Agronomia Colombiana. 1990. Volumen 7: 70-75 DETERMINACION DE LA HUMEDAD DE EQUILIBRIO EN PANELA BELlSARIO MACIAS ESPARZAl, HUGO REINEL GARCIA BERNAL2 y JESUS ANTONIO GALVIS v.3 Resumen. El objetivo del presente estudio fue determinar los mejores estados atmosfé- ricos para el almacenamiento de la panela analizando el contenido de humedad de equilibrio del edulcorante, a unas condicio- nes estables de temperatura y humedad rela- tiva. Utilizando regresión lineal para el análisis de los datos, se obtuvo una ecuación multi- variable de tipo exponencial, aplicable para regiones que poseen ternepratu ras entre 130C y 340C y humedades relativas entre 60% y 90%. la panela tal como se produce actualmen- te, con contenidos de humedad entre 80/0 y 100/0 base húmeda, solo podrá almacenarse durante períodos muy cortos de tiempo. Para perradas más largos, la panela debe al- macenarse en condiciones ambientales que garanticen humedades de equilibrio inferio- res al 70/0. EQUILlBRIUM HUMIDITY DETERMINATION IN MOlASES (PANELA) Summery. The aim of the present research was to establish the best environmental conditions related to the storage, over a long period of time, for panela (unrefined brown sugar blocksL In order to define those conditions, it was necessary to determine equilibrium moisture 1 Investigador del Convenio ICA-Holanda para el Mejoramiento y Divulgación de la Industria Pa- nelera (CIMPA). 2 Director del (CIMPA). 3 Investigador del Instituto de Ciencia y Tecno- logía Agropecuaria (CIMPA) Univ. Nacional de Colombia. Bogotá. 70 curves related to a range of temperature between 130C and 340C, and a relative humidity range between 60Ofo and 900/0, which covers the environmental conditions of many panela's production regions. A linear regression analysis was applied to obtain a multi-variable equation which allows the definition of equilibrium moisture curves, mentioned above. Actual panela's moisture content (BOfoto 100/0 on wet basis), allows its storage onlv, for a short time under temperature and relative humidity ranges normally founded in production regions_ In order to prolong it, stora_ge room environmental conditions must be adjusted to obtain an equilibrium mois- ture content of 7Ofo meximum. INTRODUCCION la velocidad de las reacciones de degrada- ción de carácter químico, microbiológico o enzimático, en los productos biológicos, es afectada siempre por la actividad del agua (lerici, 1986). Así mismo, esta última inter- actúa y depende de las condiciones 'del me- dio ambiente, humedad relativa y tempera- ra, en que se encuentra almacenado el pro- ducto. El conocimiento de la humedad de equili- brio del producto, bajo diferentes condicio- nes ambientales, permitirá establecer la pere- cibilidad del mismo y definir los cambios necesarios en ese ambiente, para un almace- namiento seguro durante un tiempo pre- establecido. En el mercado nacional de la panela por la alta rotatividad del producto, no se pre- senta un deterioro significativo. Sin embargo en algunas regiones del país, con infraestruc- tura de los trapiches bastante rudimentaria y donde se almacena la panela en condiciones de alta humedad relativa, se presenta el des- leimiento de la misma por el efecto del agua superificial (CIMPA, 1989). Uno de los mayores limitantes para la ex- portación de la panela, .es el desconocimien- to de las condiciones ambientales para el transporte terrestre y marítimo, y para el almacenamiento portuario, que se traduce en el deterioro total del producto, por la acción combinada de los microorganismos y las reacciones físico-qu(micas producidas por la actividad del agua. La panela es higroscópica, o sea que al exponerse al ambiente puede absorber o perder humedad, dependiendo de las condi- ciones climáticas del medio (Pinto, 1988). Las causas que influyen en la absorción de humedad y consiguiente deterioro de la panela, se relacionan con su composición y el medio ambiente. Es más propensa a alte- rarse cuando contiene proporciones altas de azúcares reductores, baja sacarosa y alta hu- medad (Bayma, 1974 y Fouconnier y Basse- rean, 1975). A medida que aumenta la absor- ción de humedad ésta se ablanda, cambia de color, aumentan los azúcares reductores, dis- minuye la sacarosa y aparecen los micro- organismos (Honig, 1969). Generalmente los productores no almace- nan la panela y los comerciantes acopiadores sólo lo hacen durante muy pocos días, por- que el mercadeo es de alta rotatividad. Por este motivo, casi nunca se presentan proble- mas significativos de deterioro durante la comercialización. Sin ernbarqo, ésta es una de las causales de la irregularidad y fluctua- ción constante de los precios de venta de la panel a y; si éstos se quieren estabilizar, sería necesario establecer programas de almacena- miento de tiempo intermedio, colocando la panel a en bodegas adecuadas o empacándola en materiales apropiados (CIMPA, 1989). El Contenido de Humedad de Equilibrio (CHE) es el contenido de humedad (en base seca o base húmeda) que un producto alcan- za, cuando se deja durante un tiempo sufi- cientemente largo en determinadas condicio- nes de temperatura y humedad del aire. La palabra equilibrio se refiere a que el producto no intercambia humedad con el aire que lo rodea. Esto sucede cuando la presión de vapor de agua en la superficie del producto y en el aire son iguales. Si la pre- sión de vapor del material es mayor que la presión de vapor del medio ambiente, la hu- medad se desplazará del producto a la atmós- fera y; si es menor que la ambiental, la hu- medad se desplazará en sentido contrario (Cortés, 1981). Por lo tanto, el concepto de equilibrio no quiere decir que sea igual el contenido de agua en el producto y en el aire. El Contenido de Humedad de Equilibrio, CH E, es de gran importancia en el secado, procesamiento y almacenamiento de los pro- ductos agrícolas. Durante el almacenamien- to, los productos alcanzan el CHE correspon- diente a la temperatura y humedad relativa promedias de la región. Esta humedad alcan- zada por el producto, y la temperatura y ca- lidad del mismo, determinan el tiempo máxi- mo de almacenamiento sin deterioración. El CHE disminuye al aumentar la tempe- ratura, manteniendo la humedad constante, porque a pesar de aumentarse la presión de vapor de agua en la superficie del producto, el aumento es mayor en el producto por existir más moléculas de agua, 10.000 veces más aproximadamente, en éste que en el aire. Por esto el producto pierde agua por evaporación, hasta que las presiones de va- por de agua se igualan nuevamente (Cortés, 1981). Dos métodos han sido utilizados para determinar el CHE: - Método estático: En este método, se al- canza el equilibrio sin agitación mecánica del aire o del producto. - Método dinámico: El aire con temperatu- ra y humedad controlada, es forzado a pasar por el producto (Ha", 1980., MATERIALES Y METO DOS Para determinar las condiciones de hume- dad de equilibrio de la panel a se colocaron dos tipos de panela en ambientes conforma- dos por la combinación de cuatro tempera- turas con seis humedades relativas. El estudio se realizó en las instalaciones del Convenio ICA-HOLANDA para el Mejo- ramiento y Divulgación de la Industria Pane- lera en Colombia, CIMPA, ubicadas en Bar- bosa (Santander) a una altura de 1.5C m.s.n.m, con 200C de temperatura y 750/0 de humedad relativa promedias. 71 La panela escogida, se obtuvo en trapi- ches ubicados en la Hoya del Río Suárez ':,'/~cá-Santander) Una con el aditivo de- nominado hidrosulfito de sodio (clarol) y otra sin él. Esta panela se colocó en una cámara con control digital de la temperatura y la hume- dad relativa. Las temperaturas empleadas fueron: 130C, 200C, 27°C y 34°C. La hu- medad relativa del aire se hizo variar, para cada temperatura, de 50/0 en 50/0 desde 60% hasta 800;0 y de 80% a 90%. El procedimiento del ensayo fue el si- guiente: - Se determinó el contenido de humedad y "Brix iniciales de la panel a (Hip) en estudio. - Se trituró la panela en trozos, cuyos pesos oscilaron entre 1.25 y 1.65 g, buscando ga- rantizar una estructura homogénea al pro- ducto. - Se colocaron las muestras de panel a (80 g aproximadamente), bajo condiciones fijas de temperatura y humedad relativa, hasta obtener un peso constante de éstas. - Se inició el ensayo con la temperatura de 13°C, .utilizando la menor humedad relativa en estuétró: 60%. Cuando el producto alzan- zó el CHE, se cambió la humedad relativa a 65% y se realizó la misma rutina, variando la humedad hasta llegar al 90%. En forma similar se continuó con las otras ternperatu- ras, - Se utilizó el método dinámico, forzando a pasar el flujo de aire sobre las muestras del producto, a una velocidad de 3,33 mis. - El peso de las muestras se registró a las ocho de la mañana y a las seis de la tarde. Los pesos obtenidos, inicial y cuando la pa- nela alcanzó la estabilidad, se utilizaron en el cálculo de la humedad de equilibrio, de acuerdo con las siguientes expresiones: 100-Hip) Pms=Pmh* (------~ 100 Pmche - Pms CHEp~ * 100 Pmche Donde: Pms = Peso de la muestra seca, g Pmh = Peso de la muestra húmeda, g Hip = Humedad inicial de la panela, % CHEp = Contenido de Humedad de Equili- brio de la panel a, % 72 Pmche = Peso de la muestra cuando alcanzó el CHE, Estadísticamente el ensayo se planeó bajo un diseño factorial con 2 tipos de panela, 4 temperaturas y 6 humedades relativas, para un total de 48 tratamientos. Para cada tr ata- miento se hicieron 4 repeticiones y por lo tanto el número total de pruebas fue de 192. Una vez realizados los análisis de varianza y las pruebas de Duncan correspondientes, se determinó por regresión lineal, el tipo de curva y ecuación que se ajustaba e interpre- taba mejor el comportamiento de cada iso- terma, teniendo como variable a la humedad relativa. Posteriormente se realizó con todos los datos obtenidos, una regresión múltiple te- niendo como variables la temperatura y la humedad relativa. Esto para determinar la ecuación, que describa el comportamiento de la panela a las condiciones ambientales comprendidas entre 60% y 900/0 de hume- dad relativa y entre 130/0 y 340/0 de tempe- ratura. RESULTADOS Y DISCusioN Humedad inicial de la panela. El conteni- do de humedad inicial de la panela (Hip). para cada una de las cuatro temperaturas, se citan en el Cuadro 1. Hubo mayordiferencia de humedad inicial entre los dos tipos de pa- nela, que entre las muestras de la misma cla- se al comenzar cada prueba de temperatura. Esto posiblemente no es debido a uso del aditivo, si no a que las muestras, para cada tipo de panela, fueron tomadas en diferentes trapiches. Por otra parte, estos valores con- cuerdan con los promedios de la Hoya del río Suárez; en otras regiones como el eje ca- fetero ° las zonas paneleras de Antioquia, el Cuadro 1. Humedad inicial (% base húme- da) de la panela (Hip). utilizada en el ensayo. Temperatura (OC) Humedad de la panela Con clarol ('Vo) Sin clarol (Ofo) 13 20 27 34 8,1 7,9 7,4 7,8 9,0 9,1 9,3 9,0 de sodio (c1arol), este anál isis indica que no tiene ninguna influencia significativa sobre el contenido higroscópico de equilibrio. La humedad relativa tiene mayor efecto sobre el CHEp, que la temperatura, porque una diferencia de 219C (130C a 340C), sola- mente afecta el CHEp en 50/0, mientras una diferencia de 30% (60% a 90%) de la hu- medad relativa, afecta al CHEp en 240/0. Después de graficar los puntos reales y de. hacer reqresiones con diferentes tipos de cur- vas, se encontró que las ecuaciones exponen- ciales, ~'eran las que mejor interpretaban el comportamiento de la humedad de equili- brio de la panela, presentando el mejor coefi- ciente de correlación. Los coeficientes de estas ecuaciones, para cada una de las 4 tem- .peraturas, manteniendo a la humedad relati- va ambiental como variable dependiente, se encuentran en el Cuadro 4. • Combinando la temperatura y la hume- dad relativa como. variables dependientes, se halló la ecuación para él cálculo del conteni- do de humedad de equilibrio de la panela, CHEP, para ambientes con temperaturas . comprendidas entre 130C y 340C y humeda- des relativas entre 600/0 y 900/0. Como en los casos anteriores, la ecuación que mejor se ajustó a los datos reales fu€ la de tipo expo- nencial: .v- Cuadro 2. Contenido dé humedad de equilibrio (%). promedio para los dos tipos de panela, a diferentes temperaturas y humedades relativas. . - contenido de humedad fluctúa entre 40/0 y 6% (CIMPA, 1989). Contenido de humedad de equilibrio de las muestras. Los contenidos de humedad de equilibrio (CHE) promedio para los dos tipos de panela, con clarol y sin clarol, encontra- dos bajo las diferentes condiciones ambien- tales, se muestran en el Cuadro 2. La hume- dad de equilibrio varía intensamente con la humedad relativa, sobre todo cuando ésta supera el 80% y disminuye ligeramente con el aumento de la temperatura. De acuerdo con lo anterior y si la actividad de los micro- organismos y la velocidad de las reacciones de deterioro por acción enzimática o fisico- química, dependiesen sólo del contenido de humedad de la panela, los climas con tempe- ratura alta y baja humedad relativa seríáh l.os ideales para conservar este producto. Análisis estadístico y determinación de los modelos matemáticos, para interpretar el contenido de humedad de equilibrio (CHE). ElCuadro 3 contiene los resultados del análi- sis de varianza, el cual muestra la influencia altamente signific~tiva que tienen la tempe- ratura y la humedad relativa del ambiente, sobre el contenido de la humedad de equili- brio de la panela. Respecto al uso del aditivo. hidrosulfito Temperatura HUMEDAD RELATIVA (OC) 60 65 70 75 80 90 13 6,26 7,13 8,19 10,07 16,32 35,78 20 5,90 6,70,. 7,41 8,40 12,46 29,73 27 5,13 ~:;~.~: " 6,90 7,58 10,53 28,68.,34 4,68 o 6,36 7,12 9,35 24,74 Cuadro 3. Análisis de varianza del efecto de la temperatura, el aditivo y la humedad relativa, sobre la humedad de equilibrio de la panela. Fuente de Grados Suma de Cuadrado Variación libertad Cuadrados Medio F " l\./;.' Pr>F ' SIG Terno, 3 492.31 164.10 193.36 0.0001 Adi: vo 1 0.91 0.91 1.07 0.3019 NS Hum. Rel. 5 13600.72 2720.14 3205.10 0.0001 Temp * Hum Re!. 15 315,70 21.05 24.80 o.ocer Error 167 141.73 0.85 Total 191 14551.37 R2: 0.990260 C. V.: 7.9912 73 **: altamente significativo; NS: no