calor de respiración de frutas y vegetales

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
Rev. Depto. de Ciencias. Octubre de 2001
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
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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
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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
148