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Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
Diana Catalina Moreno Guarín
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de ciencias, Posgrado en ciencia y tecnología de alimentos
Bogotá, Colombia
2012
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
Diana Catalina Moreno Guarín
Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título
de:
Magister en Ciencia y tecnología de alimentos
Director (a):
Ph. D. Amanda Consuelo Díaz Moreno
Línea de Investigación:
Aseguramiento de la Calidad y Desarrollo de nuevos alimentos de origen vegetal
Grupo de Investigación:
Aseguramiento de la calidad de alimentos y desarrollo de nuevos productos
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de ciencias, Posgrado en ciencia y tecnología de alimentos
Bogotá, Colombia
2012
A mi mami, su duro trabajo, apoyo y
paciencia incansable son fuente de
inspiración para mi vida y me han convertido
profesional y persona que soy actualmente.
Moni y Valeria son la fuente de la alegría, me
dan ejemplo de perseverancia y de lucha, son
una motivación para mejorar cada día un
poco más.
Andrés, su amor y apoyo en cada etapa de mi
carrera tanto académica como
sentimentalmente me han dado el valor para
enfrentar el mundo construyendo un futuro
juntos.
Principalmente en memoria de mi papi, cada
día te recuerdo con mucho amor, y espero te
sientas orgulloso de este nuevo paso.
Agradecimientos
Este trabajo se realizó en el marco del proyecto “Estrategias para selección de
indicadores tecnológicos en procesos de deshidratación de frutas y hortalizas utilizando
herramientas de automatización y control” de la Universidad Nacional del Colombia-
Sede Bogotá, gracias al apoyo de personas e instituciones a las cuales quiero expresar
mi agradecimiento:
A la doctora Amanda Consuelo Díaz Moreno, directora de esta tesis, por su apoyo y
orientación durante el desarrollo de la misma. Su experiencia y dedicación fueron
fundamentales para la realización de este trabajo.
A la Universidad nacional de Colombia, al Posgrado en Ciencia y tecnología de alimentos
y al Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación (Colciencias) de
Colombia, por el apoyo financiero, durante el desarrollo de la tesis.
Al Instituto de ciencia y tecnología de alimentos (ICTA) y todos sus funcionarios quienes
me colaboraron en la parte teórica y experimental del trabajo especialmente a Ivonne
González y Andrés Duran Jiménez quienes con su experiencia me colaboraron en el
desarrollo de varias actividades del proyecto.
Al laboratorio de Ingeniería química y a sus funcionarios quienes me prestaron sus
instalaciones y equipos para el progreso de varias pruebas experimentales
fundamentales para la tesis.
A todas las personas que hicieron parte del proyecto de investigación y a sus diferentes
grupos, ya que gracias al trabajo interdisciplinario, mi trabajo tuvo de diferentes puntos
de vista y se retroalimento mejorando constantemente.
Resumen y Abstract IX
Resumen
El tomate es una fruta altamente apreciada en el mundo por sus cualidades nutricionales
y por sus componentes bioactivos con beneficios para la salud, especialmente los
antioxidantes. Su alta actividad de agua promueve el crecimiento bacteriano
deteriorando el tomate en su estado fresco con gran facilidad, lo que implica acceder a
procesos de conservación que permitan extender su vida útil. Este trabajo hizo una
evaluación completa del proceso de secado para tomate (Lycopersicum esculentum)
variedad chonto. En primer lugar, se hizo un estudio de características fisicoquímicas y
sensoriales de tomates secos comerciales y una posterior comparación con el desarrollo
experimental, de esta manera definir las condiciones de calidad para el producto
deshidratado a desarrollar. Posteriormente se hizo un estudio del proceso de secado,
determinando las isotermas de sorción a diferentes temperaturas, dos ambientales (20 y
25 °C) y tres de proceso (50, 60 y 70°C), las curvas de secado a las temperaturas de
proceso y utilizando dos velocidades (3 y 4 m/s). Una vez se hizo el modelamiento de su
comportamiento, se determino que el modelo de GAB describe mejor el comportamiento
de sorción de la fruta. Para las curvas de secado, el modelo de Page se adapta de
manera más precisa a los datos experimentales. Adicionalmente se hallaron propiedades
propias para la descripción del proceso de secado como fueron el calor isostérico de
sorción y la difusividad efectiva. Finalmente a las temperaturas de proceso se les
hicieron las pruebas fisicoquímicas, estructurales y el contenido de antioxidantes para
evaluar los efectos de la temperatura sobre las propiedades del producto final.
Obteniendo como principal resultado que a una temperatura de 60ªC se conservan el
color y la actividad antioxidante, además se obtiene una textura crocante y el contenido
de carotenoides se ve favorecido.
Palabras clave: (Deshidratación, modelamiento, calidad, antioxidantes, tomate).
X Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación del
tomate
Abstract
The tomato is a fruit highly prized in the world for its nutritional and bioactive components
with health benefits, especially antioxidants. Its high water activity promotes bacterial
growth deteriorating in fresh tomato with ease, which means access to allowing
preservation processes extend its life. This paper made a thorough evaluation of the
drying process for tomato (Lycopersicum esculentum) cultivar chonto. First, there was
a study of physicochemical and sensory characteristics of commercial dried tomatoes and
a subsequent comparison with experimental sampe, thus defining the conditions for the
dehydrated product quality to develop. Subsequently, a study was made of the drying
process, determining sorption isotherms at different temperatures, two environmental
(20 and 25 ° C) and three of process (50, 60 and 70 ° C), drying curves temperatures and
process using two speeds (3 and 4 m / s). Once the modeling was their behavior, it was
determined that the GAB model best describes the sorption of the fruit. Drying curves was
described by the Page model more precisely to the experimental data. Additionally own
properties were found to describe the drying process as were the isosteric heat of
sorption and the effective diffusivity. Finally at processing temperatures were tested were
physicochemical antioxidants characteristics to evaluate the effects of temperature on the
final product properties. Obtaining as a main result of 60 º C temperature are maintained
the color and antioxidant activity, obtain a crispy texture and increased the carotenoid
content.
Keywords: (Drying, modeling, quality, antioxidants, tomato).
Contenido XI
Contenido
Pág.
Resumen ..............................................................................................................................IX
Lista de figuras ................................................................................................................ XIV
Lista de tablas ................................................................................................................... XV
Lista de Símbolos y abreviaturas .................................................................................. XVI
Introducción ......................................................................................................................... 1
1. Selección de parámetros de calidad fisicoquímica, microbiológica y sensorial
en tomate deshidratado comercial (Lycopersicum esculentum) .................................. 5
1.1 Introducción ......................................................................................................... 5
1.2 Materiales y métodos .......................................................................................... 7
1.2.1 Materia prima ............................................................................................ 7
1.2.2 Humedad .................................................................................................. 7
1.2.3 pH.............................................................................................................. 7
1.2.4 Actividad de agua ..................................................................................... 7
1.2.5 Color ......................................................................................................... 7
1.2.6 Textura ...................................................................................................... 8
1.2.7 Calidad Microbiológica ............................................................................. 8
1.2.8 Análisis sensorial ...................................................................................... 8
1.2.9 Análisis estadístico ................................................................................... 9
1.3 Resultados y discusión ........................................................................................ 9
1.3.1 Pruebas fisicoquímicas ............................................................................ 9
1.3.2 Color ....................................................................................................... 10
1.3.3 Textura .................................................................................................... 12
1.3.4 Calidad Microbiológica ........................................................................... 14
XII Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate (lycopersicum esculentum)
1.3.5 Análisis sensorial .................................................................................... 15
1.4 Conclusiones ..................................................................................................... 15
2. Isotermas de sorción y cinética del proceso de secado por aire caliente en
tomate chonto (Lycopersicum esculentum) ................................................................... 17
2.1 Introducción ....................................................................................................... 17
2.2 Materiales y métodos ........................................................................................ 19
2.2.1 Materia prima .......................................................................................... 19
2.2.2 Isotermas de sorción .............................................................................. 19
2.2.3 Modelamiento de las isotermas ............................................................. 20
2.2.4 Calor isostérico de sorción ..................................................................... 20
2.2.5 Proceso de secado ................................................................................. 21
2.2.6 Cinética de secado ................................................................................. 21
2.2.7 Calculo de la difusividad efectiva ........................................................... 22
2.2.8 Análisis estadísticos ............................................................................... 22
2.3 Resultados y discusión ...................................................................................... 23
2.3.1 Isotermas de sorción .............................................................................. 23
2.3.2 Cinética de secado ................................................................................. 27
2.3.3 Difusividad efectiva ................................................................................. 31
2.4 Conclusiones ..................................................................................................... 32
3. Efecto del proceso de secado por aire caliente en las características
fisicoquímicas, antioxidantes y microestructurales de tomate chonto
(Lycopersicum esculentum) ............................................................................................. 33
3.1 Introducción ....................................................................................................... 33
3.2 Materiales y métodos ........................................................................................ 35
3.2.1 Materia prima .......................................................................................... 35
3.2.2 Humedad ................................................................................................ 35
3.2.3 Actividad de agua ................................................................................... 35
3.2.4 Color ....................................................................................................... 35
3.2.5 Textura .................................................................................................... 36
3.2.6 Calidad Microbiológica ........................................................................... 36
3.2.7 Propiedades Antioxidantes ..................................................................... 36
3.2.8 Microscopia electrónica de barrido ........................................................ 38
3.2.9 Análisis estadísticos ............................................................................... 38
Contenido XIII
3.3 Resultados y discusión ...................................................................................... 38
3.3.1 Humedad y actividad de agua ................................................................ 39
3.3.2 Color ....................................................................................................... 39
3.3.3 Textura .................................................................................................... 40
3.3.4 Calidad Microbiológica ........................................................................... 42
3.3.5 Características antioxidantes ................................................................. 44
3.3.6 Microscopia electrónica de barrido ........................................................ 46
3.4 Conclusiones ..................................................................................................... 47
4. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................... 48
4.1 Conclusiones ..................................................................................................... 48
4.2 Recomendaciones ............................................................................................. 49
5. Resultados académicos ............................................................................................ 50
Bibliografía ......................................................................................................................... 53
Contenido XIV
Lista de figuras
Pág.
Figura 1-1 Análisis de componentes principales para propiedades texturales de muestras
comerciales de tomate deshidratado (Score plot) ............................................................. 12
Figura 1-2 Análisis de componentes principales para propiedades texturales de muestras
de tomate comercial (Loading plot) .................................................................................... 13
Figura 2-1 Isotermas de sorción de tomate a T ambiental ............................................... 23
Figura 2-2. Isotermas de sorción de tomate a T proceso ................................................. 24
Figura 2-3 Logaritmo natural de la humedad relativa en relación al inverso de la
temperatura en Kelvin a humedad constante. ................................................................... 26
Figura 2-4 Dependencia del calor de sorción de la humedad. ......................................... 27
Figura 2-5 Curvas de secado de tomate ........................................................................... 28
Figura 2-6 Velocidad de secado de tomate ....................................................................... 28
Figura 3-1 Análisis de componentes principales para las muestras de tomate secadas a
diferentes temperaturas (Score plot) .................................................................................. 42
Figura 3-2 Análisis de Componentes Principales PCA para las muestras de tomate
secadas a diferentes temperaturas (Loading plot) ............................................................. 42
Figura 3-3 Microfotografías de pulpa de tomate deshidratado a 50, 60 y 70°C ............... 46
Figura 3-4 Microfotografías de semilla de tomate deshidratada a 50, 60 y 70°C ............ 47
Contenido XV
Lista de tablas
Pág.
Tabla 1-1 Humedad, actividad de agua y pH en muestras comerciales de tomate
deshidratado ....................................................................................................................... 10
Tabla 1-2 Coordenadas de color, cromaticidad y tono en muestras de tomate
deshidratado comercial ....................................................................................................... 11
Tabla 1-3 Calidad microbiológica para muestras de tomate deshidratado comercial ...... 14
Tabla 2-1 Sales utilizadas en la obtención de la humedad en equilibrio .......................... 19
Tabla 2-2 Modelos para humedad de equilibrio ................................................................ 20
Tabla 2-3 Modelos para capa delgada .............................................................................. 21
Tabla 2-4 Parámetros ajustados a cada modelo ............................................................... 25
Tabla 2-5 Parámetros obtenidos para los modelos ........................................................... 30
Tabla 2-6 Coeficiente de difusividad del proceso .............................................................. 31
Tabla 3-1 Influencia de la temperatura de secado en la humedad y la actividad de agua
............................................................................................................................................. 39
Tabla 3-2 Influencia de la temperatura en las coordenadas de color ............................... 39
Tabla 3-3 Calidad microbiológica de tomate sometido a secado por aire caliente a
diferentes temperaturas. ..................................................................................................... 43
Tabla 3-4 Efecto de diferentes temperaturas de deshidratación sobre el contenido de
compuestos antioxidantes en tomate ................................................................................. 44
Contenido XVI
Lista de Símbolos y abreviaturas
Símbolos con letras latinas Símbolo Término Unidad SI Definición
a* Coordenada de color 1 Numeral 2.1.5
a,c Constantes para modelos de capa delgada 1 Tabla 1-2
aw Actividad de agua 1 Ecuación (7)
b* Coordenada de calor 1 Numeral 2.1.5
C Cromaticidad 1 Numeral 2.1.5
D Difusividad Numeral 2.2.7
H Angulo de tono 1 Numeral 2.1.5
HR Humedad relativa Paire/Paire sat Numeral 1.3.2
K Constante principal para modelos cinéticos
y de sorción
1 Tabla 1-2
L Espesor m Numeral 2.2.7
L* Claridad 1 Numeral 2.1.5
M Humedad en base seca g w/g ms Ecuacion (1)
MR Relación de humedad 1 Ecuaciòn (1)
Q Calor
R Constante de los gases
t Tiempo Min Tabla 1-2
T Temperatura °C/K
Contenido XVII
Subíndices Subíndice Término
bh Bulbo humedo
abs Absoluta
BH Base Humeda
bs Bulbo seco
BS Base seca
e Equilibrio
ef Efectiva
m Monocapa
o Inicial
st Isosterico de sorción
v Velocidad de secado
Superíndices Superíndice Término
N Exponente, potencia
Abreviaturas Abreviatura Término
CIE Comission Internacionale de l´Eclairage
Introducción
El tomate (Lycopersicum esculentum) es el cultivo de más amplia difusión en todo el
mundo [1]. La producción global de tomate alcanzó 108 millones de toneladas métricas
en el año 2005 [2]. El tomate se utiliza generalmente en estado fresco y en algunos
procesos como jugos, pures, salsas y enlatados [3]. Sin embargo, el tomate es altamente
perecedero en estado fresco conduciendo a pérdidas durante postcosecha. La
prevención de estas pérdidas es de gran interés, sobre todo cuando hay desequilibrio
entre la oferta y la demanda en algunas temporadas del año [4]. Colombia tiene una alta
producción de tomate, aproximadamente 500.000 toneladas anuales de las cuales tan
solo se exportan 199 toneladas [2], el resto se queda en el país para consumo interno. A
pesar de su alta producción, el alto porcentaje de pérdidas del tomate, hace que sea
necesario encontrar un método de conservación que guarde sus características
extendiendo su vida útil [5]. Un producto estable a través del tiempo y una reducción en
el volumen de los productos son las principales razones para que el secado sea un
proceso utilizado para la conservación de alimentos [6].
El objetivo fundamental del secado de alimentos es la extracción de agua a partir del
material sólido a determinado contenido de humedad, en la cual disminuya el deterioro
microbiano [7]. Los secadores más utilizados para la industria agroalimentaria son los
secadores de aire caliente, en los cuales el calor se trasmite por convección a través del
producto [8]. Se busca que el proceso sea energéticamente eficiente y que a la vez se
obtenga un producto con unas características de calidad alta, sin embargo en algunas
ocasiones las condiciones de proceso afectan la calidad del producto [9]. Aunque el
secado por aire caliente es el método común para deshidratar alimentos, muchos
investigadores referencian que este conduce a la degradación de las características de
calidad nutricional y sensorial, debido a los tiempos prolongados y las temperaturas
elevadas empleadas en el proceso [10, 11].
2 Introducción
El trabajo en primera medida busca encontrar los parámetros adecuados para medir la
calidad del tomate deshidratado, para ello se utiliza como referencia 7 marcas
comerciales estableciendo que parámetros fisicoquímicos deben ser analizados en
tomate deshidratado, utilizando marcas comerciales encontradas en el mercado local. Se
analizan, humedad, actividad de agua y pH mediante las técnicas estandarizadas AOAC,
color mediante CIEL*a*b* y textura por TPA (texture profile analysis), adicionalmente se
toman algunas pruebas microbiológicas según la metodología utilizada por el INVIMA
para verificar la calidad del producto y se hace una prueba sensorial hedónica dirigida a
consumidores para correlacionar los análisis con la aceptación del producto. Se obtiene
que el pH es la única prueba fisicoquímica que no tienen influencia en los análisis y que
el color y la textura además de presentar diferencias significativas entre muestras son los
parámetros más importantes en cuanto a la calidad sensorial del tomate, ya que el
consumidor busca una tonalidad muy cercana al tomate fresco y como producto
deshidratado prefiere un producto blando y con fracturabilidad alta.
Las isotermas de sorción son esenciales para el diseño, modelado y optimización de
muchos procesos tales como el secado, la aireación y el almacenamiento [7]. El
conocimiento de las isotermas de sorción es también importante para la predicción de los
cambios de estabilidad y calidad durante el envasado y almacenamiento de alimentos
secos [12]. Muchos investigadores han desarrollado ecuaciones matemáticas para
describir las isotermas de sorción de los materiales alimenticios, en muchos casos,estas
no describen con precisión la isoterma de sorción en todo el rango de humedad relativa y
para diferentes tipos de materiales alimenticios [13]. Por eso se han establecido estudios
que buscan hacer que estas isotermas de sorción pueda evaluarse de forma general y
analíticamente con describiendo el comportamiento de todos los alimentos [12],
adicionalmente se han hecho clasificaciones que las tipifican según la composición, o
parámetros obtenidos de otras ecuaciones [14]. El tomate especialmente está clasificado
como una isoterma del tipo 2 según su composición, debido a que en base seca es
mayoritariamente carbohidratos [15]. La ecuación de GAB es la más utilizada para
modelar los datos, obteniendo parámetros con distintos valores de humedad en equilibrio
para diferentes productos como pulpa, polvo y tomate seco en rodajas[16].
Adicionalmente se han hecho estudios con ecuaciones de dos parámetros (BET, Halsey,
Smith y Oswin obteniendo que definitivamente GAB es el que mejor predice los datos de
Introducción 3
sorción en pulpa de tomate seco y otros productos [17]. Ademas, se han hecho estudios
específicos en rodajas de tomate, donde adicional al modelamiento se puede observar
una la influencia de la temperatura, ya que conforme la temperatura asciende, los puntos
en la curva comienzan a descender a humedades mucho más bajas [18]. Este trabajo
estudia las isotermas de sorcion de tomate deshidratado a diferenctes temperaturas (20,
25, 50, 60 y 70°C) con los valores obtenidos se obtuvo el calor isostérico de sorción para
el tomate. Se obtuvo como resultado principal que el modelo de GAB es el más
adecuado prediciendo las isotermas de sorción.Para continuar con la descripción del
proceso, la cinética de secado se utiliza para predecir el comportamiento del producto
durante el proceso y el modelamiento se utiliza para estandarizar el proceso, los modelos
más adecuados a utilizar para el proceso de secado del producto serían el modelo de
Page, el modelo de Page modificado y el modelo de difusión de Fick [19], debido a que
los modelos exponenciales representan de una manera precisa el comportamiento de los
datos experimentales, adicionalmente, tienen un menor número de parámetros
asegurando una mayor simplicidad en el modelo obtenido. Se hace un modelamiento del
proceso de secado a tres temperaturas (50, 60 y 70°C) y dos velocidades (3 y 4 m/s) con
el fin de predecir el comportamiento del proceso y verificar la influencia de estos
parámetros. Finalmente se halló la difusividad efectiva mediante la segunda ley de Fick
adaptada para una lámina infinita. El modelo de Page se ajusta de una manera más
adecuada a los datos experimentales. Adicionalmente se concluye que la temperatura
influye fuertemente en el secado y la velocidad no tiene una influencia significativa en el
proceso.
Finalmente se evalúa el impacto del proceso en los factores fisicoquímicos
principalmente en el color y la textura. El secado puede cambiar las características de la
superficie de un alimento alterando su color [20]; algunos estudios muestran que en la
deshidratación con aire caliente se pierde la coloración roja a temperaturas superiores a
40°C [21] o 60°C [6]. La textura se ve afectada por la pérdida de la permeabilidad
diferencial en la membrana protoplasmática, la pérdida de presión de turgencia en las
células y la desnaturalización de la proteína durante el proceso [22]. Los resultados
muestran cambios de color en las muestras de tomate tratado a 70°C, en textura las
muestras tratadas a temperatura de 60°C presenta una diferencia significativa en el
parámetro de fracturabilidad con respecto a las muestras secas a 50°C y 70°C lo que
indica una estructura más crocante y un buen balance de masticabilidad y dureza
4 Introducción
El consumo regular de tomates se ha relacionado con una reducción del riesgo de
desarrollar distintos tipo de cáncer, problemas cardiovasculares y el desarrollo de
tumores, además de una amplia gama de otros beneficios potenciales [23-26]; estos
efectos positivos se atribuyen a los compuestos antioxidantes presentes en el tomate,
especialmente carotenoides como el licopeno, el β-caroteno, fenoles y vitamina C [24,
27]. Uno de los compuesto más abundantes en el tomate es el licopeno, responsable del
color rojo de los tomates [28] y considerado como un antioxidante de alta actividad
biológica [29], representando casi el 80% de los carotenoides contenidos en el tomate
[30]; algunos estudios indican que el incremento de la temperatura durante el secado
degrada estos compuestos, sin embargo, se han encontrado estudios específicos para
tomate deshidratado en el que se ve que hay un incremento significativo de carotenoides
con respecto al contenido en fresco [6, 16, 31-33]. Adicionalmente, el tomate contiene
compuestos fenólicos, en algunos casos capaces de soportar algunos métodos de
procesamiento industrial, como el secado [34]; existen gran cantidad de estudios en los
que se observa una tendencia a aumentar de este tipo de compuestos [35, 36]. Sin
embargo, los resultados de estudios más recientes muestran una disminución de los
polifenoles, conforme se lleva a cabo el proceso de secado [21]. En general, la mayoría
de los autores muestran un aumento en el contenido de la actividad antioxidante durante
el procesamiento [11, 16, 37]; específicamente, en el proceso de secado, algunos
estudios reportan el incremento de la actividad antioxidante [35]. Se obtienen como
resultados que el contenido total de carotenoides aumento con el proceso de secado, el
contenido de fenoles totales disminuye cuando la temperatura aumenta. La actividad
antioxidante total no fue afectada por el aumento en la temperatura con respecto al
tomate fresco.
Los procesos de secado ofrecen una alternativa para obtener un producto con una vida
útil más larga, se ha utilizado durante muchos años como medio de preservación de
tomate y muchos otros vegetales [18]. El método más popular es el secado por aire
caliente, con la desventaja que el proceso puede dar lugar a cambios físicos y
estructurales tales como la migración de sólidos solubles, la contracción, el
endurecimiento superficial, la pérdida de volátiles y el aroma [11]. Para minimizar estos
cambios, se utilizan otros métodos de secado alternativos como la liofilización, secado
con aire a baja temperatura y secado al vacío [38].
1. Selección de parámetros de calidad fisicoquímica, microbiológica y sensorial en tomate deshidratado comercial (Lycopersicum esculentum)
1.1 Introducción
Debido al alto contenido de agua que presenta el tomate (mayor al 90%), surge la
necesidad de buscar alternativas tecnológicas para conservar el producto por más
tiempo. Uno de los métodos de conservación de alimentos que se puede aplicar es el
secado, que disminuye el agua libre disponible en el alimento a inferiores a 0.4 en donde
las reacciones microbiológicas y enzimáticas se ven disminuidas [39, 40].
El secado es una de las tecnologías más frecuentes en la agroindustria, es la operación
unitaria en la cual se elimina la humedad de un material por la acción de unas
condiciones ambientales de temperatura y humedad relativa, con el objetivo de reducir la
actividad microbiana y reacciones de deterioro del producto [36, 41-43].
El tomate deshidratado se caracteriza utilizando algunas propiedades fisicoquímicas
como el pH, sólidos solubles, humedad, actividad de agua [44] y algunos parámetros
microbiológicos como mesófilos, coliformes, hongos y levaduras [45].El contenido de
humedad del tomate deshidratado es típicamente reducido 15% [46, 47].
Estudios indican que el secado de las rodajas de tomate provoca un aumento de sólidos
solubles y la acidez, mientras que el pH y el ácido ascórbico disminuyen [44, 48, 49].
Algunos de los parámetros que se han medido con frecuencia en productos
deshidratados son el color y la textura como parámetros de calidad sensorial en el
producto final [42].El cambio de color en los alimentos durante el proceso térmico es
causado por reacciones de degradación de pigmentos (especialmente carotenoides y
clorofila), y reacciones de pardeamiento como la condensación de Maillard de hexosas y
6 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
amino componentes, junto con la oxidación del ácido ascórbico [39, 50, 51]. Por lo tanto
los valores finales de los parámetros de color pueden ser usados como indicadores de
calidad para evaluar el deterioro debido al procesamiento térmico [52, 53].
Un producto alimenticio debe seguir estrictas normas microbiológicas para no convertirse
en un riesgo para la salud humana, el gobierno de la República de Colombia, mediante el
Ministerio de Protección Social, está tramitando el Proyecto de Resolución mediante el
cual se establece el reglamento técnico sobre los requisitos sanitarios que deben cumplir
las frutas que se procesen, empaquen, transporten, importen y comercialicen en el
territorio nacional, en el cual se establecen los requisitos microbiológicos de frutas
deshidratadas o desecadas, estableciendo como parámetros un recuento de mohos y
levaduras menor a 100 UFC/g y ausencia de Salmonella por cada 25g [54].
La reglamentación colombiana es muy reducida en cuanto a criterios de calidad
microbiológicos para gran parte del sector alimentario, debido a esto, los productores de
fruta deshidratada no tienen normas microbiológicas a cumplir en el territorio nacional,
dificultando la estandarización del proceso de secado. Este trabajo tomo como
referencia normas y guías para frutas y vegetales deshidratados. La norma británica,
considera los parámetros microbiológicos y establece un número máximo de coliformes
totales de 25 UFC/g, ausencia de Salmonella y menos de 105 UFC/g mesófilos aerobios
[55]. La norma peruana muestra las características establece un número máximo de
mesófilos aerobios de 100 UFC/g, coliformes totales menores a 500 UFC/ g, hongos y
levaduras menores a 100 UFC / g y ausencia de Salmonella [56]. Finalmente se revisa la
norma brasilera que establece como criterio 200 UFC/g de coliformes totales y ausencia
de Salmonella en 25 g [57]
El estudio tiene como objetivo la evaluación de las propiedades fisicoquímicas, humedad,
actividad de agua, pH, color y textura en muestras de tomate deshidratado comercial,
verificar algunos parámetros microbiológicos, con el fin de revisar la inocuidad del
producto y una prueba sensorial que indique el tipo de características de preferencia por
parte del consumidor.
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
7
1.2 Materiales y métodos
1.2.1 Materia prima
Se analizaron siete muestras comerciales de tomate deshidratado adquiridas en el
mercado local, almacenadas en condiciones de temperatura y humedad ambientales.
1.2.2 Humedad
La humedad se midió utilizando la metodología de sólidos totales en frutas y productos
de frutas de la AOAC 920.151. Se secó la muestra a 105°C durante dos horas
controlando el peso antes y después del secado [58], se realizaron tres réplicas
experimentales. El porcentaje de humedad se calculó mediante la Ecuación (1.1)
1.2.3 pH
La determinación de pH se realizó siguiendo la NTC 4592, se tomo una parte de la
muestra en pequeños trozos y se eliminan las semillas. Luego se colocan los trozos de
muestra en un vaso de precipitado; se agrega dos o tres veces su masa de agua
destilada y se calienta en un baño de agua durante 30 minutos, se macera y se lee el pH
directamente sobre la escala del aparato con precisión de 0,05 unidades de pH, hasta
que se obtenga un valor constante [59].
1.2.4 Actividad de agua
La actividad de agua se midió de manera instrumental directa en un activímetro GBX
Modelo FAst-Lab; la medición del equipo se basa en la saturación del aire dentro de la
cámara de muestreo con la humedad presente en el producto, alcanzándose el punto de
rocío, que es cuantificado mediante la capacidad reflectiva del espejo de condensación
[60].Las determinaciones se realizaron por triplicado para cada muestra evaluada.
1.2.5 Color
El color se midió de manera instrumental utilizando un colorímetro Minolta Modelo C-300,
utilizando el sistema CIE y las coordenadas L*a*b* para la descripción del color. Se
8 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
hicieron 3 réplicas a cada muestra. Posteriormente se calcularon el ángulo de tono (hab)
que se utiliza para distinguir el tono, atributo de una sensación visual según el cual una
superficie parece ser semejante a uno de los colores percibidos: rojo, amarillo, verde o
azul, o a una combinación de dos de ellos consecutivos.
El croma (C*ab) que es medida de la pureza del color; los colores no saturados contienen
una proporción de luz blanca. Los colores saturados no contienen luz blanca. Estos
parámetros se hallan mediante las Ecuaciones (1.2) y (1.3).
) (1.2)
√ (1.3)
1.2.6 Textura
Para la medición de textura se utilizó un texturómetro SMS Modelo TA-XTplus. La
caracterización de las muestras se realizó mediante una prueba de Análisis de Perfil de
Textura (TPA), utilizando el disco de compresión de 75mm; la distancia de ingreso a la
muestra para la prueba fue de 5mm. Se hicieron 5 réplicas para cada muestra evaluada
[61]. Se evaluaron los parámetros de dureza, fracturabilidad, cohesividad, elasticidad y
masticabilidad.
1.2.7 Calidad Microbiológica
Se realizaron pruebas para identificar mesófilos, mohos y levaduras, coliformes totales y
Salmonella. Todos los métodos de detección y recuento utilizados son los normalizados
por el Instituto Nacional para la Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (INVIMA )[62].
1.2.8 Análisis sensorial
Se diseñó una prueba sensorial de aceptación de escala numérica con 33 consumidores
en la cual el panelista codificaba las muestras de manera ordinal de acuerdo a su
preferencia [63].
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
9
1.2.9 Análisis estadístico
El análisis estadístico de los datos se realizó mediante un análisis de varianza (ANOVA)
para verificar la influencia de cada parámetro en las muestras evaluadas y
adicionalmente se implementó una prueba de Tukey con el propósito de observar si hay
diferencias significativas entre los parámetros de calidad utilizados [64]. A las
propiedades texturales se les hizo Análisis de Componentes Principales (PCA) para
observar efectos simultáneos de las variables.
1.3 Resultados y discusión
1.3.1 Pruebas fisicoquímicas
La humedad, la actividad de agua y el pH de las muestras estudiadas se presentan en la
Tabla 1-1, el análisis estadístico utiliza una prueba de Tukey para ver las diferencias
significativas entre parámetros.
Se observan diferencias en el valor de la humedad entre el tomate comercial las
muestras sin diferencia estadísticamente significativa son la 2, 4, 5 y 6, considerando
condiciones de secado y almacenamiento similares.
La muestra 7 presenta un comportamiento diferente a las otras ya que presenta el valor
más alto de humedad. La actividad de agua varia en un rango de 0.525 y 0.771, valores
característicos para un alimento deshidratado, dejando agua libre disponible para
reacciones microbiológicas.
10 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
Tabla 1-1: Humedad, actividad de agua y pH en muestras comerciales de tomate
deshidratado
Muestra Humedad (kg agua/kg
de muestra) aw pH
1 0,224 ± 0,006 b 0,636 ± 0,006 c 3,62 ± 0,02 a
2 0,163 ± 0,001 a 0,567 ± 0,001 b 4,09 ± 0,02 ab
3 0,280± 0,015 c 0,721 ± 0,008 d 4,15 ± 0,02 ab
4 0,169 ± 0,003 a 0,525 ± 0,013 a 4,26 ± 0,01 b
5 0,173 ± 0,010 a 0,603 ± 0,006 bc 3,57 ± 0,02 a
6 0,159± 0,009 a 0,530 ± 0,006 a 4,34 ± 0,01 b
7 0,388 ± 0,022 d 0,771 ± 0,005 e 4,11 ± 0,01 ab
En cuanto al pH no hay variaciones mayores entre muestras, la dispersión es muy
pequeña y solo se pueden distinguir dos grupos de muestras, adicionalmente no se
encuentra ninguna correlación del pH con respecto a la humedad o actividad de agua del
producto a pesar que varios estudios afirman que al descender la humedad el pH
disminuye [39, 44]. Se concluye que el pH no es un parámetro influyente en la calidad
fisicoquímica de productos deshidratados.
1.3.2 Color
La Tabla 1-2 muestra las coordenadas de color obtenidas para las diferentes muestras
estudiadas. El parámetro de luminosidad (L*) no presenta diferencias significativas para
ninguna muestra por lo cual se infiere que el parámetro de luminosidad no es influyente
para muestras de tomate deshidratado comercial. En el análisis de los parámetros el tono
( definidos por la ecuación (2) y (3), todas las muestras se encuentran en el punto
intermedio del primer cuadrante (0 a 90°) tomando una tonalidad naranja, los valores
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
11
que tienen la notación a son más cercanos al tono rojo indicando que son más aceptados
para la comercialización, la cromaticidad (C*ab) indica la saturación del color, Olorunda at
al, establecieron una escala de este parámetro en tomate en la cual si esta es mayor a
20 unidades el color del deshidratado es excelente [65], para todos los casos se cumplió
con esta escala indicando que todas son aceptadas sensorialmente en este caso las
muestras tienen un valor similar excepto la muestra número 6 que tiene un color más
alto que el resto de las muestras, probablemente derivado de la reacción de
caramelización de azúcares ocasionada por el tratamiento térmico y causa importante de
la degradación de color, alterando principalmente el valor de la cromaticidad afectando
no solo el color, sino que también produciendo cambios en las características bioactivas
[53].
Tabla 1-2: Coordenadas de color, cromaticidad y tono en muestras de tomate
deshidratado comercial
Muestra L* a* b* C*ab hab
1 36,3 ± 2,9 a 28,2 ± 3,2 a 21,0 ± 4,9 a 35,3 ± 4,8 b 36.0 ± 5,72 a
2 41,0 ± 7,1a 23,5 ± 4,7 ab 32,5 ± 4,8 b 40,3 ± 5,7 b 54.4 ± 5,15 b
3 32,0 ± 2,5 a 23,2 ± 5,2ab 18,7 ± 2,2a 30,0 ± 4,5ab 39,5 ± 6.87 a
4 41,5 ± 3,5a 22,2 ± 3,9 b 27,1 ± 3,9 c 35,2 ± 4,2 b 50,4 ± 5.72 b
5 36,7 ± 6,4a 27,4 ± 3,3 a 22,2 ± 9,1 ab 35,6 ± 8,3 b 37,8 ± 7.44 a
6 31,7 ± 7,1 a 15,4 ± 6,2 c 20,1 ± 7,0 a 25,7 ± 8,0 a 53,2 ± 12.0 b
7 33,3 ± 3,5 a 22,1 ± 4,4 b 21,7 ± 3,0 a 31,2 ± 3,7ab 44,69 ± 6.8 ab
Correlacionando el tono y la cromaticidad, la muestra de color más aceptado para
comercialización seria aquella de un ángulo de tono más bajo y un croma más elevado,
la muestra 1 cumple con estas condiciones.
12 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
1.3.3 Textura
Como se puede observar en la Figura 1-1 (Score Plot) que se refiere a la influencia de las
muestras en la varianza y la Figura 1-2 (Loading Plot) que se refiere la influencia de las
variables en la varianza, las gráficas del Análisis de Componentes principales muestran
como los dos primeros componentes principales explican un total del 75.37 % de la
varianza de los datos experimentales.
Figura 1-1 Análisis de componentes principales para propiedades texturales de muestras comerciales de tomate deshidratado (Score plot)
-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
-2
-1
0
1
2
3
score plot
PC 1 - EV = 51.51%
PC
2 -
EV
= 2
3.8
5%
1
2
3
4
5
6
7
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
13
Figura 1-2: Análisis de componentes principales para propiedades texturales de
muestras de tomate comercial (Loading plot)
El secado por aire caliente influye en cambios sensoriales de las muestras, muy
marcados en la textura, que se pueden ver afectados por diferentes variables del proceso
como la temperatura, la velocidad del aire o el tiempo de exposición [66]. Se observa una
clara diferencia entre las muestras de tomate deshidratado, indicando una diferencia
significativa en las propiedades texturales de las muestras estudiadas formando tres
grupos con características similares uno por las muestras 2,3 y 4 otro por las muestras 1,
5 y 6 y la muestra número 7 que muestra una clara diferencia con respecto a las otras.
Las muestras 1, 5 y 6 se caracterizan por tener una dureza y masticabilidad más elevada,
este parámetro se define como la energía requerida para masticar un alimento sólido
antes de tragarlo [67] se puede correlacionar con la dureza, al ser un alimento más duro
se va a requerir más energía para masticarlo. Las muestras 2, 3 y 4 muestran valores
más altos de cohesividad y elasticidad que en el espacio PCA son antagonistas de la
masticabilidad indicando que estas muestras son más suaves y por lo tanto más fáciles
de tragar. La presencia de fracturabilidad es asociada por los consumidores a la
crocancia, lo cual puede llevar a un aumento de su apetencia para ser consumido
directamente como snack, la única muestra que presenta un valor alto de fracturabilidad
con respecto a las otras muestras es la muestra 7.
-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
loading plot
PC 1 - EV = 51.51%
PC
2 -
EV
= 2
3.8
5%
Dureza
Fracturabilidad
Adhesividad
Elasticidad
Cohesividad
Masticabilidad
14 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
1.3.4 Calidad Microbiológica
El análisis microbiológico de las muestras revela que los valores referenciados las
diferentes normas se cumplen para los valores establecidos de coliformes totales, y
ausencia de Salmonella [55-57]. Sin embargo, para el caso de los mohos y levaduras
solo las muestras 1, 3, 4 y 7 cumplen con la referencia establecida por la norma peruana
[56] y la muestra 2 sobrepasa el máximo de mesófilos aerobios establecido por la norma
británica [55], estos resultados pueden relacionarse con mala manipulación ya que los
mesófilos regularmente son microorganismos del ambiente y propios de la flora que se
encuentra en la piel de los humanos.
Tabla 1-3 Calidad microbiológica para muestras de tomate deshidratado comercial
Coliformes totales
UFC/g
Recuento de
Mesófilos
UFC/g
Detección de
Salmonella
Presencia/ausencia
Recuento de Mohos
y levaduras
UFC/g
1 <3 99000 Neg 70
2 <3 220000 Neg 18000
3 <3 4000 Neg 30
4 <3 <10 Neg <10
5 <3 36000 Neg 200
6 <3 2000 Neg 1100
7 <3 6100 Neg <10
En cuanto a la evaluación microbiológica de tomate deshidratado, los estudios similares
muestras conteos de coliformes, mesófilos aerobios, hongos y levaduras menores a 10
UFC/g [40, 68, 69], estos resultados se favorecen al bajo contenido de agua presente en
el producto, Otros estudios si encuentran microorganismos como mesófilos aerobios
(56000 UFC/g) y hongos (3600 UFC/g) indicando que dependiendo de las condiciones de
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
15
almacenamiento y exposición al ambiente algunos tomates no siempre cumplen con los
parámetros esperados [70]
La calidad microbiológica presenta un comportamiento inversamente proporcional a la
calidad sensorial, indicando que la microbiología no solo influye en la seguridad del
alimento sino también en la percepción del consumidor [71]
1.3.5 Análisis sensorial
El análisis arroja como resultado que la muestra 7 es la preferida por los consumidores
seguida de la 1 y la 4 correlacionando esto con los parámetros anteriores se observa que
la 7 es la de mayor humedad, pero claramente diferenciado en cuanto a propiedades
texturales con respecto a las otras muestras incluyendo como variable más influyente la
fracturabilidad, este resultado no es el esperado ya que al ser de mayor humedad no
debería tener fracturabilidad tal alta, esto solo puede ser explicado por un fenómeno
ocurrido a secado a altas temperaturas en las que se forma una costra crujiente en la
superficie del producto impidiendo la salida de agua. El parámetro principal para la
aceptación del público es la fracturabilidad de la muestra, también los panelistas
afirmaron que el color más cercano al del tomate es el predilecto para su consumo.
1.4 Conclusiones
El pH no es un parámetro relevante entre muestras de tomate deshidratado, por lo tanto
se puede descartar en mediciones futuras. Las pruebas fisicoquímicas indican diferencias
significativas entre muestras, es importante evaluar humedad y actividad de agua en
estudios experimentales de tomate deshidratado. Las pruebas de color y textura son
parámetros primordiales en la aceptación sensorial del producto.
En Colombia la demanda de productos deshidratados es creciente, tanto para el
desarrollo de nuevos productos como para facilidad y seguridad de comercialización del
producto, se hace necesario reglamentar los parámetros de calidad fisicoquímica y
microbiológica del producto.
2. Isotermas de sorción y cinética del proceso de secado por aire caliente en tomate chonto (Lycopersicum esculentum)
2.1 Introducción
El tomate se utiliza generalmente en estado fresco y en algunos procesos como jugos,
purés, salsas y enlatados [3]. Sin embargo, el tomate es altamente perecedero en
estado fresco conduciendo al despilfarro y las pérdidas durante el período pico de
cosecha. La prevención de estas pérdidas es de gran interés sobre todo cuando hay
desequilibrio entre la oferta y la demanda en algunas temporadas del año [4]. Colombia
tiene una alta producción de tomate, aproximadamente 500.000 toneladas anuales de las
cuales tan solo se exportan 199 toneladas [72], el resto se queda en el país para
consumo interno. Uno de los factores principales por los cuales el tomate tiene una tasa
de exportación baja, es porque pocos productores cumplen con las especificaciones
para exportar producto fresco, también que el proceso de maduración de tomate es muy
rápido, lo que hace difícil cumplir con los requisitos de calidad de los países destino. Los
procesos de secado ofrecen una alternativa para obtener un producto con una vida útil
más larga, se ha utilizado durante muchos años como medio de preservación de tomate
y muchos otros vegetales [18]. El método más popular es el secado por aire caliente, con
la desventaja que el proceso puede dar lugar a cambios físicos y estructurales tales
como la migración de sólidos solubles, la contracción, el endurecimiento superficial, la
pérdida de volátiles y el aroma [11]. Para minimizar estos cambios, se practican otros
métodos de secado alternativos como la liofilización, secado con aire a baja temperatura
y secado al vacío [38].
Las isotermas de sorción son esenciales para el diseño, modelado y optimización de
procesos tales como el secado, la aireación y el almacenamiento, tambien para estudios
18 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
de estabilidad durante el envasado y almacenamiento [7, 12]. Algunos estudios han
desarrollado ecuaciones matemáticas para describir las isotermas de sorción de los
materiales alimenticios. Estas ecuaciones se critican principalmente por que ninguna de
estas describe con precisión la isoterma de sorción en todo el rango de humedad
relativa y para diferentes tipos de productos [13]. Por eso se han establecido estudios
que buscan hacer que estas isotermas de sorción puedan evaluarse de forma general y
analíticamente [12], adicionalmente se han hecho clasificaciones que las tipifican según
la composición, o parámetros obtenidos de otras ecuaciones [14]. Las isotermas de
tomate tiene comportamiento similar a las de productos con alto cotenido de
carbohidratos en base seca [15]. En los estudios asociados al secado de tomate, la
ecuación de GAB es la más utilizada para modelar los datos, obteniendo parámetros
distintos, valores de humedad en equilibrio para diferentes productos como pulpa, polvo
y tomate seco en mitades [16]. Adicionalmente se han hecho estudios con otros modelos
como BET, Halsey, Smith y Oswin obteniendo que definitivamente GAB es la que mejor
predice los datos de sorción en pulpa de tomate deshidratada y otros productos [17].
Ademas, se han hecho estudios específicos en rodajas de tomate, donde se puede
observar influencia de la temperatura en el comportamiento de las isotermas donde la
humedad en equilibrio del producto es inversamente proporcional a la temperatura
utilizada [18].
La cinética de secado se utiliza para predecir el comportamiento del producto y el
modelamiento se utiliza para estandarizar el proceso, algunos de las ecuaciones más
utilizadas modelos son la de Page, Page modificado y difusión de Fick [19], debido al
comportamiento exponencial representan de una manera precisa el comportamiento de
los datos experimentales, adicionalmente, tienen un menor número de parámetros
asegurando una mayor simplicidad en la predicción obtenida.
Este trabajo estudia las isotermas de sorción de tomate deshidratado en rodajas en
temperaturas ambientales (20 y 25°C) y de proceso (50, 60 y 70°C) con el objetivo de
estudiar el comportamiento de producto y obtener las humedades de equilibrio y el calor
isosterico de sorción, adicionalmente a las temperaturas de procesamiento se halla la
cinética de secado mediante modelos empíricos y la difusividad efectiva del producto.
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
19
2.2 Materiales y métodos
2.2.1 Materia prima
La materia prima que se utilizó en el desarrollo del trabajo fue tomate variedad Chonto,
proveniente del departamento de Boyacá, Colombia, en estado de madurez 6 (coloración
100% roja) [73]. La humedad inicial del tomate fue calculada mediante el método de
solido totales en frutas y productos de fruta AOAC 920.151 [58] en una estufa de tiro
forzado a 105°C por dos horas.
2.2.2 Isotermas de sorción
Se utilizó el método estático gravimétrico para la obtención de la humedad de equilibrio.
Se utilizaron sales saturadas para crear un microambiente que imite diferentes
condiciones de humedad relativa para cada uno de los puntos con los cuales se van a
trazar las isotermas. Las isotermas se determinaron a 5 temperaturas distintas dos
ambientales (20 y 25°C) y 3 de proceso (50, 60 y 70°C) utilizando 7 sales (ver Tabla 2-1).
Para llevar a cabo el procedimiento el producto se dejo en una cámara de condiciones
controladas y se tomo el peso periódicamente hasta estabilidad [15].
Tabla 2-1Sales utilizadas en la obtención de la humedad en equilibrio
Compuesto Aw
20°C 25°C 50°C 60°C 70°C
Cloruro de Litio LiCl 0.1131 0.113 0,1122 0,1119 0,1116
Cloruro de Magnesio MgCl2 0.3307 0.3278 0,3119 0,3056 0,2993
Carbonato de Potasio K2CO3 0.4316 0.4316 0,4319 0,4320 0,4321
Bromuro de Sodio NaBr 0.5914 0.5757 0,4980 0,4670 0,4359
Cloruro de Sodio NaCl 0.7547 0.7529 0,7433 0,7395 0,7357
Cloruro de Potasio KCl 0.8511 0.8434 0,8063 0,7914 0,7765
Sulfato de Potasio K2SO4 0.9759 0.9730 0,9582 0,9523 0,9464
Fuente:[15, 74]
20 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
2.2.3 Modelamiento de las isotermas
Se tuvieron en cuenta cuatro modelos de isotermas de sorción para hacer los cálculos,
posteriormente mediante un ajuste no lineal por mínimos cuadrados se obtuvieron las
predicciones para los datos experimentales obteniendo las humedades de equilibrio del
tomate deshidratado. En la Tabla 2-2 se encuentran las ecuaciones que se van a utilizar
para predecir las isotermas de sorción.
Tabla 2-2: Modelos para humedad de equilibrio
Modelo Año Ecuación
Oswin 1946 (
) (2.1)
Kuhn 1964 (
) (2.2)
Smith 1948 (2.3)
GAB 1981
[ ]
Fuente:[15, 75]
2.2.4 Calor isostérico de sorción
El calor isostérico de sorción se obtiene mediante la ecuación de Claussius Clapeyron
(ver Ecuación (2.5)) integrándola y asumiendo que el calor isostérico de sorción es
independiente de la temperatura obteniendo la Ecuación (2.6).
(2.5)
(
)
(2.6)
El valor de calor isostérico de sorción es calculado a partir de la gráfica del ln(HR) vs
1/Tabs a contenidos de humedad constante. El grafico se ajusta mediante mínimos
cuadrados, despejando el calor isostérico de la pendiente [13].
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
21
2.2.5 Proceso de secado
Las pruebas se realizaron por triplicado a 50, 60 y 70°C y flujo de aire de 3.0 y 4.0 m/s.
el peso fue monitoreado una vez por minuto con una precisión de 1 g mediante un
programa en MatLab ® que capturaba los datos cada minuto hasta peso constante.
2.2.6 Cinética de secado
La cinética de secado de las rodajas de tomate se expresa en términos de modelos
empíricos, donde los datos experimentales obtenidos para las tres temperaturas
diferentes (50, 60 y 70°C) y dos velocidades (3.0 y 4.0 m/s) se representaron en forma de
la relación de humedad adimensional (MR) la cual se define en la Ecuación (2.7) contra
el tiempo de secado [19].
(2.7)
Posteriormente se hace un ajuste no lineal por mínimos cuadrados utilizando las
ecuaciones que se encuentran en la Tabla 2-3
Tabla 2-3: Modelos para capa delgada
Nombre del modelo Modelo Autor
1 Page (2.8) Page (1949)
2 Henderson y Pabis (2.9) Henderson y
Pabis (1961)
3 Aproximación de
difusión (2.10)
Yaldiz et al
(2001)
Fuente:[19]
Para hallar la velocidad de secado se hace una derivación numérica con los datos
obtenidos para humedad en base seca X (kg agua/ kg de materia seca) dX/dt mostrada
en la Ecuación (2.11).
(2.11)
22 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
2.2.7 Calculo de la difusividad efectiva
Para hallar esta propiedad se utiliza la ecuación analítica de la segunda ley de Fick para
una lámina infinita la cual expresa la transferencia de humedad unidimensional al interior
del material en condiciones de estado no estacionario (ver Ecuación (2.12)).
) (2.12)
Se considera que la humedad es uniforme a través de la lámina, que el material es
homogéneo e isótropo, que el proceso es isotérmico, y que la resistencia y la contracción
son despreciables:
∑
(2.13)
(2.14)
Se resuelve la Ecuación (2.13) para el primer término, linealizando los datos y haciendo
un ajuste donde la pendiente de la recta se utiliza para hallar la difusividad efectiva (ver
ecuación (2.14)).
2.2.8 Análisis estadísticos
Para resolver los modelos se utiliza el ajuste lineal y no lineal por mínimos cuadrados con
ayuda del programa Polymath®.
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
23
2.3 Resultados y discusión
El modelamiento del proceso de secado es de vital importancia para el entendimiento del
proceso y su posterior estandarización, este se puede dividir en dos etapas principales la
parte de isotermas de sorción para verificación de estabilidad de las condiciones del
producto y la parte de curvas de secado que muestra la parte del proceso
específicamente los resultados se describen a continuación.
2.3.1 Isotermas de sorción
Figura 2-1 Isotermas de sorción de tomate a T ambiental
24 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
Figura 2-2. Isotermas de sorción de tomate a T proceso
Modelamiento
Las Figuras 2-1 y 2-2 muestran las tendencias que siguen las isotermas de sorción en
donde se observa la influencia de la temperatura en la humedad de equilibrio final del
tomate [13, 17, 18].
Los parámetros estimados para todos los modelos de adsorción a las 5 temperaturas se
muestran en la Tabla 2-4, los Modelos de GAB y Oswin presentan el mejor ajuste a los
datos experimentales en todo el rango de aw.
Varios modelos de adsorción se han utilizado para describir las características de
sorción de los alimentos [76, 77]. Sin embargo, el modelo de GAB es más aplicable a aw
alta ya que al ser una ecuación de tres parámetros abarca de mejor manera todo el rango
de humedad relativa. Giovanelli et al. midieron isotermas de adsorción y desorción a 20 °
C en productos de tomate utilizando principalmente el modelo de GAB indicando que
este modelo se ajusta a las características de la isoterma de sorción de productos de
humedad alta como el tomate [16].
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
25
Tabla 2-4 Parámetros ajustados a cada modelo
Temperatura Modelo Xm C k R2 Rmsd
20°C
Oswin N/A 17.9567 0.3199 0.9451 1.4040
Kuhn N/A -1.0335 16.8354 0.7781 2.8371
Smith N/A 55.5968 1.9982 0.8865 2.0332
GAB 0.0945 196.6812 0.8573 0.9823 0.8036
25°C
Oswin N/A 17.2600 0.3214 0.9564 1.1461
Kuhn N/A -1.0791 15.8912 0.7942 2.5044
Smith N/A 51.3351 1.8309 0.8850 1.8838
GAB 0.0923 132.9694 0.8518 0.9873 0.6249
50°C
Oswin N/A 12.7578 0.3277 0.9810 0.4619
Kuhn N/A -1.1240 10.8480 0.9466 0.7736
Smith N/A 31.5282 1.2393 0.7384 1.7216
GAB 0.0692 92.6700 0.8411 0.9777 0.4972
60°C
Oswin N/A 11.4015 0.3685 0.9775 0.5017
Kuhn N/A -1.2996 9.1877 0.9466 0.7729
Smith N/A 31.9898 1.5022 0.7737 1.5905
GAB 0.06212 87.2000 0.8671 0.9869 0.0384
70°C
Oswin N/A 10.3896 0.3679 0.9682 0.5183
Kuhn N/A -1.2678 8.0977 0.9265 0.7884
Smith N/A 28.0711 1.4025 0.7883 1.3384
GAB 0.0546 84.8950 0.8618 0.9849 0.3578
La humedad en la monocapa de tomate deshidratado esta en el intervalo 0.0546 –
0.0945 kg / kg de materia seca. Estos valores son comparables con los valores de
humedad en la monocapa de tomate obtenidos por varios autores, ya que mantienen
similares para cada uno de los parámetros de los modelos [17, 18, 78]. La desviación del
error cuadrático medio es otro parámetro que indica la bondad del ajuste, se recomienda
que este valor sea menor a 10 en ajustes lineales y no lineales [64] se puede observar
que para ninguno de los experimentos este valor pasa de las tres unidades confirmando
que los datos experimentales si coinciden con el modelo.
26 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
Calor isostérico de sorción
El calor Isostérico de sorción a contenidos de agua diferentes se calculó a partir de la
Figura 3-3 utilizando las pendientes de las curvas en las 5 temperaturas. El calor
isostérico de sorción de agua en el tomate deshidratado (obtenido de la Ecuación. (2.14))
revela influencia de la humedad del producto en la adsorción de agua. Se puede
observar que el calor de sorción disminuye con el aumento de la humedad (Figura 4-4).
Esta tendencia es atribuida a diferencias entre fuerzas de atracción moleculares
indicando una mayor propensión a la adsorción de agua debido probablemente a la
capacidad cooperativa de las macromoléculas que resulta en una mayor energía de
enlace en los niveles de humedad más bajos. Efectos similares de la humedad sobre el
calor de sorción se obtuvieron en otros productos como la piña [13], el pimiento rojo
[77],y agar-agar [76].
Figura 2-3 Logaritmo natural de la humedad relativa en relación al inverso de la
temperatura en Kelvin a humedad constante.
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
27
Figura 2-4 Dependencia del calor de sorción de la humedad.
(2.15)
2.3.2 Cinética de secado
Modelamiento de las curvas de secado
La Figura 2-5 muestra la variación de la relación de humedad frente a tiempo de secado
para las diferentes temperaturas del aire de 50, 60 y 80 °C a dos velocidades distintas (3
y 4 m/s). El contenido de humedad inicial promedio de los tomates era de 17 kg de agua/
kg de materia seca y se redujo en un rango entre 0.05 y 0.2 kg de agua / kg de materia
seca después del secado. Al aumentar la temperatura, la eliminación de humedad
también aumentó y finalmente resultó en la reducción en el tiempo de secado. El tiempo
de secado fue reducido de 400 a 200 minutos cuando la temperatura del aire se
incrementó de 50 a 70°C. Los resultados coinciden con resultados de otros productos
como manzana y fresa [79], remolacha [80] y espinacas [81].
28 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
Figura 2-5 Curvas de secado de tomate
Figura 2-6 Velocidad de secado de tomate
Las velocidades de secado obtenidas para las diferentes temperaturas observan en la
Figura 2-6. La velocidad aumento de manera directa con la temperatura del aire y se ve
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
29
una pequeña influencia de la velocidad de secado en la tasa de secado principalmente
en temperaturas altas, obteniendo los mayores valores de velocidad a 70°C y 4 m/s. Las
curvas muestran que la temperatura tuvo un efecto significativo en la cinética. Se
encontró que durante el proceso de secado de las rodajas de tomate a 50 °C la
velocidad es más constante durante un periodo de tiempo y conforme va subiendo la
temperatura esta tendencia cambia a creciente indicando que la difusión es el
mecanismo físico que rige el cambio de humedad en el tomate. Resultados similares
fueron reportados para secado con aire caliente de tomillo [82] y pimiento [83].
Los datos obtenidos de secado se ajustaron mediante los modelos de Page, Henderson y
Pabis y aproximación a la difusión [19]. Los modelos fueron evaluados con base en el
coeficiente de determinación (R2). Los resultados del análisis estadístico para los
modelos se muestran en la Tabla 2-5. Los coeficientes de determinación para los tres
modelos fueron buenos superando el 0.98; el modelo al que mejor se ajustaron los datos
fue el de Page con valores de R2 que varían entre 0.9965 y 0.990, seguido por la
aproximación a la difusión cuyos valores están entre 0.9963 y 0.990 muy cerca de los
valores del modelo anterior y por último el modelo de Henderson y Pabis que tuvo R2
entre 0. 9849 y 0.9957, adicionalmente se tiene la desviación de error cuadrático medio
(RMSD) que para todos los casos es muy bajo que es otro parámetro que confirma que
los modelos utilizados son los adecuados para predecir el comportamiento del tomate
durante el secado.
30 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
Tabla 2-5 Parámetros obtenidos para los modelos
T (°C) V(m/s) Modelo A kv n R2 Rmsd
50
4
Page N/A 4.3294E-03 1.1714 0.9987 0.0002
Henderson y Pabis 1.0672 4.4695E-03 N/A 0.9930 0.0007
Aproximación a la
difusión 1.7045 1.8941E-02 N/A 0.9982 0.0003
3
Page N/A 3.6023E-03 1.1834 0.9983 0.0003
Henderson y Pabis 1.0670 1.4168E-02 N/A 0.9929 0.0004
Aproximación a la
difusión 1.7052 1.7874E-02 N/A 0.9978 0.0003
60
4
Page N/A 5.9286E-03 1.2038 0.9990 0.0001
Henderson y Pabis 1.0794 1.6792E-02 N/A 0.9957 0.0004
Aproximación a la
difusión 1.7538 2.1159E-02 N/A 0.9990 0.0001
3
Page N/A 4.9864E-03 1.2234 0.9965 0.0003
Henderson y Pabis 1.0819 1.6463E-02 N/A 0.9922 0.0007
Aproximación a la
difusión 1.7642 1.7820E-02 N/A 0.9963 0.0004
70
4
Page N/A 6.3520E-03 1.3094 0.9985 0.0008
Henderson y Pabis 1.1117 2.1887E-02 N/A 0.9877 0.0023
Aproximación a la
difusión 1.8688 3.0325E-02 N/A 0.9975 0.0010
3
Page N/A 4.0542E-03 1.3323 0.9981 0.0009
Henderson y Pabis 1.1227 1.9353E-02 N/A 0.9849 0.0021
Aproximación a la
difusión 1.9006 2.4283E-02 N/A 0.9964 0.0011
Por lo tanto, en base a los valores de R2, se puede concluir que los modelos de Page y
aproximación a difusión son más adecuados para describir las características de secado
de tomate entre 50 y 70°C, si se tiene que elegir uno de los dos se recomendaría el de
Page debido a la simplicidad de la ecuación y a que al ser uno de los más utilizados
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
31
habría puntos de comparación con valores de otros estudios en tomate [11, 38, 84] y
otros productos como berenjena [85] y pimientos [83].
2.3.3 Difusividad efectiva
Se hizo un ajuste lineal del In (MR) contra el tiempo de secado de las rodajas de tomate
a 50, 60 y 70°C. La predicción de los datos fue adecuada en las primeras etapas del
proceso, al final del secado se ve afectada la linealidad, por esta razón los coeficientes
de determinación (R2) se vieron afectados. Los resultados del coeficiente de difusividad
(De) aumentaron en proporción directa a la temperatura del aire caliente como se puede
observar en la Tabla 2-6. coincidiendo con los valores del coeficiente de difusividad
obtenidos en diferentes alimentos que varía entre 10-12 y 10-8 m2/s [11].
Tabla 2-6 Coeficiente de difusividad del proceso
Esta tendencia a aumentar conforme crece la temperatura es coherente debido al
aumento de la presión de vapor al interior de las muestras de tomate. Los valores de los
coeficientes de correlación oscilaron entre 0,964 y 0,983 un valor de R2 que indica una
relación alta entre los valores experimentales y ajustados, siendo esta hipótesis
confirmada por los valores de Rmsd que se mantuvieron bajos. Los valores de difusividad
efectiva se pueden comparar con los obtenidos en otros estudios realizados en tomate
que se encuentran en el mismo rango de valores [11, 75, 84] y para otros productos
como la cebolla, el tomillo [82] y el aloe vera [86].
T(°C) V (m/s) Difusividad efectiva
(m2/s) × 108 R2 Rmsd
50 4 3.9504 0.983 0.0026
50 3 3.6769 0.981 0.0034
60 4 7.0208 0.983 0.0061
60 3 5.9384 0.971 0.0024
70 4 11.4150 0.964 0.0239
70 3 10.4875 0.966 0.0232
32 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
2.4 Conclusiones
El modelo polinomial de GAB describe de manera más apropiada las isotermas de
sorción del tomate chonto deshidratado. La ecuación más adecuada para predecir los
datos de las curvas de secado es el modelo de Page debido a la simplicidad que
representa en los cálculos y que posee un mejor ajuste con los datos experimentales. La
temperatura afecta los parámetros del modelo principalmente la constante de velocidad
de secado (k), y la velocidad del aire no tiene una influencia significativa en estos
parámetros. Finalmente la Difusividad efectiva se ve afectada principalmente por la
temperatura debido a que promueve cambios en la presión de vapor que ayuda a
evaporar el agua contenida dentro del producto.
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
33
3. Efecto del proceso de secado por aire caliente en las características fisicoquímicas, antioxidantes y microestructurales de tomate chonto (Lycopersicum esculentum)
3.1 Introducción
El tomate (Lycopersicum esculentum) es el cultivo de más amplia difusión en todo el
mundo [1]. A pesar de la alta producción, el alto porcentaje de pérdidas postcosecha del
tomate, hace necesario encontrar un método de conservación que guarde las
características para extender la vida útil [5]. Un producto estable a través del tiempo y
una reducción en el volumen de los productos son las principales razones para que el
secado sea un proceso utilizado para la conservación de alimentos [6, 7]. Los sistemas
de secado más utilizados en la industria agroalimentaria son los secadores de aire
caliente, en los cuales el calor se trasmite por convección a través del producto [8]. El
proceso debe ser energéticamente eficiente y a la vez obtener un producto con
características de calidad [9]. Aunque el secado por aire caliente es el método común
para deshidratar alimentos, muchos investigadores referencian que este conduce a la
degradación de las características de calidad sensoriales y nutricionales, debido a los
tiempos prolongados y las temperaturas elevadas empleadas en el proceso [10, 11].
Dos factores decisivos en la calidad sensorial de un alimento deshidratado son el color y
la textura. El secado puede cambiar las características de la superficie de un alimento
alterando el color [20]; algunos estudios muestran como en la deshidratación con aire
caliente se pierde la coloración roja a temperaturas superiores a 40°C [21] o 60°C [6].
34 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
Además la textura se ve afectada por la pérdida de la permeabilidad diferencial en la
membrana protoplasmática, la pérdida de presión de turgencia en las células y la
desnaturalización de la proteína durante el proceso[22].
El consumo regular de tomates se ha relacionado con una reducción del riesgo de
desarrollar distintos tipo de cáncer, problemas cardiovasculares, además de una amplia
gama de otros beneficios potenciales [23-26]; estos efectos positivos se atribuyen a los
compuestos antioxidantes presentes en el tomate, especialmente vitamina C,
compuestos fenólicos y carotenoides como el licopeno y el β-caroteno [24, 27]. Uno de
los compuestos más abundantes en el tomate es el licopeno, responsable del color rojo
de los tomates [28] y considerado como un antioxidante de alta actividad biológica [29],
representando casi el 80% de los carotenoides contenidos en el tomate [30]; algunos
estudios indican que el incremento de la temperatura durante el secado degrada estos
compuestos, sin embargo, diversos trabajos muestran en tomate deshidratado un
incremento significativo de carotenoides con respecto al contenido en fresco [6, 16, 31-
33]. Adicionalmente, el tomate contiene compuestos fenólicos, capaces de soportar
algunos métodos de procesamiento industrial, como el secado [34]; existen diversos
estudios en los que se observa la tendencia a aumentar este tipo de compuestos [35, 36].
Sin embargo, resultados de estudios recientes con base en la materia seca de la fruta, se
puede observar una clara disminución de polifenoles, conforme se lleva a cabo el
proceso de secado [21]. En general, la mayoría de los autores muestran un aumento en
el contenido de la actividad antioxidante durante el procesamiento [11, 16, 37];
específicamente, en el proceso de secado, algunos estudios reportan el incremento de la
actividad antioxidante [35].
Este trabajo tiene como objetivo evaluar los cambios en las propiedades fisicoquímicas,
antioxidantes y microestructurales del tomate sometido a un proceso de secado,
verificando la calidad microbiológica alcanzada por el producto luego del proceso.
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
35
3.2 Materiales y métodos
3.2.1 Materia prima
Se utilizó tomate (Lycopersicum esculentum) variedad Chonto en estado de madurez 6
(100% de la superficie con coloración roja)[87], proveniente del municipio de Sáchica en
el Departamento de Boyacá, con diámetros aproximados de 6 cm. Durante el
acondicionamiento del fruto fue cortado en rodajas de espesor aproximado de 3 mm.
Posteriormente, el secado se llevó a cabo una cámara experimental de secado utilizando
3 temperaturas diferentes (50°C, 60°C y 70°C) y con velocidad de aire de 4 m/s.
3.2.2 Humedad
La humedad se midió utilizando la metodología de sólidos totales en frutas y productos
de frutas de la AOAC 920.151. Se secó la muestra a 105°C durante dos horas
controlando el peso antes y después del secado [58], se realizaron tres réplicas
experimentales. El porcentaje de humedad se calculó mediante la Ecuación (3.1).
(3.1)
3.2.3 Actividad de agua
La actividad de agua se midió de manera instrumental directa en un activímetro GBX
Modelo FAst-Lab; la medición se basa en la saturación del aire dentro de la cámara de
muestreo con la humedad presente en el producto, alcanzándose el punto de rocío, que
es cuantificado mediante la capacidad reflectiva del espejo de condensación [60]. Se
realizaron 3 réplicas para cada temperatura evaluada.
3.2.4 Color
El color se midió de manera instrumental utilizando un colorímetro Minolta Modelo C-300,
utilizando el sistema CIE y las coordenadas L*, a*, b* para la descripción del color. Se
hicieron 3 réplicas a cada temperatura. Posteriormente se calcularon el tono (hab) y el
croma (C*ab), utilizando las Ecuaciones (3.2) y (3.3).
36 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
) (3.2)
√ (3.3)
3.2.5 Textura
Para la medición de textura se utilizó un texturómetro SMS Modelo TA-XTplus. La
caracterización textural de las muestras se realizó mediante una prueba de Análisis de
Perfil de Textura (TPA), utilizando el disco de compresión de 75 mm; la distancia de
ingreso a la muestra para la prueba fue de 5 mm. Se hicieron 5 réplicas para cada
temperatura evaluada [61]. A las propiedades texturales se les hizo análisis de
componentes principales PCA ya que se analizaron varias variables texturales
simultáneamente.
3.2.6 Calidad Microbiológica
Se realizaron pruebas para identificar mesófilos, mohos y levaduras, coliformes totales y
Salmonella. Todos los métodos de detección y recuento utilizados son los normalizados
por el Instituto Nacional para la Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (INVIMA)[62].
3.2.7 Propiedades Antioxidantes
Contenido de carotenoides totales
A una muestra de 1 g de tomate fueron agregados 3 mL de acetona y agitado a 2000
rpm durante un minuto, luego se centrifugó a 9000 rpm a 7°C por 5 minutos, el
sobrenadante se separó y reservó; el residuo se sometió nuevamente a varias
extracciones, adicionando 3 mL de acetona y separando el sobrenadante, hasta que el
residuo no presentó coloración. Posteriormente, a todo el sobrenadante reservado se le
adicionaron 3 mL de éter de petróleo agitando a 1000 rpm durante un minuto, luego se
procedió a separar la fase superior, la cual corresponde a éter de petróleo, y se reservó;
esta extracción líquido–líquido se repite hasta que el éter de petróleo no extrae más
color. Por último el extracto etéreo se secó con sulfato de sodio anhidro y se filtró, luego
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
37
se aforo a 25 mL con éter de petróleo. Al extracto se le midió la absorbancia a una
longitud de onda de 450 nm en espectrofotómetro UV-Visible y se cuantifico por medio de
una curva de calibración de β-caroteno con concentraciones entre 0.54 y 4.75 µg de β
caroteno / mL de extracto [11].
Contenido de fenoles totales
Se tomó 1 g de muestra de tomate y se sometió a extracción con 10 mL de acetona, se
agitó a 1000 rpm por 3 minutos y se almacenó a 4°C en la oscuridad por 4 horas, luego
se agitó a 9000 rpm por 5 minutos, se filtró y se aforó en un balón a 25 mL [88].
Para determinar el contenido de fenoles totales se agregaron 1.2 mL de agua destilada,
20 µL de extracto, 100 µL de reactivo Folin- Ciocalteu y 300 µL de carbonato de calcio al
20% p/v en una celda de paso reducido, luego se almacenó en la oscuridad por dos
horas y se midió la absorbancia a una longitud de onda de 765 nm; el contenido de
fenoles totales se cuantificó por medio de una curva de calibración de ácido cafeíco con
concentraciones entre 23.9 y 299.0 µg de ácido cafeíco/mL de extracto.
Actividad antioxidante
Para la determinación de la actividad antioxidante se utilizó el método de decoloración
del catión radical ABTS. Para generar el catión radical de ABTS se tomaron 38.41 mg de
la sal de diamonio de ABTS y 6.63 mg de persulfato de potasio, luego se le disolvió en
10 mL de agua desionizada y la mezcla se almacenó a temperatura ambiente en la
oscuridad por 16 horas. La solución usada en el análisis se prepara a partir de la solución
anterior diluyéndola en etanol hasta alcanzar una absorbancia entre 0,700 y 0,800 a 734
nm, posteriormente en una celda de paso reducido se adicionó 1 mL de solución y 10 µL
de extracto, se dejó incubando por 6 minutos y se midió a una longitud de onda de 734
nm antes y después de la incubación para hallar la diferencia de absorbancia,
cuantificando los valores con una curva de calibración de Trolox con concentraciones
entre 50.5 y 406.0 µmol de Trolox / L de extracto.
38 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
3.2.8 Microscopia electrónica de barrido
Recubrimiento
La metalización fue realizada en un sputter SDC-050 de Marca Balzers, en condiciones
de prevacío (<10-1 torr) con argón como gas de ataque (plasma) sobre una placa
(ánodo) de oro-paladio (8:2)), la película fue depositada sobre las muestras (cátodo) a
corriente de descarga de +/- 50mA y el espesor típico es de +/- 200 nm.
Toma de datos
Se utilizó el microscopio electrónico de barrido FEI QUANTA 200 tomando las
micrografías mediante el programa XT microscope control versión 2.01 haciendo
observaciones de la pulpa y la semilla a un aumento de 500x se hicieron micrografías a
cada una de las temperaturas de proceso.
3.2.9 Análisis estadísticos
El análisis estadístico de los datos se realizó mediante un análisis de varianza (ANOVA)
para verificar la influencia de cada parámetro en las muestras evaluadas y
adicionalmente se implementó una prueba de Tukey con el propósito de observar si hay
diferencias significativas entre los parámetros de calidad utilizados [64]. A las
propiedades texturales se les hizo Análisis de Componentes Principales (PCA) para
observar efectos simultáneos de las variables.
3.3 Resultados y discusión
La Tabla 3-1 muestra los parámetros de control humedad y actividad de agua, estos
valores son reportados como el promedio ± la desviación estándar de las muestras, la
letra en negrita indica las agrupaciones obtenidas en el test de Tukey para hallar
diferencias significativas.
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
39
3.3.1 Humedad y actividad de agua
Tabla 3-1 Influencia de la temperatura de secado en la humedad y la actividad de agua
T (°C) Humedad (%) Actividad de agua
50 10.47± 0.29a 0.334±0.034a
60 9.26±0.50b 0.367±0.009a
70 8.95±0.58b 0.347±0.010a
En este caso, la humedad representa el contenido de agua sobre una masa específica de
muestra (100 g), y la actividad de agua disponible en el producto para reacciones
bioquímicas y microbiológicas. Se puede observar que la muestra deshidratada a 50°C
tiene un valor de humedad significativamente mayor al de las otras temperaturas, sin
embargo la actividad de agua no muestra diferencias significativas entre temperaturas, lo
que indica que es igualmente estable que las muestras deshidratadas a temperaturas
más altas.
3.3.2 Color
Tabla 3-2. Influencia de la temperatura en las coordenadas de color
T (°C) L* a* b* hab C*ab
50 43.04±6.00a 26.62±2.71a 22.48±2.95a 51.57±16.04a 22.48±2.95a
60 41.30±0.66a 24.32±3.20a 24.96±1.31a 34.38±11.46a 24.96±1.31a
70 46.16±1.65a 17.95±0.55b 27.59±1.50a 1.72±6.30b 27.59±1.50a
Los parámetros de color L*, a*, b* se obtuvieron de la medición directa sobre las rodajas
de tomate secadas a diferentes temperaturas, y los resultados se observan en la Tabla
3-2, estos valores son reportados como el promedio ± la desviación estándar de las
muestras, la letra en negrita indica las agrupaciones obtenidas en el test de Tukey para
hallar diferencias significativas. El parámetro L* indica la luminosidad de la muestra, las
coordenadas a* y b* ayudan a hallar el tono (hab) y la cromaticidad (C*ab) [89]. La
luminosidad de las muestras no fue afectada con el cambio de temperatura y los valores
promedio indican que no existe una correlación de este parámetro con la temperatura de
proceso.
40 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
Los valores del tono disminuyen a medida que aumenta la temperatura, a 70°C se
encuentra un valor significativamente menor con respecto al fresco y las otras
temperaturas de proceso. los valores más similares en ángulo de tono al tomate fresco,
son las temperaturas de 50°C y 60°C, sin embargo a 70°C el ángulo de tono de 1.73°
muestra una tonalidad roja fuerte, refutando la teoría que para temperaturas altas el
ángulo de tono aumenta [90]. Entre más altos sean los valores del tono es menor la
probabilidad que exista pardeamiento en la muestra. Hawlader et al. [91] indicaron que
una disminución de los valores de los ángulos de tonalidad es un indicativo de la
formación de compuestos que confieren pigmento marrón, alejándose de coloraciones
amarillas.
La cromaticidad indica que tanta saturación puede llegar a tener el color de la muestra,
en este caso tampoco se encontró diferencia estadística entre muestras (p>0.05), aun
así, al aumentar la temperatura aumenta también el parámetro (C*ab) indicando que la
temperatura más alta es la que tiene un color con mayor saturación, un estudio hace una
escala de cromaticidad específica para el tomate en la que se indica que si este
parámetro tiene valores por encima de 20 la correlación con el color del tomate fresco es
excelente [65], todas las muestras superan este valor indicando una aceptación
comercial en términos de cromaticidad. Se puede afirmar que las temperaturas más
adecuadas para el proceso son a 50°C y 60°C ya que su coloración es más cercana a la
del tomate fresco. La caramelización de azúcares y la reacción de Maillard se produce de
una manera más acelerada conforme aumenta la temperatura , así que los tiempos
prolongados de proceso o temperaturas demasiado altas promueven esta reacción
formando pigmentos marrones que van en detrimento de la calidad del producto, para el
caso del tomate se habla de esta formación de pigmentos a temperaturas mayores de
60°C [6] lo cual se confirma en los resultados de este trabajo.
3.3.3 Textura
El análisis de componentes principales fue realizado discriminando las muestras a
diferentes temperaturas de proceso (50°C, 60°C y 70°C). Como se puede observar en la
Figura 3-1 (Score Plot) que se refiere a la influencia de las muestras en la varianza y la
Figura 3-2 (Loading Plot) que se refiere la influencia de las variables en la varianza, las
gráficas del Análisis de Componentes principales muestran como los dos primeros
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
41
componentes principales explican un total del 75.37 % de la varianza de los datos
experimentales que son un grupo de combinaciones lineales encontrados para describir
la varianza de las muestras. Los resultados muestran separación significativa entre las
muestras a las tres diferentes temperaturas utilizadas, indicando cambios significativos
de textura en cada temperatura del proceso de secado; estudios indican que la dureza es
seriamente afectada al secar con aire caliente debido a los efectos del tratamiento
térmico sobre la estructura de la superficie [89].
La Figura 3-2 muestra la distribución de las variables texturales estudiadas (Dureza,
Fracturabilidad, Elasticidad, Cohesividad y Masticabilidad), indicando que la elasticidad y
la cohesividad están altamente relacionadas y tienen una relación inversa con la
fracturabilidad, al comparar las dos figuras podemos concluir que para la temperatura de
50°C están asociadas características como cohesividad y elasticidad, al igual que en las
muestras deshidratadas a una temperatura de 70°C; las muestras secadas a 70°C
presentan una mayor masticabilidad y dureza ya que la superposición de las Figuras 3-1
y 3-2 muestran que a esta temperatura las muestras se correlacionan mejor con estas
variables Igualmente sucede con las muestras deshidratadas a 60 ° C, que a diferencia
de las otras dos, se correlaciona de mas con la variable de fracturabilidad,
adicionalmente se ubica en un sector de dureza y masticabilidad intermedio con
respecto a las muestras de 50 y 70°C, esto se puede explicar debido a que el producto
entre más pierde agua va adquiriendo una estructura más frágil adquiriendo
fracturabilidad, pero al llegar a cierto punto la estructura comienza a formar una costra
alrededor de la muestra impidiendo la salida de agua, por lo cual la estructura pase de
ser fracturable a gomosa, para el tomate esta transición sucede entre 60 y 70°C . Gobbi
et al. [92] indican que para los productos deshidratados la crocancia es una propiedad
altamente aceptada por el consumidor, y que el valor de la fracturabilidad es proporcional
a la crocancia de un producto.
El proceso de secado en general altera drásticamente la textura del producto sin importar
como se lleva a cabo la transformación [89], debido a esto no se puede esperar que un
producto deshidratado tenga una textura similar a la de uno fresco, por eso se busca una
textura final que agrade al consumidor, y que junto a otras características de calidad
contribuya para que pueda ser aceptado comercialmente.
42 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
Figura 3-1 Análisis de componentes principales para las muestras de tomate secadas a diferentes temperaturas (Score plot)
Figura 3-2 Análisis de Componentes Principales PCA para las muestras de tomate secadas a diferentes temperaturas (Loading plot)
3.3.4 Calidad Microbiológica
Se tomó como referencia normas y guías para frutas y vegetales deshidratados. La
norma británica, considera los parámetros microbiológicos y establece un número
máximo de coliformes totales de 25 UFC/g, ausencia de Salmonella y menos de 105
UFC/g mesófilos aerobios [55]. La norma peruana muestra las características establece
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
43
un número máximo de mesófilos aerobios de 100 UFC/g, coliformes totales menores a
500 UFC/ g, hongos y levaduras menores a 100 UFC / g y ausencia de Salmonella [56].
Finalmente se revisa la norma brasilera que establece como criterio 200 UFC/g de
coliformes totales y ausencia de Salmonella en 25 g [57]
Los resultados contenidos en la Tabla 3-3 indican que tanto para coliformes totales
donde el valor es menor a 3 UFC/g para todas las condiciones de proceso cumpliendo
con las especificaciones requeridas por las normas de referencia.
Tabla 3-3: Calidad microbiológica de tomate sometido a secado por aire caliente a
diferentes temperaturas.
Análisis 50°C 60°C 70°C
NMP coliformes totales UFC/g <3 <3 <3
Recuento de mesófilos UFC/g 37000 110 30
Salmonella(Presencia/Ausencia) Negativo Negativo Negativo
Mohos y levaduras UFC/g 900 70 150
El recuento de mesófilos a 50°C presenta valores altos con respecto a las otras
temperaturas, pero cumple con las especificaciones de la norma britanica que es la única
que referencia este parámetro microbiológico [55], la Salmonella no presenta ningún
problema debido a que para todas las condiciones de proceso no se detecta este
patógeno. Por último, el recuento de mohos y levaduras es uno de los principales
microorganismos que generan problema en los productos deshidratados, este parámetro
solo se cumple a la temperatura de 60°C ya que la norma peruana tiene como referencia
valores menores a 100 UFC/g [56].
En cuanto a la evaluación microbiológica de tomate deshidratado, los estudios similares
muestras conteos de coliformes, mesófilos aerobios, hongos y levaduras menores a 10
UFC/g [40, 68, 69], estos resultados se favorecen al bajo contenido de agua presente en
el producto, Otros estudios si encuentran microorganismos como mesófilos aerobios
(56000 UFC/g) y hongos (3600 UFC/g) indicando que dependiendo de las condiciones de
44 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
almacenamiento y exposición al ambiente algunos tomates no siempre cumplen con los
parámetros esperados [70]
3.3.5 Características antioxidantes
Carotenoides
El tomate fresco presenta un valor promedio de 30.07 mg de β-caroteno/100g de materia
seca. Los resultados de algunos estudios muestran contenidos de β-caroteno en el
mismo rango, con valores entre 50 y 60 mg de β- caroteno/100 mg de tomate [93]; en
otros estudios se establecen valores mucho menores de carotenoides, entre 0.5 y 1 µg
de β-caroteno / 100 g de tomate [35] y 0.4 y 0.8 mg β-caroteno/100 g de tomate para la
variedad Rio Grande de México [94] Estas diferencias se atribuyen a que el contenido de
carotenoides varía dependiendo del origen, las condiciones de cultivo y variedad. Para
investigaciones anteriores en tomate también se reportan valores más similares a los
encontrados para la variedad Chonto, presentando rangos entre 35 y 45 mg β-caroteno/
100 g materia seca de tomate [21, 95].
Tabla 3-4: Efecto de diferentes temperaturas de deshidratación sobre el contenido de
compuestos antioxidantes en tomate
Carotenoides Fenoles Totales Actividad antioxidante
(mg β-caroteno/ 100
g materia seca de
tomate)
(mg Ac. Cafeíco/ 100 g
de materia seca de
tomate)
(mmol Trolox/ 100 g de
materia seca de
tomate)
Fresco 30.07± 5.79 a 82.04±6.40 a 0.17±0.02 a
50°C 45.20±3.34 b 76.53±14.28 ab 0.16±0.03 a
60°C 45.67±4.53 b 69.90±7.34 ab 0.16±0.05 a
70°C 46.65±6.11 b 65.03±2.78 b 0.15±0.01 a
Adicionalmente, el contenido de carotenoides del tomate fue favorecido luego de ser
sometido a diferentes procesos térmicos como deshidratación, concentración, etc. Con
algunas excepciones en las que por ejemplo, el tomate hervido, horneado o freído pierde
carotenoides con respecto al fresco [88]. Sin embargo se han encontrado estudios
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
45
específicos para tomate deshidratado en el que existe incremento significativo de
carotenoides con respecto al contenido en fresco [6, 16, 31-33], correlacionando los
datos obtenidos con algunos estudios se obtienen valores de entre 45 y 60 mg
carotenos/100g de materia seca de tomate, indicando un comportamiento de los
carotenoides durante el secado similar para el tomate chonto utilizado en este trabajo
[21]. El procesamiento térmico aumentó significativamente el contenido de carotenoides
biodisponibles. Este aumento se debe principalmente al aumento de la liberación de
compuestos fitoquímicos de la matriz alimenticia que hace más fácil la extracción de
estos compuestos [96]. El procesamiento térmico del tomate, podría mejorar la
biodisponibilidad licopeno, principal caroteno en la fruta, rompiendo las células de las
paredes [97].
Fenoles Totales
Aunque existe tendencia a una disminución de los compuestos fenólicos, no se
encontraron cambios significativos (p>0.05) hasta la temperatura de 70°. Los estudios
encontrados muestran una diferencia de polifenoles en base húmeda, estos datos no
son comparables debido a que el contenido de agua de tomate fresco y deshidratado es
diferente, estos estudios muestran que los fenoles tienen tendencia a aumentar [35, 36].
Sin embargo al observar estudios que representen los resultados con base en la materia
seca de la fruta ya se puede observar una tendencia decreciente en los polifenoles
conforme se hace el secado [21]. Los tratamientos térmicos liberan compuestos
fenólicos, provocando la destrucción de algunos componentes celulares. Liberando
enzimas oxidativas que pueden destruir estos compuestos antioxidantes en frutas y
vegetales [98].
Actividad antioxidante
Los resultados muestran una tendencia decreciente, pero para ninguna temperatura hay
un cambio significativo en la actividad antioxidante (p>0.05), por lo cual se puede afirmar
que el secado no afecta la actividad antioxidante general del tomate. La mayoría de los
estudios muestran una actividad antioxidante inferior a la reportada [94, 99, 100],
infiriendo de esta manera que el tomate chonto tiene una actividad antioxidante alta. Sin
embargo para algunos artículos si se reporta una actividad antioxidante mayor que en el
chonto y con tendencia a incrementar esta actividad cuando se deshidrata [35], esto
46 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
puede ser debido a la presencia de otros componentes antioxidantes que en la variedad
chonto se encuentran en menor proporción [21]. La estabilidad de la actividad
antioxidante de los tomates se debe principalmente al efecto sinérgico que tienen los dos
principales grupos de compuestos bioactivos que son los carotenos y los fenoles, ya que
al haber un efecto positivo en el contenido de carotenos y negativo en los fenoles, la
actividad antioxidante se equilibra [97], conservando, para este caso, la actividad
antioxidante sin ningún cambio.
3.3.6 Microscopia electrónica de barrido
Figura 3-3: Microfotografías de pulpa de tomate deshidratado a 50, 60 y 70°C
La Figura 3-3 muestra microfotografías de pulpa de tomate deshidratado a diferentes
temperaturas. A 50°C fue observada una estructura correspondiente al mesocarpio del
tomate con curvas más suaves que indica que aún no hay daño estructural, se diferencia
claramente de las otras dos temperaturas ya que a 60°C y a 70°C se ven pliegues más
fuertes indicando un endurecimiento del endocarpio y mesocarpio que hace más
fracturable la estructura a esas temperaturas, las pruebas texturales indican que la
temperatura que más afecto la fracturabilidad fue 60°C y esto se ve confirmado en las
microfotografías ya que a esta temperatura los pliegues en el mesocarpio se ven en
mayor cantidad y más pronunciados, esto sucede principalmente porque la membrana
protoplasmática se ve afectada por la pérdida de la permeabilidad diferencial, la pérdida
de presión de turgencia en las células y la desnaturalización de la proteína durante el
secado [89].
50°C 60°C 70°C
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
47
Figura 3-4: Microfotografías de semilla de tomate deshidratada a 50, 60 y 70°C
La Figura 3-4 muestra las observaciones a diferentes temperaturas de secado de las
semillas ocurre lo mismo que para la pulpa pero para este caso los pliegues más
pronunciados se dan a 70°C e incluso se pueden observar pequeñas partículas a 70°C,
que pueden ser desprendimiento de la cubierta seminal debido a que la alta temperatura
vuelve quebradizos los tejidos de la episperma, esto se presenta debido a que la principal
función dentro de la semilla es la absorción de agua y la protección de la parte interna, al
evaporarse el agua mediante aire caliente la cubierta seminal se ve seriamente afectada
volviéndose porosa y dejando al descubierto la estructura interna de la semilla [87].
3.4 Conclusiones
El proceso de secado promueve cambios en las características de calidad de la fruta, es
recomendable secar las muestras de tomate a una temperatura no mayor a 60°C, para
evitar reacciones de pardeamiento y degradación de pigmentos que hacen que el color
del fruto se vea afectado presentando coloraciones marrones. Las características
texturales toman una mayor importancia debido a que a altas temperaturas el producto
adquiere fracturabilidad que es un factor importante en la aceptación de productos
deshidratados, esto se valida al observar las microfotografías que muestran la gran
diferencia en la estructura en la medida que aumenta la temperatura. El contenido de
carotenoides totales se ven favorecidos por el incremento de temperatura conservando
así la capacidad antioxidante del tomate.
50°C 60°C 70°C
48 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
4. Conclusiones y recomendaciones
4.1 Conclusiones
El estudio del proceso de secado en tomate indica que los modelos polinomiales de GAB
y Oswin describen las isotermas de sorción del tomate deshidratado. Sin embargo a
temperaturas superiores a 60°C el modelo de GAB tiene coeficientes de correlación más
altos y errores cuadráticos medios más bajos definiéndolo como la ecuación a utilizar
para hallar la humedad de equilibrio en tomate. Observando el comportamiento de las
isotermas de sorción las actividades de agua se encuentran en un rango entre 0.1 y 0.4
adquiriendo valores cercanos principalmente a 60 y 70 °C indicando que para estas dos
temperaturas los valores de humedad de equilibrio van a ser similares a condiciones de
humedad relativa igual.
La temperatura tiene influencia en la velocidad de secado del tomate mostrando cambios
en todos los parámetros estudiados (constante de velocidad de secado (k), tiempo de
proceso y difusividad efectiva). La velocidad del aire no tuvo influencia en ninguna de las
variables estudiadas, teniendo una baja incidencia en el tiempo de secado y en la
predicción de las curvas de secado. Los resultados del modelamiento muestran que las
ecuaciones empíricas son apropiadas para describir el comportamiento de las curvas de
secado de tomate, especialmente Page que tuvo un mejor ajuste estadístico con
coeficientes de correlación cercanos a uno y errores cuadráticos medios más cercanos a
cero.
Los parámetros fisicoquímicos influyentes en el tomate deshidratado comercial son la
actividad de agua y la humedad, debido a la naturaleza de la fruta que posee un
contenido de agua superior a 90%. El color y la textura son medidas instrumentales que
se pueden correlacionar más con la aceptación sensorial, ya que las pruebas hedónicas
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
49
realizadas demuestran que el consumidor prefiere tomate con tonalidad roja
característica y siente desagrado por colores amarillos o marrones causados por el
pardeamiento, la propiedad textural más aceptada es la fracturabilidad y las menos
aceptadas son una dureza y una masticabilidad alta. También son los parámetros de
calidad más afectados por la temperatura de secado, debido a que los procesos térmicos
producen reacciones de caramelización de azúcares afectando la tonalidad roja
característica del tomate. La textura se ve afectada por el incremento de la fracturabilidad
y la pérdida de dureza y masticabilidad en la pulpa de la fruta.
Las pruebas realizadas para componentes antioxidantes indican que el secado afecta en
forma significativa (p< 0,05) la concentración de carotenoides totales y compuestos
fenólicos sin afectar la actividad antioxidante conservándose sin variaciones durante el
proceso en cada una de las temperaturas estudiadas. El contenido de carotenoides
totales aumenta su por la temperatura confirmando la hipótesis de que estos compuestos
se ven favorecidos por los procesos térmicos. El contenido de fenoles se ve afectado por
la deshidratación obteniendo un valor significativamente bajo a 70°C con respecto al
tomate fresco.
4.2 Recomendaciones
Para asegurar la reproducibilidad de las curvas de secado y todos los parámetros
relacionados con el modelamiento del proceso es necesario que la cámara experimental
tenga unas características definidas como un sistema de control de temperatura que
asegure que el proceso sea isotérmico y una balanza de precisión que asegure una
sensibilidad a los cambios de peso del producto con respecto al tiempo facilitando los
cálculos posteriores.
Para obtener un producto que conserve las características de calidad fisicoquímica y
antioxidante se recomienda secar la fruta a una temperatura no mayor a 60°C ya que a
partir de esta temperatura se comienza a ver la pérdida de componentes fenólicos, y las
reacciones de caramelización de azúcares se aceleran produciendo pardeamiento en el
producto.
50 Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de deshidratación de tomate
5. Resultados académicos
Evento: IICTA 2012, I Congreso Internacional en Investigación e Innovación en Ciencia y
Tecnología de Alimentos. Bogotá, Colombia
Fecha: Junio 13-15 de 2012
Titulo del Trabajo: Color y textura, características asociadas a la calidad de tomate
deshidratado
Autores: Diana Moreno Guarín, Hernán Sierra Hoyos, Consuelo Díaz Moreno
Presentación: Ponencia Oral
Evento: ENID 2012 Encuentro Nacional de Investigación y Desarrollo. Bogotá, Colombia.
Fecha: Agosto 29-31 de 2012
Titulo del Trabajo: Influencia de las temperaturas del proceso de secado por aire
caliente en las características de calidad de tomate (Lycopersicum esculentum)
Autores: Diana Moreno Guarín, Consuelo Díaz Moreno
Presentación: Ponencia Oral
Evento: SPA 2012 Seminario Internacional de Secado de Productos Agrícolas. Bogotá,
Colombia
Fecha: Octubre 24-26 de 2012
Titulo del Trabajo: Influencia del secado por aire caliente en la velocidad de secado y
difusividad efectiva del tomate a diferentes estados de madurez
Autores: Diana Moreno Guarín, Consuelo Díaz Moreno
Presentación: Ponencia Oral
Evaluación y estandarización de las condiciones del proceso de
deshidratación de tomate
51
Evento: CICYTAC 2012. IV Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología de los
Alimentos. Cordoba, Argentina.
Fecha: Noviembre 14-16 de 2012
Titulo del Trabajo: Estudio de las curvas de secado de tomate (Lycopersicum
esculentum) bajo diferentes condiciones de temperatura y velocidad
Autores: Diana Moreno Guarín, Consuelo Díaz Moreno
Presentación: Ponencia Oral
En el documento Participación en eventos se encuentran los artículos publicados en
memorias y el certificado de ponencia del IV congreso de ciencia y tecnología de los
alimentos ya que aun no se han emitido las respectivas memorias.
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