtenidos, se pudo modelar la cinética de secado de
los recubrimientos satisfactoriamente, debido a que el máximo obtenido fue de 5,44%.
A medida
que el contenido de azúcar disminuye y es reemplazado por el edulcorante a base
de stevia, las constantes empíricas varían, observándose que los
valores de aumentan y los de
disminuyen. Al mismo tiempo, los valores de
,
que representan las constantes cinéticas del proceso de secado, disminuyeron al
aumentar el reemplazo de azúcar, desde 0,008 a 0,004 min-1. Este
resultado se debería al menor contenido de sólidos solubles presente en las
formulaciones y a la naturaleza higroscópica de la sacarosa que dificulta el
proceso de secado por difusión en las formulaciones con mayor contenido de
azúcar [7].
Tabla 4. Parámetros del modelo logarítmico (Ec. 1) para el estudio de la cinética a de secado 50°C de los recubrimientos analizados.
|
Código |
|
|
|
|
|
100%
azúcar |
0,669 |
0,008 |
0,326 |
1,27 |
|
75% azúcar |
0,858 |
0,006 |
0,152 |
2,44 |
|
50% azúcar |
1,027 |
0,004 |
0,000 |
5,44 |
El
concepto de capa fina aplicado al modelado matemático del proceso de secado se
basa en que el tamaño del material se reduce a dimensiones tales que se asume
una distribución uniforme del aire y la temperatura sobre el material. El
factor de forma está integrado en los modelos cinéticos para reducir el efecto
de la forma del producto en el proceso de secado. La cinética del secado de
diversos alimentos fue modelada exitosamente utilizando modelos matemáticos
basados en el concepto de capa fina [20, 21].
Coeficientes efectivos de difusión
La
metodología utilizada para la estimación de los se encuentra detallada en la Figura 3. En las
regresiones lineales se obtuvieron valores de R2 mayores a 0,96, considerándolos muy buenos. Los
valores estimados de los
de los recubrimientos estudiados fueron 1,80 (± 0,06) × 10-11 m2 s-1
para las muestras 100% azúcar; 3,60 (± 0,10) × 10-11
m2 s-1
para las muestras 75% azúcar y 4,50 (± 0,06) × 10-11
m2 s-1
para las muestras 50% azúcar. Estos valores son similares, aunque un orden de
magnitud mayores, a los publicados por Gosh, Duda, Ziegler y Anantheswaran (2004) [22] para
recubrimientos elaborados con diferentes contenidos de cacao, aceite de coco,
lecitina de soja y azúcar a 20°C (temperatura inferior a la estudiada en el
presente trabajo).
Figura 3. Metodología utilizada para la
estimación de los coeficientes efectivos de difusión de agua de los
recubrimientos estudiados. Los símbolos corresponden a los promedios de tres
determinaciones experimentales y las líneas son las regresiones lineales.
Se
encontraron diferencias estadísticamente significativas entre los valores
mencionados, incrementándose en la medida que disminuye el contenido de azúcar
y aumenta el contenido de stevia. De acuerdo a la
información obtenida de la literatura, este comportamiento es esperable debido
a la mayor cantidad de sólidos presente en las formulaciones con mayor
contenido de azúcar. Se ha observado que en recubrimientos dulces elaborados
con cacao, la difusión a través de las partículas de sacarosa es mucho más lenta
que a través de otros componentes, como grasas y aceites, debido a que el
azúcar es cristalina en su naturaleza. Además, la presencia de lecitina en las
formulaciones junto con la sacarosa produce que la difusión de agua sea mucho
más lenta, debido a que la lecitina tiende a absorber mucha más humedad que el
azúcar a valores de actividades de agua menores a 0,85 [7, 22].
Conclusiones
En el
presente trabajo se estudió la cinética del proceso de secado a 50°C y se pudieron estimar los
coeficientes efectivos de difusión de recubrimientos con contenido reducido de
azúcar elaborados con cacao y un edulcorante a base de stevia.
A partir de los resultados obtenidos, se pudo modelar la pérdida de humedad
durante el secado de los recubrimientos analizados satisfactoriamente,
obteniéndose coeficientes efectivos de difusión que son útiles para el estudio
de la transferencia de materia que pueda ocurrir entre la cobertura, el
sustrato y/o el medio ambiente durante un proceso de recubrimiento de alimentos.
Además, el significado físico de los valores de las constantes del modelo de
GAB halladas para cada formulación indicaría que el mecanismo de sorción de
agua varía con la composición de los recubrimientos estudiados.
Nomenclatura
Constante empírica (Ec.
1) [-]
Actividad
de agua [-]
Número
de Biot másico (
) [-]
Constante empírica (Ec. 1) [-]
Constante
teórica relacionada con el calor de sorción de la monocapa (Ec. 2) [-]
Coeficiente efectivo de difusión de agua
[m2 s-1]
Error promedio porcentual [%]
Número de Fourier másico (
) [-]
Constante cinética de secado (Ec. 1) [min-1]
Coeficiente de transferencia superficial
de masa [m s-1]
Constante
teórica relacionada con el calor de sorción de la
multicapa (Ec. 2) [-]
Espesor total de la placa [m]
Humedad de equilibrio (base seca) [kg kg-1]
Humedad de la monocapa
(base seca) (Ec. 2) [kg kg-1]
Humedad al tiempo
(base seca) [kg kg-1]
Humedad inicial (base seca) [kg kg-1]
Raíz del error medio cuadrático [kg kg-1]
Coeficiente de determinación [-]
Tiempo [min] (Ec. 1); [s] (Ec. 5)
Agradecimientos
Este
trabajo fue parcialmente financiado por el CONICET (Proyecto PIP
2015-11220150100185CO, Argentina), la UNL (Proyectos CAI+D
2016-50420150100002LI y CAI+D 2020-50620190100005LI, Santa Fe, Argentina) y la Agencia
Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la
Innovación (Proyecto PICT 2019-209, Argentina).
Bibliografía
1. FAO. Diet, nutrition, and the
prevention of chronic diseases. WHO
technical report series. World Health Organization, Geneva, Switzerland. 2003.
2.
Poirier, P.;
Giles, T. D.; Bray,
G. A.; Hong,
Y.; Stern, J. S.; Pi-Sunyer, F. X. y Eckel, R. H. Obesity and
cardiovascular disease: pathophysiology, evaluation, and effect of weight loss. Circulation, 113(6), pp: 898-918. 2006.
https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.106.171016
3.
Baldwin, E. A.; Hagenmaier,
R. y Bai, J. Edible coatings and films to improve food quality. CRC Press, Boca Raton, USA. 2012.
4. Código Alimentario Argentino (CAA). Capítulo X (Alimentos
azucarados). http://www.anmat.gov.ar/alimentos/normativas_alimentos_caa.asp. 2010.
5. Marie, S.; Keynes, M. y Piggotti, J. R. Handbook of sweeteners. Springer Science+Business
Media, New York, USA. 1991.
6. Goyal, S. K.; Samsher, G. R. y Goyal, R. K. Stevia (Stevia rebaudiana) a bio-sweetener: a review. International Journal of Food Science and
Nutrition, 61(1), pp: 1-10. 2010. https://doi.org/10.3109/09637480903193049
7. Ghosh, V.; Ziegler, G.
R. y Anantheswaran, R. C. Moisture
migration through chocolate-flavored confectionery coatings. Journal of
Food Engineering, 66, pp: 177-186. 2005.
https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.03.012
8.
Onwude, D. I.; Hashim, N.; Janius,
R. B.; Nawi, N. M. y Abdan,
K. Modeling the thin-layer drying of fruits and
vegetables: a review. Comprehensive Reviews
in Food Science and Food Safety, 15, pp: 599-618. 2016.
https://doi.org/10.1111/1541-4337.12196
9. Meza, B. E.; Carboni, A. D. y Peralta, J. M. Water adsorption and
rheological properties of full-fat and low-fat cocoa-based confectionery
coatings. Food and Bioproducts
Processing, 110, pp: 16-25. 2018. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2018.04.005
10. Greenspan, L. Humidity fixed points of binary saturated aqueous
solutions. Journal of Research of the National Bureau of
Standards Section A: Physics and Chemistry, 8(1), pp: 89-96. 1977.
https://doi.org/10.6028/JRES.081A.011
11. Labuza, T. P.; Kaauane, A.
y Chen, J. Y. Effect of temperature on the moisture sorption isotherms
and water activity shift of two dehydrated foods. Journal of Food Science, 50, pp: 385-392. 1985.
https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1985.tb13409.x
12. Basu, S.; Shivhare, U.
S. y Mujumdar, A. S. Models for sorption isotherms for foods: a review. Drying technology, 24(8), pp: 917-930. 2006.
https://doi.org/10.1080/07373930600775979
13. Crank, J. The mathematics of difussion. 2da
edición. Oxford University Press
Inc, Whilstshire, Reino
Unido. 1975.
14. Guillard, V.; Broyart, B.; Guilbert, S.; Bonazzi, C. y Gontard N. Moisture diffusivity and transfer modelling in dry
biscuit. Journal of Food
Engineering, 64, pp: 81-87. 2004.
https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2003.09.014
15. Montgomery, D. C. Diseño y análisis de experimentos. Limusa Wiley, México DF, México. 2004.
16. Khalfaoui, M.; Knani, S.; Hachicha, M. A. y Lamine, A. B. New theoretical
expressions for the five adsorption type isotherms classified by BET based on
statistical physics treatment. Journal of Colloid Interface Sci.ence, 263, pp: 350-356. 2003. https://doi.org/10.1016/S0021-9797(03)00139-5
17. Blahovec, J. Sorption isotherms in materials of biological origin
mathematical and physical approach. Journal
of Food Engineering, 65, pp: 489-495. 2004.
https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.02.012
18. Quirijns, E. J.; van Boxtel, A. J.;
van Loon, W. K. y van Straten, G. Sorption isotherms, GAB
parameters and isosteric heat of sorption. Journal of Science Food Agriculture, 85, pp: 1805-1814. 2005. https://doi.org/10.1002/jsfa.2140
19. Rotstein, E.; Singh R. P. y Valentas
K. J. Handbook of Food Engineering Practice. CRC Press LLC, Boca Raton, Forida, USA. 1997.
20. Chigal, P. S.; Milde, L. B. y Brumovsky, L. A. Modelado matemático del secado de fideos libres
de gluten, influencia de la velocidad del aire. Revista de Ciencia y Tecnología, 21(32), pp:
71-75. 2019. https://doi.org/10.36995/j.recyt.2019.32.011
21. Doymaz, I. Thin-layer drying of spinach leaves in a convective
dryer. Journal of Food Process
Engineering, 32, pp: 112-125. 2009.
https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.2007.00205.x
22. Ghosh, J. L.; Duda, l.; Ziegler, G. R. V. y Anantheswaran,
R. C. Diffusion of moisture through chocolate flavoured
confectionery coatings. Food and Bioproducts
Processing, 82(C1), pp: 35-43. 2004. https://doi.org/10.1205/096030804322985290