Modelamiento matemático de la cinética de secado de espagueti enriquecido con pulpa de zapallo deshidratada ( Cucurbita moschata ) / Mathematical modeling of spaghetti drying kinetics enriched with dehydrated squash pulp ( Cucurbita moschata )

RESUMEN A pesar que diversos estudios se han llevado a cabo sobre modelamiento matemático de las cinéticas de secado de espagueti, no se han desarrollado para espaguetis con sustitución de sémola de trigo Triticum durum por pulpa de zapallo deshidratada (PZD), por lo tanto, el objetivo de esta investigación fue modelar las cinéticas de secado de espagueti sustituido parcialmente con PZD (5 y 10g/100g harina), evaluar el efecto de la sustitución y la temperatura (50 y 60°C), sobre el tiempo de secado (contenido de humedad final = 0,13g/g b.s.), la difusividad efectiva (De) y algunas características que definen la calidad del producto (contenido de humedad, calidad de cocción y contenido de carotenoides totales). Para ello, se emplearon modelos matemáticos reportados en la literatura, como también la segunda ley de Fick, para un cilindro infinito. Los resultados mostraron que los modelos Henderson & Pabis y el Logarítmico presentaron mayor ajuste (R2 ≥ 0,90) a las cinéticas de secado experimentales; por el contrario, el modelo de Lewis presentó el menor ajuste. Se obtuvieron tiempos de secado de 5,00-4,10h, para las cinéticas realizadas a 50°C y tiempos de secado de 3,40-2,80h (aproximadamente), para las cinéticas a 60°C. De varió desde 1,50 hasta 2,50 x 10-7 cm2s-1, la cual, aumentó con la temperatura. En definitiva, la calidad del espagueti se afectó negativamente con el aumento de PZD y positivamente con el aumento de la temperatura de secado.

ABSTRACT Although several studies have been carried out on mathematical modeling of the spaghetti drying kinetics, they have not been developed for spaghetti with an incorporation of Triticum durum wheat semolina by dehydrated squash pulp (DSP). Therefore, the objective of this investigation was to model the kinetics of spaghetti drying partially substituted with DSP (5 and 10g/100g flour), to evaluate the effect of substitution and temperature (50 and 60°C), on the time of drying (final moisture content = 0.13g/g d.b.), the effective diffusivity (De) and some characteristics that define the quality of the product (moisture content, cooking quality and total carotenoid content). For this, mathematical models reported in the literature were used, as well as the second law of Fick for an infinite cylinder. The results showed that the Henderson & Pabis and the Logarithmic models presented greater adjustment (R2 ≥ 0.90) to the experimental drying kinetics. On the contrary, the Lewis model presented the smallest adjustment. Drying times of 5.00-4.10h were obtained for the kinetics carried out at 50°C and drying times of 3.40-2.80h (approximately) for the kinetics at 60°C. It varied from 1.50 to 2.50 x 10-7cm2s-1, which increased with temperature. Finally, the spaghetti quality was negatively affected with the increase in PZD and positively with the increase in the drying temperature.

Osmotic dehydration of green mango samples (Mangifera indica L, Filipino Var) in ternary solutions / Deshidratación osmótica de muestras de mango verde (Mangifera indica L, Var Filipino) en soluciones ternarias

Background: in Colombia the consumption of fresh green mango (also known as mango "biche") is quite popular, and is consumed with lemon juice, salt, and honey. However, its high humidity content and high water activity makes of mango a highly perishable fruit, thus requiring processing alternatives. Osmotic dehydration (OD) is an interesting alternative for the conservation of mango. In OD, binary solutions (Solute + water) and ternary solutions (2 Solutes + water), have been traditionally used, however, more water removal can be achieved using ternary solutions, which leads to the improved organoleptic properties of dehydrated products. Objetives: to evaluate the kinetic water loss (WL), solutes gain (SG), weight reduction (WR), water activity (aw), and volume (Shrinking Coefficient, SC)) in green mango (Mangifera indica L. Filipino variety) osmotically dehydrated (OD). Additionally, to calculate water and solutes diffusivity (Def) for each treatment. Methods: green mango samples, with maturity scale zero, were used. Ternary solutions of sucrose at 40% and NaCl at 3, 6 and 9% were used for OD. The binary solution of sucrose with water as control treatment, was used. In the osmotic process samples were taken out at different times of OD (15, 30, 60, 90, 180, 240, and 300 min). Results: the findings show that at a higher concentration of NaCl, the dehydration kinetics was more rapid, aw and SC were smaller and water and solutes Def were higher. The samples dehydrated with the greatest solutes concentration (40 - 9%) reached the highest WL, SG, and WR with 89.52, 13.10, and 46.68%, respectively. Coefficients Defw and Defs showed a magnitude order of 10-10 m2/s, which is within the interval of dehydrated foods. Conclusions: this research showed that binary (sucrose + water) and ternary (NaCl + sucrose + water) solutions, are suitable for dehydrating green mango, however, the ternary solutions were more effective.

Antecedentes: en Colombia el consumo de mango verde fresco (también conocido como mango "biche") es popular, y se consume con zumo de limón, sal y miel. Sin embargo, su alto contenido de humedad y alta actividad de agua hace que el mango sea un fruto altamente perecedero, por lo que requiere alternativas de procesamiento. La deshidratación osmótica (OD) es una interesante alternative para la conservación de mango. En OD se utilizan tradicionalmente soluciones binarias (solute + agua) y soluciones ternarias (2 solutos + agua), sin embargo, puede removerse mayor cantidad de agua utilizando soluciones ternarias, las cuales permiten mejorar las propiedades organolépticas de productos deshidratados. Objetivos: evaluar las cinéticas de pérdida de agua (WL), ganancia de solutos (SG), reducción de peso (WR), actividad de agua (aw) y volumen (coeficiente de encogimiento, SC) en muestras de mango verde (Mangifera indica L. Variedad filipino) deshidratadas osmóticamente (OD). Adicionalmente, calcular la difusividad (Def) del agua y de solutos, en los distintos tratamientos. Métodos: se usaron mangos verdes con escala de madurez cero. En la OD se usaron soluciones ternarias compuestas por sacarosa (40%) y NaCl al 3, 6 y 9%. Como tratamiento control se usó una solución binaria de sacarosa más agua. En el proceso osmótico las muestras fueron tomadas a diferentes tiempos de OD (15, 30, 60, 90, 180, 240, and 300 min). Resultados: los resultados mostraron que al incrementar la concentración de NaCl, las WL fueron más rápidas, la aw y el SC fueron menores y las de agua y solutos mayores. Las muestras deshidratadas con la máxima concentración de solutos (40-9%), alcanzaron las mayores WL, SG y WR con valores de 59.82, 13.10 y 46.68%, respectivamente. Los coeficientes Defw and Defs mostraron orden de magnitude de 10-10 m2/s, valor que se encuentra en el intervalo para alimentos deshidratados. Conclusiones: esta investigación mostró que soluciones binarias (sacarosa + agua) y ternarias (NaCl + sacarosa + agua) son adecuadas para deshidratar mango verde, sin embargo, las soluciones ternarias fueron más efectivas.

Evaluación de la transferencia de oxígeno en cultivos con lactococcus lactis empleando un sistema de fermentación con aireación externa / Evaluating oxygen transfer in a Lactococcus lactis cultures using an external aeration fermentation system (EAFS)

En fermentaciones aerobias el oxígeno, como aceptor terminal de electrones en el proceso de respiración, comúnmente se constituye en limitante debido entre otros factores al diseño del biorreactor (factores geométricos), a las condiciones de operación de los fermentadores (condiciones ambientales requeridas en el cultivo, potencia transferida al cultivo por el sistema de agitación, propiedades del medio líquido), demanda de oxígeno por parte del microorganismo, sistema de aireación (concentración de oxígeno en el gas, solubilidad del oxígeno). La limitación de oxígeno se refleja en la fermentación con Lactococcus lactis cepa IBUN 34.1, en que presenta una baja disponibilidad de oxígeno desde muy temprano en la fase exponencial del cultivo. Para superar estas limitaciones se diseñó y desarrolló un sistema de suministro de oxígeno de alta tasa de transferencia, consistente en un sistema de fermentación con aireación externa (SFAE), el cual es comparado en este trabajo con el sistema tradicional de fermentador agitado dotado con dos turbinas tipo Rushton y aireación por difusor interno. En este trabajo se evalúa la operación del SFAE, se seleccionan y estudian algunas variables operacionales y su efecto sobre la transferencia de oxígeno gas-líquido. Los resultados indican que las variables que tienen efecto significativo sobre el coeficiente volumétrico global de transferencia de masa kLa son la agitación y el flujo de medio de cultivo que circula por el aireador externo denominado flujo de recirculación. Los valores de kLa obtenidos indican que con el fermentador convencional con aireación interna el mayor valor de kLa alcanzado fue de 40,68 (h-1), en tanto que con el SFAE se alcanzaron valores de 63,18 (h-1).

In aerobic fermentations, oxygen as terminal electron acceptor in respiration process, is commonly a limiting due to factors like its low solubility in aqueous solutions, bioreactors’ geometric factors and operating characteristics, liquid media properties, oxygen concentration in gas supply, microorganisms’ characteristics, environmental culture conditions, power supply by agitation system, etc. Oxygen limitation is present in cultures using the IBUN 34.1 Lactococcus lactis strain where oxygen availability is low some minutes after the exponential phase starts. A high transfer rate oxygen supply system was thus designed to overcome such limitations; it consisted of an external aeration fermentation system (EAFS) which was compared in this work with a conventional agitated tank fermenter equipped with two Rushton turbines and internal diffuser aeration flute mechanism.This paper evaluates the EAFS; some operational variables were selected and studied as well as their effect on oxygen transfer. Our results showed that agitation and culture medium flow through the aerator (called external recirculation flow) were the variables having the main effect on overall volumetric mass transfer coefficient (kLa). The highest kLa value in the conventional bioreactor having internal aeration was 40.68 kLa (h-1), while the EAFS reached 90 (h-1).