evaluacion de caracteristicas de flujo de jugo agave tequilana weber en polvo

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLGICAS

Evaluacin de caractersticas de flujo del jugo

Agave tequilana Weber en polvo

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TTULO

DE INGENIERO BIOQUIMICO

PRESENTA:

MAURICIO FLORES VALDEZ

DIRECTORES DE TESIS:

Dra. Liliana Alamilla Beltrn

M. en C. Hayde Hernndez Unzn

Mxico, D.F., Marzo de 2015

II

El presente trabajo se llev a cabo en el Laboratorio de Ingeniera de Alimentos del

Departamento de Graduados e Investigacin en Alimentos de la Escuela Nacional de

Ciencias Biolgicas del Instituto Politcnico Nacional, bajo la direccin de la Dra.

Liliana Alamilla Beltrn y la M. en C. Hayde Hernndez Unzn.

Este trabajo cont con el apoyo financiero de la Secretaria de Posgrado e Investigacin

(SIP) del Instituto Politcnico Nacional y por el Consejo Nacional de ciencia y

Tecnologa, a travs de proyectos de investigacin dirigidos por la Dra. Liliana Alamilla

Beltrn:

Optimizacin y caracterizacin de proceso extractivo de compuestos bioactivos a partir

de desechos de Xoconostle. SIP 20140253 y SIP 20150371

Desarrollo microestructural de materiales encapsulantes. SIP 20131024

Proyectos de Desarrollo Cientfico para atender Problemas Nacionales_CONACyT,

Diseo de un producto en polvo con propiedades funcionales-energticas para

preparacin de bebidas reconstituidas para consumo en zonas de desastres naturales y de

pobreza extrema con carencia alimentaria. Clave: 216044.

III

Evaluacin de caractersticas de flujo del jugo Agave tequilana Weber en polvo

IV

CONTENIDO

PAGINA

Resumen 01

I. Introduccin 03

II. Antecedentes 05

II.1 El Agave 05

II.2 Agave tequilana Weber 05

II.3 Aprovechamiento industrial del maguey 07

II.4 Fructooligosacridos (FOS) 08

II.5 Fructooligosacridos del Agave 09

II.6 Aplicaciones de los FOS 09

II.7 Secado por aspersin 10

II.8 Secado de productos alimenticios 11

II.9 Microscopia Electrnica de Barrido (MEB) 11

II.10 Procesamiento digital de imgenes (PDI) 12

II.11 Importancia de parmetros fsicos en polvos 13

III. Justificacin 15

IV. Objetivos 16

IV.1 Objetivo general 16

IV.2 Objetivos especficos 16

V. Materiales y Mtodos 17

V.1 Materia prima 17

V.2 Metodologa 17

V.3 Secado por aspersin del jugo de Agave tequilana Weber 18

V.4 Tamao, distribucin y morfologa de partcula 19

V.5 Propiedades de flujo de polvos 20

V.6 Velocidad de flujo y ngulo de reposo 21

V.7 Contenido de humedad 23

V.8 Actividad de agua (Aw) 23

V.9 Tiempo de rehidratacin 23

V

VI. Resultados 24

VI.1 Secado por aspersin del jugo de Agave 24

VI. 2 Actividad de agua, contenido de humedad y tiempo

de rehidratacin. 25

VI.3 Propiedades de Flujo 27

VI.4 Velocidad de flujo y ngulo de reposo 29

VI.5 Tamao y distribucin de partcula (PDI) 31

VI.6 Tamao y distribucin de partcula 32

VI.7 Morfologa del jugo de Agave en polvo 36

VII. Conclusiones 40

VIII. Referencias 41

VI

INDICE DE FIGURAS

PAGINA

Figura.1 Planta de Agave tequilana Weber 6

Figura.2 Representacin de estructura qumica de FOS 8

Figura.3 Etapas ms comunes de un sistema de procesamiento digital 12

de imgenes (Du y Sun, 2003).

Figura.4 Ejemplo de proceso aplicado a una imagen para determinar 13

determinar sus dimensiones. (Santacruz y col., 2007)

Figura.5 Diagrama de flujo para la metodologa empleada en este 17

trabajo.

Figura.6 Imagen del secador por aspersin experimental Mobile 18

Minor 2000 (GEA Niro, Dinamarca).

Figura.7 Ejemplo de sistema para medicin de velocidad de flujo y 22

ngulo de reposo

Figura.8 Efecto del % de Humedad sobre la Velocidad de flujo 27

en polvos.

Figura.9 Densidades Aparente y Compactada de polvos de Agave a 28

diferentes temperaturas del aire de secado.

Figura.10 Comparativa entre Tiempo de rehidratacin y Dimetro 31

Feret en polvos para diferentes temperaturas de secado.

Figura.11 Tamao y distribucin de partcula en polvos finos 33

obtenidos a 160/70C

Figura.12 Tamao y distribucin de partcula en polvos gruesos 33

obtenidos en 160/70C









VII

INDICE DE FIGURAS

Figura.17 Efecto de las condiciones de secado sobre el dimetro 35

de partcula en polvos

.

Figura.18 Partculas de jugo de Agave, 160/70PF a 3000x y 5000x 36

Figura.19 Partculas de jugo de Agave, 160/70PG a 3000x y 5000x 36





VIII

INDICE DE CUADROS

PAGINA

Cuadro.1 Clasificacin taxonmica del Agave Tequilana Weber 6

Cuadro.2 Caractersticas de inters del 7

Agave Tequilana Weber (Snchez, 1979)

Cuadro.3 Correlacin del ndice de Carr y el coeficiente de Hausner 21

indicando la capacidad de flujo. (Ortega-Rivas, 2008).

Cuadro.4 Especificaciones segn farmacopea espaola 23

para ngulo de reposo.

Cuadro.5 Cantidad de polvos obtenidos mediante el proceso de secado 24

a partir de muestras de 2 litros de jugo de Agave con 12Brix.

Cuadro.6 Valores para contenido de humedad, actividad de agua y 26

tiempo de rehidratacin para polvos de agave a diferentes

condiciones de secado.

Cuadro.7 Valores del ndice de Carr, el coeficiente de Hausner para 29

los polvos de Agave.

Cuadro.8 Velocidad de flujo y ngulo de reposo en polvos obtenidos 30

en diferentes condiciones de proceso.

Cuadro.9 Parmetros geomtricos obtenidos al realizar el anlisis 32

digital en las micrografas de los polvos en sus distintas

condiciones de proceso.

1

RESUMEN

Los agaves, tambin conocidos como magueyes, han sido aprovechados por el hombre

americano durante miles de aos. En Mxico el Agave es una especie de alta

importancia agroindustrial, debido a que estas estn destinadas a la elaboracin de

bebidas alcohlicas mientras que otras son usadas para la obtencin de fibras (Martnez-

Torres, 2005).

El cultivo de Agave en zonas semidesrticas de Mxico posee una gran relevancia ya

que previene la erosin del suelo. Estos Agaves tienen como finalidad fundamental la

produccin de pulque, mismo que es obtenido por la fermentacin de aguamiel. La

produccin de pulque en Mxico constitua una importante industria durante la primera

mitad del siglo XX, pero en la actualidad no es un gran mercado ya que sus precios

varan de $3.44 a $6.43 por litro. Adems el consumo de pulque ha sido remplazado por

la cerveza. Como resultado el cultivo de Agave para la produccin de pulque ha

disminuido sensiblemente al no ser un mercado rentable (Basurto, 2008).

El sustrato fermentable en el Agave es un fructooligosacrido el cual est formado por

unidades de fructosa. El agave representa una atractiva fuente de fructooligosacridos

(FOS), mismos que sirven como reserva energtica en la planta. Los FOS son

componentes de inters en la industria alimentaria, debido a sus atributos funcionales y

sus efectos benficos en la prevencin de enfermedades cardiacas, colesterol, obesidad,

osteoporosis y diabetes, entre otras (Martnez-Torres, 2005).

Este trabajo tuvo como propsito evaluar las propiedades de flujo de los polvos

obtenidos del maguey (Agave tequilana Weber), los cuales fueron obtenidos a partir de

jugo de Agave con 15 Brix sometido a la operacin de secado utilizando un secador

por aspersin a tres temperaturas de entrada/salida del aire de secado: 160/70C,

180/80C y 200/90C. Los polvos obtenidos se recuperaron y fueron clasificados como

gruesos de ser colectados en la base del secador o bien finos si fueron arrastrados hasta

el cicln por el aire de secado. Las muestras fueron analizadas utilizando Microscopia

Electrnica de Barrido (MEB), las imgenes obtenidas fueron sometidas a un

Procesamiento Digital de Imgenes (PDI), para ser procesadas en el software Image J

con el fin de determinar el tamao medio de partcula, el tamao de partcula

2

volumtrico de los polvos de agave fue determinado mediante un analizador de tamao

de partcula y gota Mastersizer 2600. Para evaluar las propiedades de flujo de los polvos

de Agave se evalu el ndice de Carr, el coeficiente de Hausner y la velocidad de flujo

de las muestras.

El contenido de humedad en el jugo de Agave en polvo se determin por gravimetra. Se

analiz el parmetro de actividad de agua (Aw) con un medidor de actividad de agua

con compensador de temperatura y se determin el tiempo de rehidratacin de los

polvos.

Se encontr que en las condiciones de secado 180/80C se obtuvo la mayor cantidad de

polvos a partir de una muestra de 2 litros de jugo de agave.

El jugo de Agave deshidratado presento una tendencia inversamente proporcional entre

el aumento de la temperatura de secado y el contenido de humedad (H%), actividad de

agua (Aw) y tiempo de rehidratacin; encontrando sus mnimos en 200/90C.

Las propiedades de flujo de los polvos de agave registradas corresponden a un flujo

pobre el cual requerira de algn factor externo para mejorar su fluidez.

El tamao medio de partcula fue proporcional al aumento de temperatura de secado

obteniendo las partculas ms grandes en 200/90C.

Una menor distribucin de tamao de partcula se reporto en la condicin 180/80C.

La morfologa encontrada para las partculas de agave denota formas circulares con

superficies rugosas y lisas.

Dadas sus caractersticas expuestas en este trabajo el jugo de Agave Tequilana Weber

Var. Azul se presume como posible aditivo en alimentos, estudios posteriores son

requeridos para confirmar su factibilidad a escala industrial.

3

I. INTRODUCCIN

El gnero Agave, cuyo significado es noble o admirable, fue dado a conocer a la ciencia

por Carlos Lineo en 1753. Las plantas del gnero Agave son originarias del continente

americano, con la mayor concentracin de especies nativas de Mxico en donde se les

conoce con los nombres comunes de magueyes; o mezcales. Especies de Agave

importantes en la produccin de fibras son el henequn Agave fourcroides y Agave

sisalana, sin embargo, estas fibras naturales estn siendo desplazadas por fibras

sintticas (Huad-Marroqun, 2010).

Algunos autores han considerado al Agave dentro de las familias Amaryllidaceae o

Liliaceae. Sin embargo, otros autores aceptan la familia Agavaceae y por tanto a Agave

como el gnero tipo representante de esta familia (McVaugh, 1989). Gentry (1982)

reconoci ms de 136 especies slo de Norteamrica, muchas son cultivadas como

ornamentales o para cercas vivas, por las fibras que contienen en sus hojas, como forraje

y para la elaboracin de pulque, mezcal, tequila y otros derivados.

Entre las numerosas especies y variedades pertenecientes al gnero de los agaves que

existen en Mxico, se destacan por su importancia econmica el grupo de los magueyes

que se cultivan para la obtencin de bebidas. Por lo general el maguey alcanza las

condiciones apropiadas para su utilizacin para elaborar licores en un periodo que va de

8 a 12 aos, y en ocasiones hasta 20, dependiendo de las condiciones de cultivo, el

clima, el suelo y la variedad de maguey (Martnez del Campo, 1999).

El gnero Agave tiene una gran importancia econmica y varias especies de esta planta

han estado ligadas a los habitantes de Mesoamrica, en reas como Tula, Tulancingo y

Teotihuacn se ha encontrado evidencia de que los Agaves se aprovechaban para

obtener pulque desde hace ms de 3500 aos (Mora-Lpez, 2011)

Previa la llegada de los espaoles la utilidad de los agaves fue para la produccin de

azcares y fibras. Su uso decay cuando el cultivo de la caa de azcar lleg a Mxico

con los conquistadores (Gentry, 1982).

4

Los agaves son utilizados para la produccin de distintas bebidas. Al extraer la savia

natural de la planta esta presenta un sabor dulce y se le conoce como aguamiel y con el

nombre de pulque despus de un proceso fermentativo. El lquido destilado derivado de

los agaves es conocido como mezcal o tequila. En la ciudad de Tequila en Jalisco,

Mxico, por su clima y vegetacin, se cultivan agaves que se aprovecharon por sus

caractersticas sobresalientes, en especial por sus altas concentraciones de polisacridos

(Gentry, 1982)

Agave tequilana Weber var. Azul sobresale como un cultivo con importancia

agronmica en Mxico por ser la materia prima principal para la elaboracin de tequila

(NOM, 2005). Mediante la fermentacin y destilacin del aguamiel de la planta Agave

tequilana Weber var. Azul se obtiene el tequila que es una bebida alcohlica originaria

del estado de Jalisco (Martnez-Gndara, 2008).

Diversos vegetales como el maguey, la alcachofa, tubrculos y races contienen

fructooligosacridos (FOS) como polmeros de reserva energtica. Los

fructooligosacridos son molculas generalmente lineales y estn compuestos de D-

fructosa unidas mediante enlaces glucosdicos (2,1) (Badui, 1999).

En la actualidad los consumidores se encuentran al tanto de su salud y demanda de

alimentos con buen sabor as como bajos en grasa y caloras. Problemas de salud tales

como las enfermedades cardiacas, el cncer, el colesterol alto, obesidad, la osteoporosis

y la diabetes son realidades de la sociedad mexicana. La inulina y la oligofructosa son

ampliamente usadas en los alimentos funcionales en todo el mundo por sus propiedades

promotoras de la salud (Kaur y Gupta, 2002).

Los fructanos se definen como prebiticos ya que estimulan el crecimiento de bacterias

benficas para el organismo, por ejemplo, las bifidobacterias, e inhiben el crecimiento

de bacterias patognicas, adems, no son digeridos por el sistema digestivo (Uras-

Silvas, 2004)

Dado lo anterior, en este trabajo se plantea la evaluacin de caractersticas del polvo de

Agave tequilana Weber, y su relacin con propiedades de flujo del mismo importantes

para efecto de movilidad del mismo a travs de tolvas y tuberas.

5

II. ANTECEDENTES

II.1 Agave

Mxico es reconocido como el centro de origen y biodiversidad del gnero Agave

debido a la diversidad taxonmica dentro de su territorio, ya que de 310 especies

reportadas, aproximadamente 272 pueden encontrarse en el territorio mexicano (Garca-

Mendoza, 1995).

Las plantas del gnero agave son plantas suculentas, xerfilas, perenes. Su tamao

puede alcanzar de 2 a ms metros de altura. Las hojas estn dispuestas en forma de

roseta y en ocasiones pueden ser globosas con nmero y formas muy variables. Las

hojas pueden ser carnosas y frgiles. (Snchez, 1979).

II.2 Agave tequilana Weber

Descripcin de la planta Agave tequilana Weber: 1.5 a 1.8 m de alto; tallo reducido y

cubierto por las hojas las cuales se encuentran aglomeradas formando una roseta Figura

1. Hojas lanceoladas, de color azul glauco, de 1 a 1.45 m de largo y 7 a 11 cm de ancho

en la parte media, con una espina apical de 8 a 20mm de largo y numerosos dientes

marginales curvados, ganchudos, de 5 a 6 mm de largo. Inflorescencia de 3 a 6 m de

longitud, con 20 a 35 ramificaciones en cuyos extremos se encuentran las flores. Flores

color verde amarillento, el ovario 23 a 38 mm de largo y 7 mm de dimetro, estambres

color amarillento. Fruto seco cuando maduro, capsular, de alrededor de 3.5 cm de largo

y 2.4 cm de dimetro. Semillas aplanadas, de color negro. Florece de junio a agosto,

fructifica de septiembre a diciembre. En el Cuadro 1 se presenta la clasificacin

taxonmica de Agave Tequilana Weber y en el Cuadro 2 se presentan algunas

caractersticas de inters de este Agave (Snchez, 1979).

6

Figura 1 Imgenes de planta de Agave tequilana Weber, en las que se aprecia: a) roseta,

b) hojas lanceoladas color azul glauco.

Cuadro 1. Clasificacin taxonmica del Agave Tequilana Weber

Clasificacin Reino Plantae

Divisin Magnoliophyta

Clase Liliopsida (Monocotiledneas)

Subclase Lilidae

Orden Liliales

Familia Agavaceae

Gnero Agave

Subgnero Agave

Seccin Rigidae

Especie Tequilana

a) b)

7

Cuadro 2. Caractersticas de inters del Agave Tequilana Weber (Snchez, 1979)

Peso de la planta adulta (kg) 800-1500

Peso del brote Floral (kg) 70-150

Aguamiel producida (L) 100-350

Sacarosa (%):

A los 5 Aos de madurez 0.6-2.0

A los 7 Aos de madurez 3.0-7.0

A los 8 Aos de (maduro) 6.0-9.0

A los 9 Aos de (sper maduro) 6.5-12.0

Penca agotada 1.0-7.8

Tallo pia 5.0-12.0

Manitol (%) 0.1-2.3

Dextranas (%) 4.6-11.8

Celulosa (%) 2.0-5.7

Saponinas (jugo de la hoja)% 0.08-0.6

II.3 Aprovechamiento industrial del maguey

Los usos del maguey tienen un espectro amplio, que derivan desde la fermentacin

alcohlica espontnea e inducida; obtencin de protena de levadura; obtencin de

vitaminas mediante microorganismos; obtencin de dextranas para uso alimentario o

clnico; ensilaje de agave; mieles y jarabes de fructosa y produccin de cidos orgnicos

mediante microorganismos (Snchez, 1979).

El jarabe obtenido de agave azul (Agave tequilana Weber var. azul) es la sustancia

producida por hidrlisis de los fructanos contenidos en la planta de maguey. Este

endulzante se ha popularizado por su capacidad prebitica e ndice glucmico bajo

respecto a otros jarabes y mieles naturales (Mellado-Mojica, 2013).

8

II.4 Fructooligosacridos (FOS)

Los fructanos son carbohidratos de reserva en las plantas, son polmeros formados por

unidades de fructosa. Los fructanos pueden ser encontrados tanto en monocotiledneas

y dicotiledneas (Toriz, 2007). En la Figura 2 se ilustra la representacin de la

estructura qumica de un FOS.

Figura 2 Representacin de estructura qumica de FOS

Los oligosacridos son compuestos naturales que pueden ser encontrados en frutas,

hortalizas, cereales, legumbres, miel y leche. Son molculas glicosdicas que tienen

entre tres y diez residuos de azcar (Hideo, 1994).

Los oligosacridos incluyen a los FOS, isomaltooligosacaridos y galactooligosacridos

entre otros. Estos compuestos poseen caractersticas tiles tales como nutrir a las

bifidobacterias intestinales as como retardar la ocurrencia de caries (Hideo, 1994).

Los FOS pueden ser producidos por degradacin de la inulina, o polifructosa, un

polmero de D-Fructosa unidos por enlaces (21) glucosdicos y que tpicamente

cuentan con un residuo terminal de D-glucosa unido por enlace (12). El grado de

polimerizacin de la inulina natural va tpicamente desde los 10 a los 60 residuos

glucdicos. Los polisacridos pueden ser degradadados tanto enzimtica como

qumicamente hasta convertirlos en una mezcla de oligosacridos con la estructura

http://es.wikipedia.org/wiki/Fructosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Glucosa

9

general Glu-(Fru)n y Frum donde n y m se encuentran usualmente comprendidos entre 1

y 7 (Toriz, 2007).

II.5 Fructooligosacridos del Agave

El agave Tequilana Weber var. Azul es utilizado para preparar el mundialmente famoso

tequila mexicano. Ms del 80% del contenido de carbohidratos en el agave azul es

originado por fructanos. Los fructanos del agave azul tienen un enorme potencial como

suplementos dietticos, fuente de fructosa y como excipientes (Toriz, 2007).

Uno de los principales productos encontrados en agaves son los fructanos, los cuales

son sintetizados como un polmero de reserva energtica. Estos fructanos pueden actuar

como un osmoprotector durante la sequa, lo que podra considerarse como una posible

adaptacin fisiolgica a los ambientes ridos (Wang-Nobel, 1998).

Las concentraciones de FOS en Agave tequilana Weber var. Azul alcanzan un mximo

en la acumulacin de azcares totales cuando el agave ha alcanzado su madurez y

obtenindose una concentracin de 22.46g de FOS/100g de jugo (Mndez, 1999).

II.6 Aplicaciones de los FOS

Los FOS se utilizan principalmente en bebidas, leches maternizadas en polvo, productos

de panadera, yogures, lcteos, medicamentos y cosmticos (Crittenden y Playne, 1996).

Se utilizan tambin como agentes espesantes, o para enmascarar los sabores

desagradables de los edulcolorantes artificiales y como sustituyentes de grasa.

Propiedades fsico- qumicas o funcionales:

Las propiedades funcionales dependen de la estructura molecular de los FOS,

especialmente de su grado de polimerizacin (Martnez-Morales, 2005).

Las ms significativas son:

-Solubilidad. Son solubles en agua y ligeramente dulces (0.3 a 0.6 veces el poder

edulcorante de la sacarosa).

-Peso Molecular. Por su alto peso molecular producen mayor viscosidad que los mono y

disacridos.

-Modifican la temperatura de congelacin en alimentos congelados.

10

-No son reductores. Por este motivo no sufren pardeamientos por calor debido a

reacciones de Maillard.

-Alta capacidad de retencin de agua, evitando un secado excesivo del producto al que

se aaden.

-Baja actividad de agua, muy conveniente para el control de contaminaciones

microbianas.

-Propiedades nutritivas o beneficiosas para la salud; funcin como fibra alimentaria,

estimulacin bifidognica, baja cariogenicidad y bajo contenido calrico.

Los FOS pueden someterse a tratamiento trmico, como es el caso del secado, con la

finalidad de conservar sus propiedades y alargar su vida til.

II.7 Secado por aspersin

El secado por aspersin es definido como la operacin unitaria en la cual se lleva a cabo

un cambio partiendo de una alimentacin fluida hasta llegar a un producto seco, al

ponerlo en contacto en forma de gotas finas con una corriente de aire caliente. El tiempo

de contacto es corto de forma tal que el dao que sufre el producto durante el secado es

mnimo, lo que representa una ventaja en el procesamiento de productos sensibles a

altas temperaturas (Alamilla, 2004). El secado por aspersin es un proceso

prcticamente instantneo de producir un slido seco a partir de una alimentacin

fluida, siendo el aire caliente el medio que suministra el calor necesario para la

evaporacin y al mismo tiempo el acarreador del agua eliminada (Orna, 2012).

Algunas de las ventajas que presenta el secado por aspersin son la aplicabilidad a una

amplia gama de ingredientes activos y polmeros de dispersin (debido a la disolucin

de los ingredientes activos en solventes orgnicos voltiles), adems no expone a las

sustancias a un calor excesivo durante su produccin y el proceso puede escalarse a

nivel piloto reduciendo el gasto de materia prima al realizar formulaciones.

Usualmente la temperatura del aire de secado utilizado en esta la operacin oscila entre

temperaturas de entrada entre 100 y 300C. Para alimentos termoestables delicados

como leche o huevo puede manejarse 100C o menos. Las temperaturas de salida del

aire oscilan entre 50 y 100C (Orrego 2003).

11

En los productos obtenidos mediante un secado por aspersin, las propiedades como

humectabilidad (capacidad de penetracin del lquido), sumergibilidad (capacidad de

penetracin del polvo en el seno del lquido), dispersabilidad (facilidad de segregacin

del polvo en el lquido) y solubilidad son un factores para determinar su calidad, debido

a que estas propiedades afectan el proceso de reconstitucin del polvo (Barbosa-

Cnovas y Vega-Mercado, 2000).

II.8 Secado de productos alimenticios

En el proceso de secado por aspersin, el material de alimentacin en estado lquido, se

atomiza dentro de la cmara de secado, en la cual se introduce aire caliente u otro gas, el

lquido es rpidamente evaporado, dejando partculas slidas. Este proceso de

deshidratacin, tambin puede considerarse encapsulacin, ya que puede producir

partculas que atrapan el material a cubrir (Geankopolis, 1999).

A travs de la aplicacin de calor al producto, se reduce tanto el contenido de humedad

del material como la actividad de agua. En esta operacin se involucra transferencia de

calor y masa produciendo transformaciones fsicas y qumicas. Estos cambios pueden

ser de tipo fsico como: encogimiento, inflado, cristalizacin; o bien pueden ocurrir

reacciones qumicas o bioqumicas deseables o indeseables con cambios de color,

textura, olor y otras propiedades del producto slido (Orna, 2012).

En la actualidad los mtodos de secado desarrollados tienen gran auge tanto en la

industria qumica y de transformacin como en la de alimentos. Entre los equipos de

secado ms comnmente utilizados se encuentran los secadores de tambor, secadores

rotatorios, secador de tnel, de banda, de lecho fluidizado y de aspersin, entre otros.

(Barbosa-Cnovas y Vega- Mercado, 2000).

II.9 Microscopia Electrnica de Barrido (MEB).

La MEB es una de las tcnicas ms apropiadas para la caracterizacin de la morfologa

de los alimentos, se basa en el barrido de la superficie de la muestra produciendo

resultados en forma de imgenes, las cuales se obtienen en forma digital directamente

del microscopio y pueden convertirse en datos morfomtricos para analizarse

posteriormente en forma estadstica (Barbosa-Cnovas, 2005).

12

II.10 Procesamiento digital de imgenes (PDI)

Analizar una imagen tiene como fin realizar la cuantificacin de ciertas propiedades de

los objetos presentes en sta a travs de los diferentes elementos que las componen, su

origen y su naturaleza. Es por estas razones que se considera el PDI una herramienta til

para determinar diversas caractersticas morfolgicas y texturales, adems de tener

ventajas sobre observaciones hechas de manera directa debido a que por medio de ella

se obtienen evaluaciones objetivas, es una tcnica no destructiva y permite realizar

mediciones in situ (Jimnez, 2005). En la Figura 3 se presenta una secuencia de las

etapas involucradas en el PDI.

Figura 3. Etapas ms comunes de un sistema de procesamiento digital de imgenes (Du

y Sun, 2003).

Tanto el procesamiento de imgenes como el anlisis de imgenes contienen numerosos

algoritmos y mtodos capaces de obtener mediciones objetivas para la evaluacin de las

propiedades de diferentes productos sometidos a algn proceso de modificacin del

material (Pedreshi, 2004).

Algunos softwares de anlisis de imgenes son capaces de procesar imgenes de fuentes

tales como cmaras de video, aparatos de rayos x, microscopios electrnicos de barrido,

microscopios electrnicos de transmisin, o microscopios pticos. En general un

sistema de la adquisicin de imagen consiste en cuatro componentes bsicos:

iluminacin, cmara fotogrfica, hardware y software, en donde se requiere el uso de

una fuente de luz apropiada para evitar brillo y delimitar la frontera de la imagen de la

muestra (Aguilera, 2005). En la Figura 4 se muestra un ejemplo del tratamiento aplicado

a una imagen para realizar el anlisis de sus dimensiones.

Adquisicin de

la imagen

Pre-

procesamiento.

Segmentacin

de la imagen

Extraccin de

Parmetros

Clasificacin de

imgenes.

13

Figura 4. Ejemplo de proceso aplicado a una imagen para determinar sus dimensiones.

(Santacruz, 2007)

II.11 Importancia de parmetros fsicos en polvos

El tamao de partcula en los alimentos ha tomado mayor importancia en la industria

alimentaria. Muchos ingredientes existen como sistemas particulados ya sean polvos,

emulsiones, suspensiones o pellets. La forma y tamao de estas partculas as como su

distribucin afectan el sabor, textura y apariencia de los alimentos. El tamao y la forma

de los ingredientes tambin afectan la estabilidad y funcionalidad del producto

terminado. Las propiedades fsicas y qumicas de los ingredientes alimenticios como el

tamao de partcula son de una gran importancia para garantizar una consistente calidad

e inocuidad de productos (Ortega-Rivas, 2008). Ejemplificando el caso de produccin

de alimento para cerdos, la molienda de las materias primas es fundamental para el

correcto aprovechamiento nutricional de las mismas. A mayor grado de molienda,

menor tamao de partcula, lo que conlleva mayor superficie de ataque de las enzimas

digestivas al substrato, y por tanto mayor digestibilidad y mejor eficacia alimenticia.

Sin embargo, un excesivo grado de molienda implica inconvenientes tales como el

incremento los costes de produccin por un mayor consumo de energa elctrica y

disminucin del rendimiento de los molinos. Si el tamao de partcula es excesivamente

pequeo, se pueden ocasionar daos y ulceraciones a nivel gstrico, con las

consecuentes prdidas a nivel productivo (Mavromichalis, 2006).

14

Factores a tener en cuenta para lograr una mezcla homognea de materiales:

Si el mezclado es organizado, las partculas finas cohesivas se adhieren fuertemente a

las partculas transportadas restringiendo la segregacin. Adems, los polvos de flujo

fcil se mezclan fcilmente pero estn sujetos a la segregacin. Entre los factores ms

importantes que influencian el mezclado estn:

-Forma de partcula. Durante el mezclado se puede alterar la forma de las partculas

debido a erosin y fragmentacin produciendo partculas de forma irregular. La forma

es la variable ms crtica que afecta las caractersticas de flujo y el grado de

empaquetamiento de las partculas. Las formas esfricas y ovaladas fluyen fcilmente,

mientras que las formas rugosas y fracturadas tienen un flujo pobre, las partculas con

formas aciculares forman un enrejado que dificulta el flujo (Ohta et al., 2003).

-Tamao de partcula. De manera ideal todos los materiales a mezclar deben tener un

mismo tamao de partcula, es por este motivo que las partculas se deben moler y

tamizar antes de mezclar. No obstante, dos partculas pueden tener igual tamao pero no

tener la misma forma (Chew-Chan, 1999). En general, los polvos con dimetro

promedio menor a 50 m poseen muy poco flujo y dificultan el mezclado. Si se

mezclan partculas con diferencias de tamaos enormes, estos tienden a segregarse

depositndose los ms pequeos en el fondo del mezclador (Jha, 2002).

-Densidad. Cuando hay grandes diferencias entre las densidades de los componentes de

la mezcla se producir segregacin. Las partculas ms densas tienden a deslizarse y

quedar en el fondo. Si la diferencia entre densidades ocurre entre partculas grandes, la

separacin ocurre por adhesin y friccin. La segregacin puede ocurrir al vaciar el

mezclador, y durante el transporte y almacenamiento debido a las vibraciones y

movimientos a que se somete el material(Sing, 1976).

-Humedad. Para valores mayores al 5% y menores al 1% de se puede presentar una

dificultad a fluir en los materiales y a su vez que se produzcan tabletas friables.

Usualmente materiales con una alta humedad puede ocasionar que los punzones se

peguen. Igualmente, los materiales higroscpicos se deben manejar con cuidado y a

muy bajas humedades relativas (Li, 2005).

15

III. JUSTIFICACIN

El 75% de las especies registradas de Agave se encuentran en Mxico y 58% de stas

son endmicas. En Mxico existe el Agave en abundancia pero su aprovechamiento

industrial se ve reducido a la produccin de bebidas, Jalisco es el estado con el mayor

nmero de especies de Agave en el occidente de Mxico y el segundo en el pas. La

superficie ocupada para la siembra de Agave en Jalisco, es cercana a 5.3 millones de

hectreas principalmente de Agave tequilana Weber y Agave angustifolia Haw, pero

dada la concesin para la produccin de tequila con denominacin de origen su uso se

ve limitado. Por lo general el maguey alcanza las condiciones apropiadas para la

obtencin de aguamiel en un periodo que va de 8 a 12 aos lo que limita an ms la

explotacin adecuada del maguey. Es por esto que se pretende obtener y caracterizar un

producto de importancia industrial obtenido del secado de jugo de Agave el cual tiene

un alto contenido de FOS, mismos que tienen un importante papel en la industria

alimentaria. En este trabajo se plantea realizar la evaluacin de caractersticas de flujo

del jugo Agave tequilana Weber en polvo, con la finalidad de aportar conocimiento de

parmetros que influyen en la capacidad de los polvos para moverse a travs de tolvas y

tuberas, as como el grado de compactacin que stos puedan presentar al someterse a

acciones de transporte y almacenamiento, evaluados a travs de pruebas de laboratorio.

16

IV.OBJETIVOS

IV.1 Objetivo general

Evaluar las propiedades de flujo y de rehidratacin de polvos de Agave tequilana

Weber.

IV.2 Objetivos especficos

Obtener muestras en polvo de jugo de Agave tequilana Weber mediante secado por

aspersin a diferentes temperaturas entrada/salida de aire de secado, para su posterior

anlisis.

Determinar el tamao y distribucin de partculas mediante un analizador de partculas

de dispersin dinmica de luz y procesamiento digital de imgenes, de polvos obtenidos

por medio del secado por aspersin, para evaluar su efecto en propiedades de flujo y

morfoestructura de partculas.

Determinar contenido de humedad, actividad de agua y solubilidad de las muestras

obtenidas durante el secado, para conocer su efecto en propiedades de flujo y

rehidratacin.

Evaluar la densidad aparente, densidad compactada y compresibilidad (ndice de Carr y

Coeficiente de Hausner) de los polvos obtenidos mediante secado por aspersin para

evaluarlas como propiedades de flujo de los mismos.

Evaluar el ngulo de reposo y la velocidad de flujo de las muestras de polvos obtenidas

durante el secado por aspersin, para conocer su capacidad de flujo.

17

V.MATERIALES Y MTODOS

V.1 Materia prima

La materia prima utilizada fue jugo de pia de Agave tequilana Weber de 5 aos de

madurez, proveda por el Centro de Productos Biticos del Instituto Politcnico

Nacional (Yautepec, Morelos, Mxico). El jugo fue previamente tratado eliminando

residuos de protenas y dems slidos por precipitacin con Ca(OH)2 en frio y

centrifugacin, quedando solo los slidos de azcar.

V.2 Metodologa

Figura 5. Diagrama de flujo para la metodologa empleada en este trabajo.

Inicio

Jugo de Agave

Secado por

aspersin

Caracterizacin de Polvos

Microestructura

Forma, Tamao y Distribucin de

Partcula

Rehidratacin

%Humedad, Actividad de agua y

tiempo de Rehidratacin

Flujo

Densidad aparente y compactada

Indice de Carr y Coeficiente de

Hausner

ngulo de reposo y velocidad de flujo

Fin

18

V.3 Secado por aspersin del jugo de Agave tequilana Weber.

Para obtener el producto en polvo, el jugo de Agave tequilana Weber con 15 Brix se

someti a la operacin de secado utilizando un secador por aspersin experimental

(Mobile Minor 2000, GEA Niro, Dinamarca), con aspersor tipo boquilla neumtica de

doble fluido con arreglo en fuente y una presin de atomizacin de 1.53 kg/cm2. Se

variaron las temperaturas de entrada y salida del aire de secado en 160/70C, 180/80C

y 200/90C. Y flujos de alimentacin de 17ml/min, 22ml/min y 25ml/min,

respectivamente. Los polvos obtenidos se recuperaron en la base de la cmara,

denominndolos polvos gruesos, y a la salida del cicln mecnico, llamados polvos

finos, Figura 6.

Figura 6. Imagen del secador por aspersin experimental Mobile Minor 2000 (GEA

Niro, Dinamarca) en la que se indican los puntos de colecta de polvos finos (b) y polvos

gruesos (a).

b

a

19

V.4 Tamao, distribucin y morfologa de partcula.

Para la obtencin de la morfologa de partcula las muestras, fueron analizadas

utilizando Microscopia Electrnica de Barrido (MEB). Una muestra de polvo fue

adherida a un porta muestras usando una cinta adhesiva de doble cara (Ted Pella,

Redding, California, E.U.A), las muestras fueron despus cubiertas con oro en una

Ionizadora (Denton Vacuum, Desk II . La

morfologa de las micro partculas fue observada con un microscopio electrnico de alto

vaco (Jeol, JSM-5800LV, Japn) (Alamilla, 2005). Las imgenes obtenidas con este

equipo fueron sometidas a un Procesamiento Digital de Imgenes (PDI). Para el anlisis

de los parmetros geomtricos de las partculas se utiliz el software ImageJ.

El tamao de partcula volumtrico promedio de las partculas de los polvos de agave se

determin con un analizador de tamao de partcula y gota (Mastersizer 2600, Malvern

Instruments, Worcestershire, Reino Unido). La muestra fue dispersada en 2-propanol.

El equipo Mastersizer 2600 usa una tcnica de difraccin de lser para medir el tamao

de las partculas. Esto se obtiene midiendo la intensidad de luz dispersa a medida que el

haz de luz pasa a travs de la muestra en un sistema particulado. Esta informacin es

entonces analizada para calcular el tamao de las partculas que crearon el patrn de

dispersin.

Un sistema tpico consta de tres elementos principales (Allen, 1992):

- Unidad ptica. Una muestra dispersa pasa a travs del rea de medicin, donde un haz

de luz ilumina las partculas. Una serie de detectores miden la intensidad de luz

dispersada por las partculas en un gran nmero de ngulos.

- Unidad de dispersin de muestra. La dispersin de la muestra es controlada por un

nmero de unidades de dispersin hmeda y seca. Estas garantizan que las partculas

sean llevadas al rea de medicin en la correcta concentracin y en un estado adecuado

de dispersin.

-Software. El software del equipo analiza la informacin obtenida para calcular el

tamao y distribucin del sistema particulado.

20

V.5 Propiedades de flujo de polvos.

El ndice de Carr o de compresibilidad y el coeficiente de Hausner denotan la relacin

presente entre las densidades aparente y compactada de un sistema particulado. Entre

ms se compacte un polvo, ms pobre sern sus propiedades de flujo (Jumah, 2000;

Niro Analytical Methods, 2009; Len-Martnez, 2010).

Densidad aparente.

Se define como la masa del polvo dividida entre el volumen aparente y se expresa como

g/cm3, se tom una cantidad de cada muestra en una probeta graduada de la cual se

registro el volumen inicial de la muestra en el tubo graduado. La densidad aparente se

calcul mediante la Ec. 1.

Donde M= masa de la muestra en g y el VAPARENTE = Volumen medido en cm3 (Shah

1997).

Densidad compactada

Es la proporcin de la masa total del polvo con respecto al volumen de polvo

compactado. El volumen se midi tras golpear la probeta utilizada para medir densidad

aparente sobre una superficie plana 100 veces y se registr el volumen compactado. La

densidad compactada se calcul mediante la Ec. 2.

Donde M = masa de la muestra en g y el VCOMPACTADO = Volumen medido en cm3

(Shah 1997).

ndice de compresibilidad de Carr y Coeficiente de Hausner.

Para evaluar la capacidad de flujo de un polvo (Compresibilidad y Friccin), se

determin el ndice de Carr (Ec. 3) y el Coef. De Hausner (Ec.4).

21

Cuadro 3. Correlacin del ndice de Carr y el coeficiente de Hausner indicando la

capacidad de flujo. (Ortega-Rivas, 2008).

ndice de Carr (%) Propiedades de Flujo Coeficiente de Hausner

5-10 Excelentes 1.00-1.11

11-15 Buenas 1.12-1.18

16-20 Regulares 1.19-1.25

21-25 Aceptables 1.26-1.34

26-31 Pobres 1.35-1.45

32-37 Muy Pobres 1.46-1.59

>38 Extremadamente malas >1.6

V.6 Velocidad de flujo y Angulo de reposo.

La Velocidad de flujo es la relacin existente entre una masa determinada y la facilidad

a fluir de esta, a travs de un rea determinada. El flujo de una sustancia se encuentra en

relacin directa de la friccin entre las partculas; el ngulo de reposo ( r) representa la

resistencia de las partculas a fluir, el ngulo mximo formado entre la superficie de un

cono de polvo y el plano horizontal est directamente relacionado con la rugosidad de

las partculas. Mientras ms lisa sea la superficie de la partcula menor ser el ngulo de

reposo de esta y tendr mejor propiedades de flujo (Ortega-Rivas, 2003).

22

Para realizar la determinacin se coloc un sistema como el que se ejemplifica en la

Figura 7. Se coloc un embudo por el cual se hizo pasar una masa conocida de muestra,

se determin el dimetro y altura del cono formado por los polvos al caer despus de

haber pasado por el embudo, as como el tiempo que le todo a la muestra pasar a travs

del cono (Ortega-Rivas, 2003; Martnez-Fernndez, 2007).

Figura 7. Ejemplo de sistema para medicin de velocidad de flujo y ngulo de reposo

Se determin el ngulo de reposo utilizando la (Ec. 5) y de la velocidad de flujo con la

ecuacin (Ec. 6).

Donde: h= altura del cono de polvo; r = radio de la base del cono del embudo;

d= dimetro de la base del cono; t= tiempo registrado en segundos que demor en fluir

el polvo; M= la masa del polvo (g) (Ortega-Rivas, 2003; Martnez-Fernndez, 2007).

23

Cuadro 4. Especificaciones segn Real Farmacopea Espaola (2002) para ngulo de

reposo.

Propiedades de Flujo ngulo de reposo ()

Excelentes 25-30

Buenas 31-35

Regulares 36-40

Aceptables 41-45

Pobres 46-55

Muy Pobres 56-65

Malas >66

V.7 Contenido de humedad.

La determinacin de humedad en el jugo de Agave en polvo se realiz en una termo

balanza utilizando de 2 a 5 g de muestra a 105 C durante 30 minutos. El contenido de

humedad se determina por gravimetra, referido en base seca (Nollet, 1996).

V.8 Actividad de agua (aw).

Una muestra de jugo de Agave en polvo de 1.4g fue procesada, con un medidor de

actividad de agua con compensador de temperatura (Aqualab, Decagon Devices, Inc.,

Pullman, EUA) hasta alcanzar el estado de equilibrio.

V.9 Tiempo de rehidratacin.

Para el tiempo de rehidratacin, se consider como tiempo inicial el contacto del polvo

con el agua y se determin el tiempo final cuando no exista evidencia visual de

partculas de polvo, se midi el tiempo de rehidratacin con la utilizacin de un

cronmetro (Jha, 2002; Prez-Alonso, 2009).

24

VI. RESULTADOS

VI.1 Secado por aspersin del jugo de Agave tequilana Weber.

Durante el proceso de secado se recolectan dos fracciones de la muestra. Los polvos

finos colectados en cicln mecnico y los polvos gruesos recuperados en el fondo de la

cmara de secado (Figura 5). Los polvos finos son acarreados por el aire hasta el cicln

del secador debido a su bajo peso y los polvos gruesos caen directamente desde la

cmara de secado debido a su mayor peso, estos no son arrastrados por el aire dentro del

secador y simplemente se depositan por gravedad en el colector inferior (Masters,

1986).

En el cuadro 5 se presentan las cantidades de polvos finos y gruesos expresadas en peso

y %, correspondiente al total de polvos obtenidos durante el secado por aspersin del

jugo de Agave tequilana, a tres diferentes temperaturas de entrada/salida del aire de

secado: 160/70C, 180/80C, 200/90C.

Cuadro 5. Cantidad de polvos obtenidos mediante el proceso de secado a partir de

muestras de 2 litros de jugo de Agave con 12Brix.

Temperaturas de

secado

Entrada/Salida (C)

Polvos

finos (g)

Polvos

finos

(%)

Polvos

gruesos

(g)

Polvos

gruesos

(%)

Relacin

finos/gruesos

160/70 165.88 90.2 18 9.8 9.22

180/80 185.27 90.7 18.89 9.3 9.81

200/90 98.02 58.3 70.08 41.7 1.40

La cantidad de polvos obtenidos mediante el proceso de secado por aspersin vari

significativamente en cuanto al factor temperatura. La mayor cantidad de polvos de

agave (204.16 g) se obtuvo con las condiciones de secado 180/80C lo cual concuerda

con lo reportado por Chvez-Rodrguez (2014) que obtuvieron las mejores condiciones

de secado a estas mismas temperaturas basndose en los mnimos valores para actividad

de agua e higroscopicidad y valores mximos de rendimiento solubilidad y densidad

aparente. As tambin Arrazola (2013) obtuvo el rendimiento ms alto durante el secado

de antocianinas de berenjena a una temperatura de secado de 180C.

25

En los tres tratamientos realizados se observ la adherencia del polvo en las paredes de

la cmara del secador ocasionando la prdida de un porcentaje del material, y con esto

menor captacin de polvo, siendo la condicin de secado 200/90C la que tuvo una

mayor prdida de material por adhesin.

VI. 2 Actividad de agua, Contenido de Humedad y Tiempo de rehidratacin.

La estabilidad microbiolgica de alimentos con contenido de agua reducido no es una

funcin de su contenido de agua total sino de la proporcin de agua que est disponible

para las actividades metablicas de los microorganismos. La mejor medida de la

humedad disponible es la actividad de agua (Aw).

La Aw ptima para el crecimiento de la mayor parte de los microorganismos est en el

rango 0.99-0.98 (Leitsner y Gould, 2002). En general, las bacterias de deterioro

comunes se inhiben a Aw aproximadamente de 0.97. Muchos hongos y levaduras son

capaces de proliferar a Aw debajo de 0.86, algunas levaduras osmoflicas y hongos

xerfilos pueden crecer lentamente en Aw ligeramente mayores a 0.60 (Leitsner y

Gould, 2002).

La actividad de agua de los polvos de Agave deshidratado se muestra en el cuadro 6, los

resultados indican una Aw baja lo que favorecera su prolongado almacenaje sin sufrir

descomposicin microbiana (FAO, 1995). De acuerdo a los resultados obtenidos, se

denota una relacin inversa entre las temperaturas de proceso y la Aw reportada ya que

a medida que incrementa la temperatura el actividad de agua es menor encontrando un

mnimo para 200/90C de 0.126 correspondiendo a lo descrito por Oakley (1997) la

remocin de humedad se encuentra en funcin de factores tales como temperatura,

contenido de humedad y naturaleza del producto a secar.

Esta tendencia puede relacionarse directamente con el contenido de humedad en la

muestra ya que al comparar ambos resultados podemos denotar el mismo patrn

disminuyendo a medida que aumentan las temperaturas de secado.

El contenido de humedad (% en base seca) de los polvos de Agave fue menor al 10%

para todos los casos (Cuadro 6), esto asegura la estabilidad del producto. Existe un

efecto significativo de las variables temperatura del aire de secado y velocidad de

atomizacin en el contenido de humedad. Los mnimos valores de humedad se obtienen

a altas temperaturas, esto se atribuye a que la fuerza impulsora para remover la

26

humedad aumenta si la diferencia entre la temperatura del aire de secado y las partculas

es mayor, produciendo polvos con menor contenido humedad. Estos resultados son

congruentes con los obtenidos en tomate (Goula-Adamopoulos, 2010) y muclago de

Opuntia ficus indica (Len-Martnez et al., 2010); el menor contenido de humedad se

encontr para las condiciones de secado 200/90C (4.2%). La diferencia de la

temperatura entre el medio de secado (aire) y las partculas es mayor, entonces la

humedad se elimina ms rpido (Obn et al., 2009).

Cuadro 6. Valores para contenido de humedad, actividad de agua y tiempo de

rehidratacin para polvos de agave a diferentes condiciones de secado.

Temperaturas

de secado()

Humedad

%

Aw Tiempo de

rehidratacin

(s)

Entrada/Salida Finos Finos Finos

160/70 5.2 0.247 56.9

180/80 4.7 0.197 46.0

200/90 4.4 0.180 42.3

Entrada/Salida Gruesos Gruesos Gruesos

160/70 5.2 0.344 53.3

180/80 5.0 0.276 48.6

200/90 4.2 0.126 43.0

Puede observarse que hay un efecto directo entre la temperatura de secado y el tiempo

de rehidratacin, por lo que polvo obtenido a altas temperaturas de secado mejoran su

tiempo de rehidratacin. Incrementar la temperatura del aire de secado generalmente

produce un incremento en el tamao de partcula, lo que reduce el tiempo requerido

para la rehidratacin del polvo (Walton 2000). Las partculas grandes pueden

sumergirse y las pequeas regularmente flotan en el agua, lo que conlleva a una

reconstitucin no homognea (Goula-Adamopoulos, 2010).

En la Cuadro 6 se muestran los datos obtenidos para las pruebas de rehidratacin del

jugo deshidratado, en todos los casos el tiempo de rehidratacin registrado es menor a

60 segundos. De acuerdo con lo reportado por Brbosa-Cnovas (2005), se considera

como un polvo instantneo si su tiempo de rehidratacin tarda menos de 60 segundos,

27

en todos los casos expuestos las muestras son consideradas instantneas (Brbosa-

Cnovas et al., 2005; Niro Analytical Methods, 2009).

Una relacin inversamente proporcional se encontr entre el % de humedad contenido

en los polvos de agave y la velocidad de flujo de los mismos Figura 8, al igual que lo

reportado por Amors (1987), donde se adjudica que las dbiles interacciones

ocasionadas por fuerzas de capilaridad entre los aglomerados hmedos es la causa de

disminucin de fluidez con el aumento de humedad.

Figura 8. Efecto del % de Humedad sobre la Velocidad de flujo en polvos.

VI.3 Propiedades de Flujo.

Densidad Aparente y Empacada

La densidad de los polvos es determinada por la densidad de las partculas que integran

al polvo; la cual a su vez est determinada por la porosidad de las partculas y el arreglo

espacial de las mismas en el contenedor. La densidad de un polvo es una caracterstica

importante ya que determina el volumen y dureza del alimento reconstituido

(Suwonsichon-Peleg 1999).

En la Figura 9, se muestra la comparacin entre las densidades aparentes y compactadas

de los polvos de Agave, para polvos finos se observ una ligera variacin para las

densidades obtenidas y las condiciones de proceso, en contraste para polvos gruesos se

denota una tendencia inversamente proporcional para las densidades de polvo y las

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

4 4,5 5 5,5

Ve

loci

od

ad d

e f

lujo

(g/

s)

Humedad %

Finos

Gruesos

Lineal (Finos)

Lineal (Gruesos)

28

temperaturas de proceso como se ha reportado en otros trabajos (Walton, 2000). Este

efecto puede deberse a que el incremento de la temperatura del aire de secado ocasiona

una evaporacin ms rpida y produce estructuras ms porosas y fragmentadas (Walton,

2000).

Figura 9. Densidades Aparente y Compactada de polvos de Agave a diferentes

temperaturas del aire de secado.

ndice de Carr, Coeficiente de Hausner y ngulo de Reposo.

En el cuadro 7 se muestran los resultados obtenidos al determinar el ndice de Carr y el

coeficiente de Hausner del jugo deshidratado, estos de acuerdo con lo reportado en

otros trabajos (Ortega-Rivas, 2008) al comparar los resultados con lo evaluado por Carr

1965. (Cuadro 3) se puede apreciar que los polvos 160/70PF, 180/80PF, 200/90PF y

180/80PG tienen un flujo aceptable y en los casos de 160/70PG y 200/90PG de pobres,

esto puede ser resultado de una alta cohesividad en las muestras ya que estas tienden a

aglomerarse debido a su alta higroscopicidad, al estar en contacto con humedad

ambiental las muestras tienden a tornarse pegajosas lo que resulta en un

empobrecimiento del flujo de los polvos (Lozano, 2009).

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

160/70PF 180/80PF 200/90PF 160/70PG 180/80PG 200/90PG

De

nsi

dad

(g/

cm3 )

Temperatura de entrada/salida del aire de secado (C) , PG(gruesos), PF(finos)

Densidad Aparente PF

Densidad Compactada PF

Densidad Aparente PG

Densidad Compactada PG

29

Cuadro 7. Valores del ndice de Carr, el coeficiente de Hausner para los polvos de

Agave.

Muestra ndice de Carr % Coeficiente de

Hausner

160/70PF 22.39 1.290

180/80PF 24.40 1.324

200/90PF 21.61 1.277

160/70PG 27.62 1.382

180/80PG 20.39 1.256

200/90PG 34.44 1.526

VI.4 Velocidad de flujo, ngulo de reposo y tiempo de rehidratacin

Los resultados obtenidos para el ngulo de reposo, velocidad de flujo y tiempo de

rehidratacin en polvos se presentan en el Cuadro 8, observndose que existe relacin

directa entre la velocidad de flujo de las muestras y las temperaturas de secado,

denotando que al someter el producto a un proceso con temperaturas ms elevadas se

obtiene un polvo que fluye con mayor rapidez.

Si bien un menor ngulo de reposo nos indica la facilidad a fluir de las partculas en un

sistema para los polvos gruesos podemos apreciar que a medida que se aumenta la

temperatura de secado se obtienen menores ngulos de reposo lo que nos indica un

mejor flujo de las partculas (Carr.1965), no as para los polvos finos ya que en estos se

presentan resultados aleatorios en cuanto al ngulo de reposo. De acuerdo a la Real

Farmacopea Espaola 2002 los polvos son clasificados con un flujo de aceptables.

30

Cuadro 8. Velocidad de flujo y ngulo de reposo en polvos obtenidos en diferentes

condiciones de proceso.

Muestra ngulo de reposo

()

Velocidad de

Flujo (g/s)

Tiempo de

Rehidratacin (s)

160/70PF 45.84 11.339 56.9

180/80PF 49.93 12.186 46.0

200/90PF 46.22 13.421 42.3

160/70PG 46.82 10.637 53.3

180/80PG 50.10 12.449 48.6

200/90PG 43.90 14.855 43.0

En todos los casos el tiempo de rehidratacin registrado es menor a 60 segundos. De

acuerdo con lo reportado por Brbosa-Cnovas (2005), se considera como un polvo

instantneo si su tiempo de rehidratacin tarda menos de 60 segundos, en todos los

casos expuestos las muestras son consideradas instantneas (Brbosa-Cnovas, 2005;

Niro Analytical Methods, 2009).

En la Figura 10, puede observarse que hay un efecto directo entre la temperatura de

secado el tiempo de rehidratacin, por lo que polvo obtenido a altas temperaturas de

secado mejoran su tiempo de rehidratacin. Incrementar la temperatura del aire de

secado generalmente produce un incremento en el tamao de partcula (Walton 2000).

Las partculas grandes pueden sumergirse y las pequeas regularmente flotan en el

agua, lo que conlleva a una reconstitucin no homognea. Estos resultados concuerdan

con lo reportado por Fabela (2013) quien reporto valores de 40 a 50 segundos para

polvos de Agave angustifolia.

31

Figura 10. Comparativa entre Tiempo de rehidratacin y Dimetro Feret en polvos para

diferentes temperaturas de secado.

VI.5 Tamao y distribucin de partcula. (PDI)

Los resultados presentados en el Cuadro 9 muestran que la circularidad de las partculas

es constante para las diferentes condiciones de operacin utilizadas en este trabajo, en

cuanto al rea, permetro y dimetro de Feret en la mayora de los casos un incremento

en las dimensiones es denunciado por los resultados, esto sugiere la obtencin de

partculas ms grandes en las condiciones de secado 200/90C. Estos resultados pueden

ser relacionados con lo reportado por Lozano-Berna (2009) y Fabela (2013) ya que las

partculas de FOS tienden a expandirse y contraerse durante el proceso de secado, esto

denunciara la variabilidad de tamaos presentes en las partculas obtenidas, con altas

temperaturas las partculas tienden a formar corazas debido a la rpida transferencia de

calor presente en ellas, esto impide que al salir el vapor de las partculas estas se

encojan y a su vez posean dimensiones mayores con superficies lisas, el caso contrario

en 160/80C al no formarse una coraza resistente la partcula colapsar dando lugar a

estructuras rugosas de menor tamao o bien fragmentos de las mismas (Walton, 2000;

Alamilla, 2005).

Temperaturas de secado T entrada/T salida

32

Cuadro 9. Parmetros geomtricos obtenidos al realizar el anlisis digital en las

micrografas de los polvos en sus distintas condiciones de proceso.

Muestra rea (m2) Permetro

(m)

Circularidad

(%)

Dimetro de Feret

(m)

160/70PF 60.694 39.032 0.828 12.240

160/70PG 30.377 28.243 0.808 8.894

180/80PF 27.601 25.684 0.836 8.256

180/80PG 25.565 25.858 0.786 8.254

200/90PF 37.536 31.574 0.826 9.980

200/90PG 59.622 37.510 0.848 11.955

VI.6 Tamao y distribucin de partcula.

El tipo de atomizador en un secador por aspersin determina no slo la energa

requerida para formar el aerosol sino tambin el tamao y la distribucin de tamao de

las gotas, as como el tamao de partcula final (Mujumdar, 1995).

En las Figuras 11 a 16 se muestran los resultados obtenidos para tamao medio y

distribucin de partcula. Obteniendo los valores ms bajos para la condicin de secado

160/70C y mximos para la condicin 200/90C, contrastando con lo reportado

anteriormente en otros trabajos (Masters, 2002), donde se haba reportado que la

temperatura del proceso de secado no tiene un impacto significativo sobre el tamao de

partcula, en este estudio se observ una clara tendencia de incremento en el tamao

medio de partcula en proporcin directa al aumento de temperaturas de secado Figura

17, esto concuerda con lo encontrado por Chegini, 2007; para jugo de naranja, donde se

describe que el aumento de temperatura conlleva una rpida formacin de una capa de

material seco sobre la partcula, esto resulta en una capa impermeable en la superficie

de la partcula y al existir vapor dentro de esta el resultado es una expansin de las

partculas (Walton, 2000; Fabela, 2013). En las condiciones de secado 160/70C y

200/90C se aprecian tendencias multimodales para los histogramas obtenidos, esto

denota una homogeneidad parcial en los polvos obtenidos, en contraste en la condicin

de secado 180/80C se observ una tendencia unimodal con valores cercanos a los

33

10m lo que se interpreta como una muestra con buena homogeneidad de tamao en los

polvos lo que evita segregacin y facilita su flujo (Barbosa, 2005).

Figura 11.Tamao y distribucin de partcula en polvos finos obtenidos a 160/70C

Dimetro medio= 8.550 m

Figura 12.Tamao y distribucin de partcula en polvos gruesos obtenidos en 160/70C


Figura 13.Tamao y distribucin de partcula en polvos finos obtenidos en 180/80C


34



Figura 15.Tamao y distribucin de partcula en polvos finos obtenidos en 200/90C




35

Figura 17. Efecto de las condiciones de secado sobre el dimetro de partcula en polvos.

VI.7 Morfologa del jugo de Agave en polvo.

La morfologa de las partculas determina la funcionalidad de los polvos durante su

procesamiento. Las gotas del flujo de alimentacin durante el secado experimentan

cambios en la cmara de secado. Estos cambios producen partculas secas con

estructuras solidas porosas o no porosas (Chen, 2007). La microestructura formada

durante el secado por aspersin es afectada por las condiciones de secado tales como la

temperatura, humedad y velocidad de secado; tambin por las condiciones de

alimentacin composicin y temperatura (Chen, 2007).

De acuerdo a las condiciones de secado, las partculas pueden distorsionarse, encogerse,

fracturarse o expandirse; tambin el comportamiento se encuentra arraigado al tipo de

coraza formada en la superficie de la partcula si es porosa o no porosa permeable o

impermeable (Kentish, 2005).

7

8

9

10

11

12

13

14

15

160/70 180/80 200/90

Di

me

tro

de

Par

tcu

la(

m)

Condiciones de Secado (Tentrada/TsalidaC)

Finos

Gruesos

36

La morfologa de los polvos de Agave se presenta en las siguientes micrografas:

Figura 18. Partculas de jugo de Agave, 160/70PF a 3000 y 5000 Aumentos.

Figura 19. Partculas de jugo de Agave, 160/70PG a 3000 y 5000 Aumentos.

En la primera condicin de secado 160/70C, tanto en polvos finos como gruesos se

presentaron partculas semicirculares con tamaos variables, preferentemente

colapsadas con superficies rugosas, de acuerdo con Walton, 2000 en general las

partculas tienden a encogerse con bajas temperaturas de secado debido a que la

difusin de agua es ms lenta, permitiendo ms tiempo para que las estructuras se

deformen y colapsen.

37



Para la segunda condicin de secado 180/80C, se observaron partculas semiesfricas

tanto para finos como gruesos con una superficie irregular rugosa en general pero con

algunas partculas con superficie lisa, dado el incremento de temperatura el secado de

las partculas pudo llevarse a cabo de manera ms rpida produciendo corazas

resistentes al encogimiento dejando superficies mas lisas (Alamilla, 2005).

38



En la tercera condicin de secado 200/90C, se observaron partculas esfricas de mayor

tamao tanto en polvos finos como en gruesos, correspondiendo a lo encontrado con el

analizador Mastersizer (Figuras. 15 y 16).

La elevada temperatura de secado puede causar la expansin de las partculas debido a

la mezcla de vapor y aire dentro de las partculas, esta mezcla se expande llevando al

crecimiento del granulo dado que la coraza formada en la superficie de este es solo

parcialmente permeable al vapor (Kentish, 2005).

39

VII. CONCLUSIONES

Al realizar el secado por aspersin de jugo de Agave Tequilana weber la mejor

condicin de secado fue 180/80C ya que en esta se obtuvo un mejor rendimiento

(Cuadro 5).

El jugo de Agave deshidratado presento una tendencia en la disminucin de contenido

de humedad (H%), actividad de agua (Aw) y tiempo de rehidratacin a medida que se

aumento la temperatura de secado (Cuadro 6).

Los polvos presentaron un aumento en su velocidad de flujo a medida que las

temperaturas de secado aumentaron (Cuadro 8).

En cuanto a las propiedades de flujo de los polvos en funcin de los valores

compresibilidad van de regulares a pobres, por lo que se recomendara la aplicacin de

energa o lubricantes para su correcto procesamiento durante el mezclado.

El tamao medio de partcula se vio afectado de manera directa con el aumento de

temperatura de secado obteniendo las partculas ms grandes en 200/90C (Figuras 15 y

16).

Una menor distribucin de tamao de partcula se reporto en la condicin 180/80C

(Figuras 13 y 14), indicando que en estas condiciones se obtiene un producto ms

homogneo.

La morfologa de las partculas de agave denota formas circulares con superficies

rugosas y en las condiciones 200/90C tambin se presentas partculas con superficie

lisa.

El jugo deshidratado de Agave Tequilana Weber Var. Azul, presenta caractersticas

deseables en un polvo que se espere sea utilizado como aditivo en alimentos o bien

como excipiente para medicamentos, aunado a lo reportado en este trabajo, estudios

posteriores son necesarios para confirmar su versatilidad en un escalamiento industrial.

40

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