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CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA DEL AGUA Y DEL ACEITE EN EL FREÍDO POR INMERSIÓN DE PASTA DE HOJALDRE.
Introducción
El freído es un proceso importante y muy versátil que ha sido usado desde la
antigüedad para cocinar una amplia variedad de productos. Su rapidez, su
contribución única en las propiedades sensoriales del alimento, y su bajo costo a
gran escala, han hecho de los productos fritos el elemento principal de la industria
de la comida rápida.
Existen dos métodos de freído comercial: por contacto y por Inmersión, siendo el
Freído por Inmersión el proceso más usado en la industria alimentaria. En él,
ocurre la transferencia de masa y calor en forma simultánea. El calor es
transferido desde el aceite al alimento, lo que trae como consecuencia la
evaporación del agua contenida en el mismo y la absorción de aceite por el
producto. Además se llevan a cabo diversos cambios químicos y físicos en los
alimentos, como la gelatinización de almidones, desnaturalización de proteínas,
vaporización de agua y formación de costra, que ejercen influencia sobre la
transferencia de calor, así como en la absorción de aceite y pérdida de humedad
(1).
La pasta de hojaldre es una de las mezclas más simples, debido a que solo tiene
como ingredientes: harina, grasa, sal y agua. Una pasta de hojaldre de alta
calidad tiene una consistencia de hojas. Las hojas se deben a las capas de gluten
que se han elevado, formando ampollas por el vapor que se ha formado a medida
que se hornea o fríe la corteza (2).
El objetivo del presente trabajo es la determinación del coeficiente de transferencia
de masa, del agua y del aceite, durante el proceso de freído por inmersión de
pasta de hojaldre a tres diferentes temperaturas de proceso, así como la influencia
de esta pérdida o ganancia sobre algunas propiedades físicas del alimento, tal
como el espesor de la costra formada en la pasta y el índice de expansión de la
misma.
Materiales y métodos
La pasta de hojaldre se cortó en placas infinitas de 0.5x4x4 cm. para su inmersión
en aceite de cártamo a 170º, 180º y 190 ºC. Previamente se obtuvo el contenido
de humedad y de grasa de la pasta por el método de estufa y por Soxlhet,
respectivamente. La densidad del aceite se obtuvo por densimetría y la viscosidad
por un viscosímetro Ostwald, como un parámetro para conocer en qué momento
debía cambiarse el aceite durante el freído; el punto de humo se determinó para
conocer la temperatura a la cual podía descomponerse el aceite.
Para la obtención de las cinéticas de freído, se colocó un termopar tipo T en el
centro geométrico de una placa de manera que pudiera monitorearse el frente de
evaporación del agua durante el tiempo total de freído que fue de 15 min. Los
valores de %humedad y % de grasa se obtuvieron de muestras retiradas cada 30
seg. durante los primeros 5 minutos del proceso, y posteriormente se retiraban las
muestras para su análisis cada 2 min. A las mismas muestras se les determinó el
índice de expansión y espesor de la costra con un Vernier digital.
Los coeficientes de transferencia de masa para el agua y el aceite,
respectivamente, fueron calculados considerando una cinética de primer orden
con las siguientes ecuaciones (3):
(1)
(2)
M y O se consideran como los contenidos en equilibrio y se obtienen de la
gráfica de contenido de humedad y aceite contra el tiempo de freído.
Cada corrida se realizó por triplicado, ajustando estadísticamente los
comportamientos promedio por intervalos de confianza al 95%.
Resultados y discusión
La Fig. 1 muestra las cinéticas de pérdida de humedad y absorción de aceite
durante el freído. El contenido de humedad de equilibrio (humedad del periodo
constante) disminuye cuanto mayor es la temperatura de freído; aunque a
temperatura de 180°C y 190°C la humedad de equilibrio es similar lo cuál puede
observarse en la sobreposición de ambas curvas al final del proceso. El contenido
de humedad de equilibrio decrece de 0.0871 Kg. agua/Kg. de sólido seco a 0.071
Kg. agua/Kg. sólido seco, existiendo entre ambos valores de una variación de
18%.
El contenido de aceite en equilibrio expresado en base seca respecto a los sólidos
no grasos, presenta un comportamiento antagónico al de la humedad
incrementándose su valor en el equilibrio al aumentar la temperatura,
considerando que a mayor temperatura se evapora mayor cantidad de agua y que
esta al ser expulsada en forma de vapor deja tras de si canales o poros en el
producto, los cuales son ocupados por el aceite en el cual esta inmersa la pasta.
De los graficos del ln Mr y – ln Or vs tiempo, se obtienen los respectivos
valores de los coeficientes de transferencia de masa que se muestran en el cuadro
1. Ambos disminuyen su valor conforme aumenta la temperatura de proceso. La
humedad de equilibrio se alcanzó en menor tiempo a la temperatura de 170°C, lo
que puede explicarse si se considera que a temperaturas mayores la
gelatinización de las proteínas del gluten de la pasta se da con mayor rapidez, lo
Fig. 1 – Cinéticas de pérdida de humedad y absorción de aceite
que representa una resistencia que impide la evaporación del agua contenida en
la pasta. Además, durante el freído se producen productos hidrolíticos y de
oxidación durante el calentamiento del aceite lo que hace que disminuya la tensión
interfacial entre el aceite y el agua, favoreciendo la penetración de grasa en el
alimento.
Cuadro 1- Coeficientes de transferencia de masa
ºC kM (s-1) kO (s-1)170180190
0.0860.0140.009
0.0800.0410.035
En el cuadro 2 se presentan las características de la pasta después de 15 min. de
freído. La costra que se forma en la pasta a lo largo del proceso de freído tiende a
aumentar su espesor conforme transcurre el tiempo. La expansión se debe a la
evaporación del vapor de agua ocasionada por el incremento de la temperatura
del aceite, por lo que genera que el vapor al querer salir a la superficie ocasione el
crecimiento de la pasta (4).
Cuadro 2 - Características de la pasta frita a diferentes temperaturasºC Espesor
InicialEspesor
FinalPeso Inicial
Peso Final
Índice de Expansión
170 0.5 cm 2.94 cm 9 g 7.436g 79%180 0.5 cm 2.58 cm 9 g 8.170g 68%190 0.5 cm 2.52 cm 9 g 7.532g 64.4%
Conclusiones
Durante el proceso de freído por inmersión, la transferencia de calor del aceite
caliente a la superficie del producto se realiza por mecanismo de convección, y de
la superficie a al centro del alimento por mecanismo de conducción. El agua
liquida se mueve del interior del producto a la zona de evaporación (zonas mas
cercanas a la superficie) para convertirse en vapor y abandonar el producto. A
temperatura de 170° C se alcanza la humedad de equilibrio en menor tiempo, al
igual que el aceite llega al centro geométrico en un menor tiempo, lo que nos hace
inferir que efectivamente la transferencia de masa y calor se dan
simultáneamente.
En el proceso de freído existe una relación entre el índice de expansión y espesor
de la costra. Se observa que durante la experimentación, las placas freídas
presentan un decremento del índice de expansión con respecto al incremento en
la temperatura del proceso, esto se debe a que durante el proceso la vaporización
se realiza de manera paulatina abriéndose paso a través de las laminillas es decir,
a menor temperatura el fenómeno de desarrolla más lentamente lo que ocasiona
que la expansión sea mayor. Lo contrario pasa al usar temperaturas más
elevadas.
Un cambio fisicoquímico que se observa en la pasta a lo largo del proceso de
freído, debido a las altas temperaturas que se alcanzan, es el cambio en la
coloración
del producto, el cual se debe a la reacción de Maillard, siendo mas intensos los
cambios al aumentar la temperatura; así se observo que a 170° C se obtiene una
coloración, tamaño y textura deseable a 270 s. A 180° C se alcanzaron las mismas
características en un tiempo de 150s y finalmente a 190° C en un tiempo de 120
s.
Bibliografía
1. Krokida, M.K., Oreopoulou, V. y Maroulis, Z.B. (2000). Water loss and oil
uptake as a function of frying time, J Food Eng (44):39-46.
2. Charley, H. (1999) Tecnología de alimentos Ed, Limusa, México
3. Sukumar Debnath, K.K. Bhat, N.K. Rastogi. (2003) Effect of pre-drying on
kinetics of moisture loss and oil uptake during deep fat frying of chickpea .our-
based snack food. Lebensm.-Wiss. U.-Technol. (36): 91–98
4. Sandoval, R.A. (2001) Propiedades texturales de 3 grasas vegetales y su
relación con el índice de la grasa sólida. UNAM,México