INTRODUCCIÓN

La mayoría de los alimentos, de origen vegetal, se pueden consumir frescos. Pero si deseamos aprovechar estos productos en diferentes épocas del año sin causar mayores pérdidas en sus propiedades nutritivas, es necesario transformarlos, de tal manera que los organismos putrefactores y las reacciones químicas no se desarrollen (^{Vázquez et al, 1997}).

El deshidratado de alimentos es uno de los métodos más antiguos de conservación de los mismos. El principal propósito es extender la duración de los alimentos por la reducción del agua contenida en ellos; de esta forma se inhibe el crecimiento microbiano y la actividad enzimática. La actual producción artesanal se basa en la deshidratación al sol en forma directa, lo que conlleva mala calidad del producto por la alta radiación solar que incide sobre ellos y falencias sanitarias, que implican la presencia de polvo, piedras y restos orgánicos, entre otros. Los problemas mencionados implican una restricción de acceso a los mercados para su posterior venta. El secado artificial es un método controlado de secado que se emplea en grandes escalas. También es el más caro ya que requiere de una cámara de secado calentada por gas, electricidad o biomasa. Existen varios tipos y tamaños de secadores disponibles para satisfacer las necesidades de los productores. Las ventajas son que la velocidad de secado puede ser cuidadosamente controlada independientemente de las condiciones climáticas externas para lograr un producto seco de alta calidad. El costo de combustible para calentar el aire es el principal factor económico que afecta las operaciones de secado (^{Espinoza, Jaime S., 2016}).

Las tecnologías de deshidratado solar desarrolladas están orientadas a soluciones económicas, como apoyo a pequeños y medianos productores, compatibles con el medio ambiente, buscando la eficiencia energética y utilizando materiales de fácil acceso.

Es necesario destacar que después del secado, el alimento debe mantener las propiedades naturales de aroma, sabor y una buena presencia del producto seco. Asimismo, deben minimizarse las pérdidas de los nutrientes y asegurar las medidas higiénicas y sanitarias que hagan al producto apto para el consumo humano (^{Hernández et al, 2017}).

Consumir alimentos deshidratados que a menos de 45ºC, conservan la calidad nutritiva sin que pierdan su valor energético, o sea que se mantengan sus propiedades enzimáticas y vitamínicas vivas, permiten a las personas una alimentación fisiológica saludable.

El GITEA (Grupo de Investigación en Tecnologías Energéticas Apropiadas), inicio los estudios de secado de vegetales y productos elaborados de alimentación fisiológica saludable, utilizando un calefón solar, una precámara (donde se controla la temperatura del aire de secado) y la cámara de secado propiamente dicha. La innovación que se presenta en este sistema desarrollado, es el control de la temperatura del aire de secado (^{Spotorno et al, 2023}).

En el presente trabajo se muestra el sistema de secado propuesto y los ensayos experimentales de secado de vegetales y productos elaborados de alimentación fisiológica saludable, además de los ensayos químicos desarrollados antes y después del proceso de deshidratación.

MATERIALES Y MÉTODOS

En la Figura 1 se puede observar el esquema representativo del sistema de secado solar propuesto, para vegetales y productos elaborados de alimentación fisiológica saludable. En la misma se aprecia el colector solar de placa plana de agua caliente con su respectivo acumulador. Antes de la cámara de secado propiamente dicha se encuentra la precámara donde se realiza el control de la temperatura del aire que pasa a través de los vegetales y productos elaborados a deshidratar.

Figura 1: Esquema representativo del sistema de secado solar. 

El proceso de circulación del agua entre el intercambiador de calor y el calefón solar lo realiza una bomba. En el caso de lluvias o escasa radiación solar, un termostato graduado a 45ºC activa una resistencia eléctrica ubicada en el interior del acumulador del calefón solar, permitiendo continuar el calentamiento de agua, con la finalidad de no interrumpir el proceso de secado. Además, se observa dos válvulas que permiten la apertura o el cierre de la circulación del agua del circuito de secado propuesto, con la finalidad de realizar el mantenimiento del sistema de secado propuesto.

En cuanto a los diferentes componentes del sistema de secado propuesto, y el funcionamiento de los mismos se detalla en (Spotorno et al, 2024).

Durante la realización de los ensayos experimentales de secado se registraron los siguientes parámetros:

-Temperatura y humedad relativa del aire a la entrada de la cámara de secado (t1, φ1)

-Temperatura y humedad relativa del aire a la salida de la cámara de secado (t2, φ2)

-Temperatura del agua proveniente del calefón solar a la entrada del intercambiador (t.Agua).

Para realizar el proceso de medición y adquisición de los parámetros mencionados, se utilizó un datalogger desarrollado y construido por el GUDA (Grupo Universitario de Automatización), perteneciente a la Facultad Regional Resistencia- UTN. El mencionado sistema, posee la particularidad que el proceso de medición lo realiza utilizando WIFi, es decir a distancia del lugar donde se encuentra el equipo experimental. La adquisición de los datos se almacena en una memoria extraíble del equipo, para luego utilizarla en una PC con la finalidad de realizar el tratamiento de los datos registrados.

En la Figura 2 se observa a la izquierda el equipo de medición y a la derecha el de adquisición de datos de los ensayos realizados.

Figura 2: Sistema de medición y adquisición de parámetros. 

Para registrar el peso de los diferentes vegetales y productos elaborados durante el proceso de secado, se empleo una balanza digital marca Kretz con una precisión de 5 gramos. Se realizó la pesada al inicio y a intervalos de cada hora de los vegetales y productos elaborados. Cuando el peso de los mismos se estabiliza, significa que el proceso de deshidratación ha finalizado.

DETERMINACIONES QUÍMICAS

ENSAYOS EXPERIMENTALES DE SECADO SOLAR

El proceso de secado solar de vegetales y productos elaborados se realizó utilizando una corriente de aire caliente menor a la temperatura de 45ºC, con la necesidad vital de conseguir alimentos conservados de alta calidad nutritiva sin que pierdan su valor energético para producir texturas más crujientes, sabor más marcado y una mayor conservación del producto. Al deshidratar los productos a temperaturas menores de 45ºC, se consigue preservar las vitales encimas y vitaminas.

En la Figura 3, se observan los parámetros registrados durante los ensayos de secado. Se logra apreciar que cuando la temperatura del agua proveniente del colector solar supera el umbral de los 45ºC aproximadamente, la temperatura de ingreso del aire a la cámara de secado no supera los 38ºC. Lo mencionado se logra obturando el paso del aire después del intercambiador de calor, utilizando una compuerta comandada por un motor paso a paso y un arduino, lo que se detalla con mayor profundidad en (Spotorno et al, 2023).

En la misma figura, se aprecia que desde el inicio del ensayo a las 9:00 hs hasta aproximadamente las 10:00 hs, descienden los valores de todos los parámetros registrados, como consecuencia que todo el conjunto calefón solar, cañerías, intercambiador de calor, se encuentran a la temperatura ambiente, por lo tanto, hasta que el calefón solar ingrese en régimen, la temperatura del agua del colector solar no comienza a aumentar. Además, se condice que cuando aumenta la temperatura del agua en la entrada del intercambiador de calor (proveniente del calefón solar), aumenta la temperatura al aire al ingreso de la cámara de secado, disminuyendo por consiguiente la humedad relativa del mismo y viceversa. Cabe aclarar que el mismo fenómeno se manifestó en la totalidad de los ensayos realizados. Además, se observa en la Figura 3 que el proceso de secado finaliza cuando los valores de humedades relativas del aire al ingreso y egreso de la cámara de secado coinciden.

Figura 3: Parámetros registrados durante los ensayos. 

A continuación se presentan resultados de los ensayos realizados:

Para el proceso de corte de los diferentes vegetales y con la necesidad de tener porciones o rodajas del mismo espesor, se utilizó una mandolina ajustable.

Secado de Zanahoria: La zanahoria se la corto en sentido longitudinal, de 1-2 mm de espesor, Figura (4). En la Figura 4 y 5 se observa la zanahoria antes y después del proceso de deshidratación.

Figura 4: Zanahoria antes del secado.  

Figura 5: Zanahoria deshidratada. 

Secado de Cebolla: La cebolla se la cortó en forma de aritos (juliana), como se observa en la Figura 6 y 7. En la Figura 6 se aprecia la cebolla antes del proceso de secado y en la Figura 7 la cebolla deshidratada.

Figura 6: Cebolla antes del secado. 

Figura 7: Cebolla deshidratada. 

Secado de Zuchini: Antes del proceso de secado propiamente dicho, se corto el zuchini en rodajas con un espesor comprendido entre 1-2 mm. En las Figuras 8 y ⁹ se observa las rodajas de zuchini antes y después del proceso de secado.

Figura 8: Zuchini antes del secado.  

Figura 9: Zuchini deshidratado. 

Secado de Cebolla de Verdeo: La misma fue cortada en pequeños trozos como se observa en la Figura 10, con el fin de utilizar el mayor espacio posible en la bandeja interior de la cámara de secado. En las Figuras 10 y 11 se observa los pequeños trozos de cebolla de verdeo antes y después del proceso de secado.

Figura 10: Cebolla de verdeo antes  

Figura 11: Cebolla de verdeo deshidratada del secado.  

Secado de Manzana: Se cortaron las manzanas en rodajas del mismo espesor con la finalidad de reducir el tiempo de deshidratación de las mismas. En las Figuras 12 y 13 se observa la manzana antes y después del proceso de deshidratado respectivamente.

Figura 12: Manzana antes del secado. 

Figura 13: Manzana deshidratada 

Secado de Banana: Se procedió a cortar la banana en rodajas del mismo espesor como muestra la Figura 14. En la Figura 14 se aprecia la banana antes de realizar el proceso de secado y en la Figura 15 la banana deshidratada.

Figura 14: Banana antes del secado.  

Figura 15: Banana deshidratada. 

Secado de verdura para sopa: las verduras para sopa que se deshidrataron fueron: cebolla, zanahoria, cebolla de verdeo, coliflor y zapallo. En las Figuras 16 y 17 se observan las verduras para sopa antes y luego del proceso de deshidratación repectivammente.

Figura 16: Verdura para sopa antes  

Figura 17: Verdura para sopa deshidratada. del secado. 

Secado de Pan Esenio: Se lo elaboró a partir de los siguientes ingredientes: ½ taza de harina de maíz. ½ taza de harina de mandioca. Una cucharada de aceite de oliva. ½ taza de agua tibia. Una cucharada de sal. 30 gramos de queso rallado. Una cucharada de orégano. 30 gramos de verdura para sopa deshidratada. 100 gramos de (semilla de girasol, chía, sésamo, lino dorado). El proceso fue el siguiente: los 100 gramos de los productos mencionados anteriormente se los dejo en remojo durante 4 horas, para luego colarlos. Luego se mezclaron todos los ingredientes en un bols hasta lograr una masa uniforme. Por último, se lo cortó en rectángulos como se observan en las Figuras 18 y 19. En las mismas se observa el pan esenio antes y después del deshidratado. Existen otras elaboraciones con el agregado de hierbas o frutas.

Figura 18: Pan esenio antes del secado.  

Figura 19: Pan esenio deshidratado 

Secado de Nachos Vivos: Los ingredientes utilizados para producir los nachos vivos fueron: ½ taza de polenta (harina de maíz). Una taza de harina 0000. Una cucharada de aceite oliva. ½ taza de agua tibia. Una cucharada de sal. 30 gramos de queso rallado. Una cucharada de pimentón. Una cucharada de orégano. Sal para terminar. El proceso fue el siguiente: se mezclaron todos los ingredientes en un bols hasta lograr una masa uniforme. Se dejó reposar 10 minutos. Luego se estiro la masa en una mesada con un espesor de 3 mm y se procedió a cortar en tiras como se observa en la Figura 20.

Figura 20: Nachos vivos antes del secado.  

Figura 21: Nachos vivos deshidratados. 

En las Figuras 20 y 21se observa los nachos vivos antes y luego del deshidratado.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

A continuación, se exponen los resultados obtenidos. En la Tabla 1 se muestra los valores de Humedad y contenido de Nitrógeno total antes y después del proceso de deshidratado de los vegetales y productos elaborados.

Como se puede observar la Humedad Final, que corresponde a los alimentos deshidratados es significativamente inferior a la Humedad Inicial correspondiente a los vegetales frescos y a los productos elaborados sin secar, lo mencionado indica el alto nivel de eficacia del proceso de secado solar. Respecto del contenido de Nitrógeno Inicial, es decir antes del secado y el Nitrógeno Final, es decir luego de concluido el secado, se observa que los valores se incrementan significativamente en los alimentos deshidratados, esta variación no se debe al incremento del contenido de nitrógeno sino a la perdida de agua que reduce significativamente la masa seca total sobre la que se determinan estos valores.

A continuación, se presentan en la Figura 22 las curvas correspondientes a los ensayos de secado de: cebolla, zuchini, cebolla de verdeo, zanahoria, manzana, banana, verdura para sopa, pan esenio y nachos vivos.

Figura 22: Curvas de secado de alimentos. 

Puede observarse que la Verdura para Sopa presenta la mayor variación de contenido de agua llegando a un valor de disminución de peso de al rededor del 49%, mientras que los Nachos Vivos son los que tienen la menor variación de contenido de agua con una disminución de peso por debajo del 10%. Todos los demás alimentos ensayados presentan disminuciones de peso dentro de los rangos máximo y mínimo mencionados. Se observa además que las curvas, en todos los casos, mantienen la misma forma lo que indica lo regular del proceso de secado para distintas matrices ensayadas dando un indicio claro de la eficacia del proceso de secado.

En la Tabla 2 a continuación se observan los valores de Potencial de pardeamiento, Polifenoles totales y Capacidad antioxidante determinados al inicio y al final del proceso de secado en manzana, cebolla de verdeo y verdura para sopa.

Se observa, en la manzana, un mayor contenido de Polifenoles totales luego de la deshidratación, esta variación es de un 58.4% de aumento y se puede atribuir a que el proceso de deshidratación mejora la capacidad de extracción de los polifenoles, conduciendo a una mejor detección. El mismo efecto registraron (^{Moussaoui et al, 2021}) con el secado solar de cáscaras de manzanas, atribuyendo este efecto a que, durante el secado, algunos enlaces se rompen por acción de la temperatura, lo que permite la difusión de los compuestos fenólicos a través de la matriz del alimento, siempre y cuando las temperaturas sean inferiores a 80ºC. Para el caso de la cebolla de verdeo y la verdura para sopa la cantidad de polifenoles totales disminuye en los productos deshidratados. El contenido relativo de los compuestos fenólicos extraíbles y detectables aumenta a medida que la humedad se elimina, ocasionando una acumulación de polifenoles después del secado, lo que se correlaciona con el grado de oscurecimiento observado principalmente en las en rodajas de manzana.

Respecto de la Capacidad antioxidante se observa que las manzanas frescas (expresada en porcentaje de inhibición del DPPH·) fue mayor que en las manzanas deshidratadas indicando un efecto degradativo de la deshidratación en la actividad antioxidante de estos frutos mientras que para la cebolla de verdeo y la verdura para sopa el efecto es inverso. Se sabe que el ácido ascórbico se descompone bajo la influencia del calor (temperaturas elevadas), la luz y el metal y se supone que esta sería la causa de la disminución en la actividad antioxidante.

El Potencial de pardeamiento en todos los casos aumenta en los productos deshidratados indicando el desarrollo de colores pardos como consecuencia del proceso aplicado. Resulta interesante la interpretación adecuada de estos datos dado que los mismos ponen de manifiesto lo importante de un adecuado control de temperatura de secado, en particular en matrices sensibles como la manzana que es la que presenta mayor grado de pardeamiento. Se pone de manifiesto que el secadero con control de temperatura por debajo de los 45°C será la herramienta idónea para la deshidratación de alimentos fisiologicamente saludables.

CONCLUSIONES

Los vegetales y productos elaborados después del proceso de secado, presentaron textura más crujiente, sabor más marcado y una mayor conservación del producto.

El proceso de secado es satisfactorio para los vegetales y productos elaborados, para diferentes condiciones climáticas, debido a que los mismos se realizaron en diferentes meses del año 2023 y 2024, para radiaciones solares distintas.

La temperatura del aire de secado no supera los 45ºC, mientras que la temperatura del agua proveniente del calefón solar alcanza valores superiores a los 50ºC, indicando el correcto funcionamiento del control de temperatura del aire. De esta forma se evita la pérdida de calidad nutricional y sensorial de los vegetales y productos elaborados de alimentación fisiológica saludable.

Las determinaciones fisicoquímicas de las vegetales y alimentos deshidratados, indican la eficacia del proceso de secado solar desarrollado.

Los resultados derivados de este estudio, proporcionan información para predecir y controlar los cambios en la calidad de productos deshidratados. El proceso de secado, que asegura como valor máximo la temperatura del aire de secado de 45ºC, resulta adecuado para la conservación de los alimentos manteniendo las características nutricionales de los mismos y generando un escaso costo de calidad en términos de pardeamiento.