CALOR DE RESPIRACIÓN DE FRUTAS Y VEGETALES CARLOS E. ORREGO A. *

PC: Refrigeración, frutas, vegetales, respiración, calor. RESUMEN

El enfriamiento y la refrigeración de frutas y vegetales recién cosechados se complica debido a la generación de calor de estos materiales originada en su actividad respiratoria. El artículo que se presenta ilustra dos sistemas de cálculo para estimar el calor de respiración con propósitos de diseño de sistemas de almacenamiento refrigerado y reúne abundante información experimental sobre este tema, tomada de diversas fuentes bibliográficas, incluyendo datos sobre especies tropicales. ABSTRACT

Heat generation from respiratory activity of fresh fruit and vegetables in an important issue to consider in refrigerated storage of these materials. This work shows two methods for respiration heat estimations based in experimental information from different sources, including tropical fruit and vegetable heat evolution data. Introducción La respiración de las frutas y vegetales tiende a incrementar su temperatura superficial durante el almacenamiento lo que ocasiona, además de una mayor demanda de capacidad de refrigeración, pérdidas de peso asociadas a la evaporación y generación de C 0 . 2

* Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales 141

Rev. Depto. de Ciencias. Octubre de 2001

La relación entre la generación de calor y temperatura se relaciona con la partición de la molécula de glucosa según la siguiente reacción (Dincer, 1997): C H 0 + 6C0 -> 6C0 + 6H 0 + 2817 kJ 6

12

6

2

2

(1)

2

Como en la mayoría de las reacciones químicas la generación de calor de las frutas y vegetales es una función exponencial de la temperatura absoluta (Toledo, 1991): Q = a Exp (bT )

(2)

Q y a tienen dimensiones de energía generada por unidad de masa. Información experimental En la tabla 1 se muestran los rangos de valores y/o los valores máximos de generación de calor para frutas y vegetales en aire. Tabla 1. Evolución de calor por respiración de frutas y vegetales Material Español Aceituna Achicoria Aguacate Ajo(bulbos intactos) Ajo(pelado,fresco) Albaricoque Alcachofa Apio Apio Arándano azul Arándano azul Arándano rojo Banano maduro

Ingles Olive Radicchio Avocado Garlic

Garlic Apricot Artichoke Celery Celery Blueberry Blueberry Cranberry Banana, ripening Berenjena Egg plant Brocoli Broccoli Calabaza amarilla Squash, yellow Carambola Starfruit Cebolla verde Onion, green Cebolla, bulbo seco Onion, dry bulb Cereza ácida Cherry, sour

0°C

5°C 30-59 71(7.5°) 59-89 17-29

-

9-32 71 12-24 100 21 21 7-31 18 12

89-118 -

140 32 27 27-36 -

-

-

59-65 35-38 -

31-66 9 17-39

-

-

95-106 42-55 30-59 51-201 15 38-39

142

Vatios /Tonelada 15°C 10°C Ref118-327(20°) 3 71-95 148(20°) 5 183-464 1 32-81 1 27-29 -

207-296 36-59 212 58-81 36 69-104 53 24 65-116 177-31(12.5°) 225-254 103-108 47-89 107-174 21 -

-

89-130(20°) 330 110 44 101-183 201(20°) 53(20°C) 87-164 -

473-532 222-269 71-106 195-288 21 81-148

6 4 2 1 2 1 4 4 1 6 6 1 3 1 2 1

Material Español

Cherry, sweet Cherry Parsnips Cherimoya Plum Cabbage Brusel sprout Cauliflower Kohlrabi Passion fruit Peach Durian Belgian endive Asparragus Spinach Feijoa Strawberry Raspberry Pomegranate Black currant Gooseberry Guava Peas( shelled) Peas (In pod) Beans,greensnap Mushroom Hongo Fig Higo Chinese Jujube Jujuba Kiwi Kiwi Lechuga Lettuce Lemon lÁmon(C.Lemon) Limón Lime Lychee Litchi Sweet com Maíz dulce Tangerine, Mandarina Mandarin Mango Mango Apple Manzana Maracuyá Passion fruit Cantaloupe Melón Melón Honeydew H. Melon Quince Membrillo Blackbeny Mora

Cereza dulce Cereza Chirivía Chirimoya Ciruela Col Col de Bruselas Coliflor Colinabo Curuba Durazno Durión Endivia Belga Espárrago Espinaca Feijoa Fresa Frambuesa Granada Grosella Grosella espinosa Guayaba Guisantes, pelados Guisantes, en vaina Habichuela

0°C

Ingles

12-16 16 21 -

18 9 51 53-71 30 -

12-18 -

24-30 81-237 149 -

43 69

5°C 28-42 47 33 -

36 21 89 61-81 48 89-177 -

161-403 208 -

45 20-26

-

80 158 12-24 77 36-40

-

-

217 140 -

83-129 12-24 -

9-12 48 9 -

89

290 164 101-103

Vatios /Tonelada 10°C

74-133 130 91 77 98 443-1480 148-591 105 63 24 39 149 223 136-242 100-144 145 93 266-591(20") 118-237 189-325(20?) 47-71 591-1478(25°) 36-355(13°) 207-260(20") 83-101 269-902 471-970 357 238 59-89(20°MnC) 118-49(20 N&Q 245 147 389 192 48-106(20') 24-48 257 111 64-95 24-177 59-413(20PQ 1070 460 506 357 251-276 161-172 fl

-

59-89 259 18-30 71-95 41-61 118-236 41-47 41-53 60-83 177

112-166 41-92 266-531 101-118 71-95 125-231 214

3 1 3 5 5 3 2

-

53-71 92 33

89 -13(X13°Q 15-21 89-177 12-18 24-30 18-30 14-31 94 63 -

-

-

143

1 2 2 3 2 2 2 1 1 3 4 3 6 1 2 3 2 2 4 2 1 3 2 2 1 1 4 3 4 2 1 3 3 2 3

297 53-71

10-12

Ref-

118-177(20PQ 89-118(200 89-118(20") 149 47 3047 148-237 409 36-60

210 30-48 30-41 71 15 18-30 30-47 158 12-24

15°C

-

-

-

Rev. Depto. de Ciencias. Octubre de 2001 Material

0°C 19 9 18-30

Vatios /Tonelada ire 5°C 57 40 3540 14-19 36-56 258 163 41-53 24-35

Español Nabo, sin hojas Naranja Níspero de Japón Ocra Papaya

Ingles Turnip(w.leaves) Orange Loquat Okra Papaya

Papa madura Pepino Pepino Pepino dulce Pera Pérsimo Pimiento Pimiento dulce Pina Puerros Rábano, sin hojas Rábano picante Rambutan Remolacha Repollos Ruibarbo Sapote mamey Sandía Tomate Tomate verde Tomate verdemaduro Tomate de árbol Toronja Uvas, en racimos Uvas Europeas Uvas Americanas

17-20 Potatoes,mature Pepino 22 Cucumber 17 Pepino 8-20 1546 Pear 12-24 Persimmon 31 Green pepper 23 Pepper, sweet 12-24(7°C) Pineapple 83 60 Leeks 40 Radish(w.tops) 27 32 24 Horseradish Rambutan 27-28 16-21 Red beet 1240 28-63 Cabbage 60 40 Rhubarb Mamey Sapote 18-24 Water melon 17 26 Tomate 36-41 Husk tomate 21 Tomatoemature green Tamarillo 19 Grapefruit 18-24 6-12 Grape clusters 9-17 Grapes, European 4-7 8 16 Grapes, American 51 Carrot topped 39

Zanahorias, sin hojas Zanahorias

-

1830(7 C)

20-35 81-98 40 47-71(20°) 45-159 59-71(20°) 63 68 47-59 223 109 97 118-355(25°) 50-69 66-169 126 148-207(20°) 101-148(20°) 66 89-118(20°) 61

1 1 2 3 1 4 2 1 3 2 2 1 3 1 1 2 3 5 2 6 1

30 3047 24 23

59-71(20°) 48 71-89(20°) 30-35 47

3 2 4 1 1

57

71

2

93

117

1

-

o

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Carrots

431 59-71

Ref2 1 3 1 3

58

46

20-30 68-86 37 -

23-63 -

57 43 18-30 149 65 78 3540 36-86 100 -

36-53 43 41-59 45 -

t

15°C 65 38-67 -

Adaptado de : (1) Sing, Heldman, 1994 ; (2) Anón, 1978 ; ( 3) Kader, 2000; (4) Crisosto y otros, 2000; (5) Suslow y otros, 2000 ; (6) Cantwell, 2000 MnC:Mínimo Climatérico; MxC: Máximo Climatérico 144

Cálculos de la generación de calor Una primera aproximación, que subvalora la carga térmica a retirar durante el almacenamiento cuando el material se enfría desde una temperatura inicial T, a una final T en un tiempo At sería la de utilizar, para una temperatura media de (T, + T ) /2, el valor mas alto leído - o interpolado- de la información de la tabla 1. 2

2

Tabla 2. Calor de respiración de frutas y vegetales en aire Fruta o vegetal Ajo Albaricoque Apio Batata Brócoli Cebolla Cereza, ácida Cereza,dulce Ciruela Ciruela amarilla Coles de bruselas Coliflor Durazno Esparrago Espinaca Frambuesa Fresa Grosella Habichuelas Hongos Lechuga, hoja Limón Maíz dulce Manzana, temprana Manzana,tardía Melón Mora Nabo

Nombre -InglesGarlic Apricot Celery Sweet potato Broccoli Onion Cherry,sour Cherry,sweet Plum Plum,yellow Brussels sprout Cauliflower Peach Asparragus Spinach Raspberry Strawberry Black currant Bean,green Mushroom Lettuce,leaf Lemon Sweet corn Apple,early Apple,late Cantaloupe Blackberry Turnip 145

a

5,59 2234,83 20.30 31,70 97.7 6,92 19,10 18,07 20,33 93,14 104,00 0,00 19,97 173.00 65,60 67,95 47,14 16,87 86.10 0,00 59,10 0,08 131,00 14,31 9,78 16,10 35,34 25,80

b Ref. 0,097 1 0,117 1 0,104 2 0,061 2 0.121 2 0,099 2 0,119 1 0,121 1 0,114 1 0,114 1 0,081 2 0,108 1 0,121 1 0,086 2 0,131 2 0,106 1 0,092 1 0,129 1 0,115 2 0,089 1 0,074 2 0,087 1 0,077 2 0,098 1 0,096 1 0,126 2 0,133 1 0,067 2

Rev. Depto. de Ciencias. Octubre de 2001

a Fruta o vegetal Nombre -InglesNaranja Orange 14,80 Nuez Nut 2,92 Pepino Cucumber 0,00 Pear,late Pera,tardía 10,71 Pear,early 13,92 Pera,temprana Pimentón Paprika 0,00 Pimiento Peppers,sweet 33,40 Puerro Leek 35,17 Radish,red Rábano,rojo 25,89 Repollo Blanco Cabbage,white 16,8 Remolacha Beet 38.1 Tomate Tomato 13,20 Toronja Grapefruit 8,19 Zanahoria Carrot 29,10 Adaptado de (1) Gogus y otros, 1972 ; (2) ASHRAE, 1974

Ref. b 0,133 2 0,094 1 0,112 1 0,136 1 0,138 1 0,074 1 0,072 2 0,124 1 0,083 1 0,074 2 0.056 2 0,103 2 0,098 1 0,083 2

Ejemplo 1: Se desea calcular el calor producido por una tonelada de mora que se enfría desde 25°C hasta 5°C en 24 horas. Temperatura media: (25 + 5)/2 = 15 °C Dato de calor de respiración según la tabla 1: 214 Vatios / tonelada (Si existiera un rango se tomaría el mayor valor) Estimado del calor producido por la mora: 214 vatios/ton (24hr) (3600s/hr) (1 ton) = l,85xl0 Julios 7

Durante el enfriamiento la rata de respiración decrece a medida que la temperatura disminuye. El calor total emitido para un período de enfriamiento entre dos temperaturas es: Q,

=

JpT,

QdT

= a f 2 EXP(bT)dT JT,

146

(3)

El valor medio del calor de respiración, calculado un cambio de temperatura desde T¡ hasta T2 ¿n un intervalo de tiempo At es: a [Tl~

„

EXP{bT)dT

q Ql Jl =

(4)

=

Ai

A t

Si la velocidad de enfriamiento depende linealmente del tiempo, T = T

Para m

=[(T¡

-

r

(5)

m t

TJ/At]

Reemplazando (5) en (4) y tomando límites entre 0 y At se llega a e - ^o(l ^ I i l - ) i w - w - T i ) ) ] l

(

2

6,

La expresión anterior proporciona el calor medio generado en el tiempo At (Toledo, 1991). Ejemplo 2: Resolver el ejemplo 1 con este nuevo método. En la tabla 2 , para la mora a = 35,34 ; b = 0,133 - 35,134^(0,133x25) _ ^ 0,133(25-5) =

_

&

1

j

=

3 4

J

La carga térmica total será: 341,49 Vatios/ton x 1 ton x 24 hr x 3600s/hr = 2,95 x 10 Julios 7

Esta información también puede utilizarse para determinar la producción de gas carbónico debida a la respiración: el valor, en vatios/ton que se determine o se tome 147

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de la información bibliográfica se divide por 5,9 y se obtendrán los mi de C0 /Kg. hr de la tasa de respiración media (o a una temperatura determinada, según se trate) del material vegetal. 2

Otros datos experimentales sobre parámetros de interés en poscosecha se pueden encontrar en la bibliografía de este artículo. Se recomienda especialmente la página del Postharvest Technology Research and Information Center del Departamento de Pomología de la Universidad de California- Davis. BIBLIOGRAFÍA ANON. Refrigerated Storage of fruits and vegetables, Ministrry of Agriculture, Fisheries and Food, Her Majesty's Stationary Office, Londres, 1978 ASHRAE, ASHRAE Handbook and Product Directory-1974, citado por Toledo CANTWELL, M. Recommendations for Maintaining Postharvest Quality Department of Pomology, University of California, Davis, 2000 en http://posrtharvest.ucdavis.edu/ Produce/ProduceFacts/Fruit CRISOSTO, C.H.; MITCHAM, E.,J.; KADER, A. Recommendations for Maintaining Postharvest Quality Department of Pomology, University of California, Davis, 2000 en http://posrtharvest.ucdavis.edu/Produce/ProduceFacts/Fruit DINCER, I. Heat transfer in food cooling applications. Taylor-Francis. Washington, 63 - 66, 1997 GOGUS, A.Y., AKYURT, M., YAVUZKURT, S. Unsteady cooling of unit loads with exponential heat generation, Int. Institute of refrigeration- Annexe 1972. Citado por Dincer, 1977 KADER, A., Recommendations for Maintaining Postharvest Quality Department of Pomology, University of California, Davis, CA 95616 en http:// posrtharvest.ucdavis.edu/Produce/ProduceFacts/Fruit SING, P. HELDMAN, D. Introduction to food engineering. Academic Press, San Diego, 288-289,1984 SUSLOW, T.V., CANTWELL, M.; MITCHELL, J. Recommendations for Maintaining Postharvest Quality Department of Pomology, University of California, Davis, 2000 en http://posrtharvest.ucdavis.edu/Produce/ProduceFacts/Fruit TOLEDO, R. T. Fundamentals of food process engineering 2 Edición. Chapman Hall. New York , 419-421 ,1991 a

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