papers jumbo squid(1)

Kinetics and modelling of drying process of jumbo squid

(Dosidicus gigas) slices subjected to an (high pressure

impregnation process) osmotic pretreatment under high

pressure impregnation.

Mario Pérez-Won 1, Roberto Lemus-Mondaca 1, Gipsy Tabilo-Munizaga 2, Fernanda Marín 1,

Constanza Olivares 1

1 Departamento de Ingeniería en Alimentos, Universidad de La Serena, Av. Raúl Bitrán 1305, Box 599, La Serena, Chile. 2 Departamento de Ingeniería en Alimentos, Universidad del Bío-Bío, Av. Andrés Bello s/n, Box 447, Chillán, Chile.

Abstract Simultaneous application of osmotic dehydration and high pressure as a pretreatment to

drying process at 40 and 60°C on jumbo squid (Dosidicus gigas) slice samples was studied in this

research. The process time was reduced by increasing drying temperature along with the application

of different pretreatment conditions: high pressure (350 and 550 MPa), pressure time (5 and 10

min), and osmotic solution (10 and 15% NaCl). The Weibull, Logarithmic and Midilli–Kucuk

models were applied to drying experimental data, where this last model was found to be the best

fitting model. Effective moisture diffusivity values varied from 3.82 to 6.59 ×10 -9 m2/s, for both

control and pretreated samples (R2≥0.98). Furthermore, all drying curves were normalized and then

modelled by the same three above models showing a R2≥0.96. Finally, as regards the energy

consumption and efficiency values for drying process (control and pretreated samples) were found

to be in the range of 777–1815 kJ/kg and 8.22–19.20%, respectively. Thus, knowledge about

moisture transfer kinetics, as well as energy consumption and/or data normalization, is needed by

the industry to manage and control efficiently drying process under different pretreatment

conditions.

Keywords: jumbo squid; drying process, high pressure impregnation; modelling; energy

consumption.

1. Introduction

Dosidicus gigas is the largest and the most one abundant jumbo squid in the eastern Pacific Ocean

from California to southern Chile (Torres et al., 2013 ).The highest concentrations occur off the

Peruvian coast in the southern hemisphere and in the Gulf of California in the northern hemisphere

It belongs to the family Ommastrephidae and the sub-family Ommastrephinae. Over the recent

years D. gigas has become one of the most important cephalopod fisheries in the Pacific Ocean,

mainly in Peru and Mexico (Torres et al., 2013). Recent evidence has shown that the consumption

of squid value-added products has increased in the last years. Considering that jumbo squid muscle

has properties such as low fat content, high quality proteins, mild flavor, and white color, it has

been a useful raw material for developing several value-added products. (Sanchez et al., 2014).

Drying is a traditional process that has been used for many centuries to preserve food and seafood

(Barakat Mahmoud et al., 2006; Jain & Pathare, 2007; Vega-Gálvez, Andres, et al., 2009). The

main objective of dehydration is the reduction of the food moisture content to a level at which

microbial spoilage and deterioration reactions are minimized, which allows safe storage over an

extended period of time (Doymaz, 2008; Vega-Gálvez, Di Scala, et al, 2009).

It is known that the dehydration process by itself can lead to non-uniformity, slow drying rates, and

changes in final product quality. Nevertheless, these disadvantages can be reduced using a

combination of convective drying with different pretreatments. Among other pretreatments more

used during convective drying are: osmotic dehydration (OD), blanching, microwave drying,

enzyme solution, etc. (Fito and Chiralt, 2003; Perez and Schmalko, 2009). Thus, the combination of

convective drying with different pretreatments could not only be used to reduce drying time but also

to enhance quality of dehydrated products (Fito and Chiralt 2003).

Osmotic dehydration, heat treatment is not used to reduce the water content of food in order to

extend its life and maintain sensory, functional and nutritional characteristics., Almost it does not

affect the color, taste, aroma and texture of the food as it prevents the loss of most nutrients and

possesses a strong need, for it is performed at low temperatures (typically close to ambient).

Increasing consumer preference for fresh and minimally processed food products rather than

processed and frozen products requires research into new processing and preservation methods. In

this context, high hydrostatic pressure (HHP) is an alternative non-thermal food preservation

technology, which provides a way to increase fish product shelf-life when combined with good

refrigeration and handling practices (Briones et al., 2010, Erkan and Üretener, 2010 and Senturk

and Alpas, 2012). As a food preservation technology, HHP is useful due to the inactivation suffered

by microbial populations and endogenous enzymes that cause spoilage; this substantially increases

shelf-life and enhances the safety of many perishable foods (Considine et al., 2008, Murchie et al.,

2005 and Rendueles et al., 2011)

Predicting of the drying process by mathematical modelling is an important tool for improving these

processes and minimizing operative problems for example final product damage and excessive

consumption of energy, among others (Akpinar 2006; Lemus-Mondaca et al. 2014). That is why,

there are various empirical equations frequently used to model drying kinetics such are Newton,

Henderson–Pabis, Page, Modified Page, Logarithmic, Two terms, Midilli–Kucuk, etc. (Doymaz &

Pala, 2002; Lemus-Mondaca et al. 2014). Even though most of the models are empirical, they are

mainly are based on Fick’s second law diffusion model. In addition, another model very used is the

Weibull model, which has been applied in different studies about dehydration–rehydration process

modelling of foods and biological materials (Corzo et al. 2008).

Therefore, the aim of this work was to evaluate the influence simultaneous osmotic dehydration and

high pressure as pretreatment to convective drying process of jumbo squid (Dosidicus gigas) slices,

and thus to evaluate mass transfer kinetics as well as obtaining moisture diffusion coefficients.

2. Materials and methods

2.1. Raw material

Jumbo squid samples were obtained at the local fish market at the seaport of Coquimbo, Chile.

Fillets of jumbo squid were selected and the external and stomach skin areas were discarded.

Finally, the fillets were chopped into slices of 5.0±0.1 cm each side and 1.0±0.1 cm thickness. The

samples were then packed in polyethylene pouches and kept in a refrigerated room (4°C) until

further analysis. The moisture content was determined following the method of AOAC 934.06,

using an analytical balance(CHYO, Jex-120, Kyoto, Japan) with an accuracy of ±0.0001 g and a

vacuum drying oven at 60°C (Gallenkamp, OVA–031, Leicester, UK). The crude protein content

was determined using the Kjeldahl method with a conversion factor of 6.25 (AOAC 960.52). The

lipid content was analyzed gravimetrically following Soxhlet extraction (AOAC 960.39). The crude

ash content was estimated by incineration in a muffle furnace (Felisa, FE-341, Jalisco, Mexico) at

550°C (AOAC 923.03). The salt content was determined by the Mohr method (AOAC, 1990). The

aw will be measured at 25°C by a water activity meter (Novasina TH-500). All measurements were

done in triplicate.

2.2. Experimental design

Thus, the experimental design used for osmotic dehydration is based upon a multi-factorial design

nk, where n is the number of levels and k is the number of factors, where high pressure (HP),

pressure time (PT), osmotic solution (OS) and drying temperature (DT) are the four factors to

evaluate (k=4), each with two levels (n=2). Therefore, 16 experiments were required (24). Table 1

shows the decoding levels of the technological variables to be used in the experimental design to

later represent the experiments already codified in Table 2.

Table 1 Decoded levels of the technological variables.

Codified levels Decodified levelsDT HP PT OS

-1 40 350 5 10+1 60 550 10 15

Table 2 Codified matrix levels of the operative variables.Run DT HP PT OS

1 -1 -1 -1 -12 -1 -1 -1 +13 -1 -1 +1 -14 -1 -1 +1 +15 -1 +1 -1 -16 -1 +1 -1 +17 -1 +1 +1 -18 -1 +1 +1 +19 +1 -1 -1 -110 +1 -1 -1 +111 +1 -1 +1 -112 +1 -1 +1 +113 +1 +1 -1 -114 +1 +1 -1 +115 +1 +1 +1 -116 +1 +1 +1 +1

2.3. Processing experiments

The osmotic solutions were prepared using commercial salt and distilled water. The salt

concentrations used were of 10% and 15% w/v. From each jumbo squid 10 slices were obtained.

Then, they were weighed individually and submerged in the hypertonic solution in a 1/8 (w/w)

jumbo squid to brine ratio and packaged in polyethylene bags prior to high pressure processing.

High pressure treatment was carried out in a cylindrical loading container at 15°C in a 2 L pilot

high pressure unit (Avure Technologies Incorporated, Kent, WA, USA). Samples were subjected to

two different conditions, 350 and 550 MPa and measurements were performed at two selected time,

5 and 10 minutes. Water was employed as the pressurizing medium, working at 17 MPa/s ramp

rate; decompression time was less than 5 s. The samples were removed from the brine solution after

high pressure treatment and the excess of solution in the surface was eliminated with tissue paper.

Drying process was performed in a convective tray dryer, which has a control unit to set the air inlet

velocity and temperature, which is heated through electrical resistances. Two temperatures were

used in the study of the drying kinetics, 40 and 60 °C, and each experiment was made in triplicate.

Drying air flow was held constant at 2.0 ± 0.2 m/s measured with an omnidirectional anemometer

(451112, Extech Instrument, Inc., Waltham, MA). The inlet relative humidity was of 74.5±4.6%,

measured by a digital hygro-thermometer (445703, Extech Instrument, Inc.). Also, two control

samples (un-pretreatment) were carried out at 40° and 60°C. Samples (102.4 ±1.2 g) were arranged

as a thin layer in a stainless steel basket. This mass was measured on an analytical balance (SP402,

Ohaus, China) with an accuracy of ±0.01 g at time intervals defined, connected by a system

interface (RS232, Ohaus, China) to a personal computer, which recorded and stored the

weightdecrease data. The experiments were finished at the point of reaching constant weight (i.e.,

equilibrium condition).

2.4. Moisture effective diffusivity

To predict drying process behavior that takes place during the falling rate period, during which

water is transported to the surface material by diffusion transport phenomena is necessary to use

Fick’s second diffusion law (Di Scala and Crapiste 2008). In this model the dependent variable is

the moisture ratio (MR) which relates the gradient of the sample moisture content in real time to

both initial and equilibrium moisture content (Eq. 1). The integrated equation of Fick’s second law

was also used for long time periods and thin-layer in one dimension (Eq. 2) which leads to Eq. (3),

representing the first term in the development of the series (Crank 1975), from which the diffusion

coefficient is obtained for each temperature.

MR=X t−X e

Xo−X e (1)

MR= 8π 2∑

∞ 1(2 i+1 )2

exp [−(2 i+1 )2 Dwe π 2 t

4 L2 ] (2)

MR=8π 2 exp [−Dwe π2 t

4 L2 ] (3)

2.5. Mathematical models

Several mathematical models have been proposed to describe the characteristics of food and

agricultural products during drying process (Toğrul and Pehlivan 2003). All the equations (Eqs. 4–

6) applied in this study to model the drying kinetics of jumbo squid slices are shown:

Logarithmic MR=a exp (−kt )+c (4)Midilli-Kucuk MR=a exp (−ktn )+bt (5)

Weibull MR=exp [− (t / β )α ] (6)3. Quality parameters

3.1. Surface color

Surface color of the samples was measured using a colorimeter (HunterLab, model MiniScan XE

Plus, Reston, VA, USA). Color was expressed in CIE L* (whiteness or brightness), a*

(redness/greenness) and b* (yellowness/blueness) coordinates, standard illuminant D65 and

observer 10 (Vega-Gálvez, Di Scala, et al., 2009). Ten replicate measurements were performed and

results were averaged. In addition, total color difference (ΔE) was calculated using the following

Eq. (7), where Lo, ao and bo are the control values determined for fresh squid.

ΔE=¿ (7)

3.3. Rehydration indexes

The dried samples were placed in distilled water at 40 C for 6 h, using a solid to liquid ratio of 1:50.

The samples were then removed, drained for 30 s, and weighed. The rehydration ratio (RR) was

calculated according to Eq. (8) and expressed as grams of water absorbed per gram dry matter. The

Water Holding Capacity (WHC) was determined by centrifuging the rehydrated samples at

3500g for 15 min at 20° C in tubes fitted with a centrally placed plastic mesh which allowed water

to drain freely from the sample during centrifugation. The Water Holding Capacity was calculated

from the amount of water removed following Eq. (9), according to previous work (Vega-Gálvez, Di

Scala, et al., 2009). All measurements were done in triplicate.

RR=xreh∗xreh−wdried∗xdried

xdried∗(1−xdried ). (8)

WHC=wreh∗xreh−w l

wreh∗xreh∗100 (9)

Where Wreh is the weight of the sample after the rehydration process, Xreh is the corresponding

moisture content on a wet basis, Wdried is the weight of the sample after the drying process, Xdried

is the corresponding moisture content on a wet matter and Wl is the weight of the drained liquid

after centrifugation.

3.2. Texture TPA

The instrumental texture profile analysis (TPA) of jumbo squid samples were conducted using a

texture analyser (Model TAXT2, Texture Technologies, Scarsdale, N.Y., U.S.A.).The core of the

sample was compressed twice to 20% of its original thickness with crosshead speed of 1.7 mm/s

using a cylindrical flat-probe (25 mm diameter; aluminium). Texture analysis was automatically

performed by the texture expert software (version 2.63 Stable Micro Systems Ltd.), and the

following parameters were recorded: hardness, cohesiveness, springiness, and chewiness as defined

by Bourne, Moyer, and Hand (1966). All measurements were done at ambient temperature (20 °C).

TPA-hardness is the peak force (kg) sensed on the first curve cycle. TPA-cohesiveness is the ratio

of area under the second curve to the area under the first curve and relates to the samples strength of

internal bonds. TPA-springiness is the ratio of distance (D2) travelled by the probe on the 2nd cycle

from sample contact point to the set compression percentage to the distance (D1) the probe travelled

on the 1st down-stroke. Springiness relates to recovery from the 1st down-stroke deformation. TPA-

chewiness is a secondary parameter derived from multiplying hardness by cohesiveness and

springiness.

3.4. Statistical evaluation

The determination coefficient (R2), Sum Squared Error (Eq. 11), and Chi-squared (Eq. 12)

statisticaltests values were applied. The tests mentioned were selected as optimal criteria in order to

evaluatethe fit quality of the empirical models, and then to select the equation which best described

the drying curves. Statistical analysis of data was carried out using Statgraphics Plus® v.5.1

software (Statgraphics Corp., 1991), applying an analysis of variance (ANOVA) to estimate least

significant differences (LSD) for a confidence level of 95% (p-value<0.05), and a multiple range

test (MRT) was also used to determine possible homogeneous groups for diffusion coefficients and

kinetic parameters regarding to experimental design.

SSE= 1N ∑

( MRe,i−MRc , i ) 2 (11)

χ2=∑i=0

N( MRe,i−MRc ,i )2

N−z (12)

Results and discussion

Drying kinetics behaviour

Proximate analysis of jumbo squid (on 100 g of fresh weight) presented an initial moisture content

of 88.31±0.69 g; crude protein (nitrogen×6.25) of 18.42±0.80 g; total lipids of 0.10±0.01 g; ash of

1.06±0.04 g and salt content of 1.92±0.01 g. Similar results were reported by other authors

(Abugoch et al. 1999; Cortés-Ruiz et al. 2008, Uribe et al. 2009).

La figura 1 muestra la relación de humedad experimental frente al tiempo de secado de los 16

experimentos y muestras control. Se puede observar que la humedad disminuye continuamente al

aumentar la temperatura de secado. Para muestras secadas a 40 y 60°C con un tratamiento previo

las humedades son más baja en comparación con las muestras control por lo que requieren menor

tiempo de secado. Por lo tanto, se puede evidenciar que la aplicación de pretratamiento (DO+HHP)

mejora la migración de humedad de las muestras. Ade-Omowaye y col. (2001), aplicaron

pretratamiento de alta presión hidrostática al pimentón rojo concluyendo que esta tecnología podría

inducir la permeabilidad celular, dando lugar a un aumento de la velocidad de secado, reduciendo

así el tiempo de secado. Por otro lado lalalala aplicaron deshidratación osmótica como

pretratamiendo a la deshidratación

Pretratamiento Deshidratación osmótica

Estimation of mass diffusion coefficient

Table 1 Effect of the NaCl concentration in mass diffusion coefficients in each run of Jumbo Squid.

RUN Deff (*10^9 m²/s) R²

1 3,82±0,37a 0.98

2 4,00±0,05ab 0.98

3 4,02±0,11ab 0.99

4 4,09±0,11ab 0.99

5 3,99±0,13ab 0.99

6 4,07±0,03ab 0.99

7 4,15±0,15b 0.98

8 3,97±0,13ab 0.99

9 6,11±0,31A 0.98

10 6,39±0,18B 0.98

11 6,38±0,05AC 0.98

12 6,62±0,20C 0.99

13 6,41±0,25AC 0.99

14 6,50±0,08AC 0.99

15 6,59±0,57C 0.99

16 6,40±0,16AC 0.99

Lowercase letter (a and b) show the effect of osmotic concentration to drying temperature 40 °C at a

constant HP and PT, (run:1-8). Uppercase letter (A, B and C) show the effect of osmotic

concentration to drying temperature 60 °C at a constant , HP and PT (run: 9-16). DT: drying

Temperature; HP: high pressure; PT: Time pressure

La tabla 1 muestra los valores de los coeficientes de difusión, durante el proceso de secado para

todas las muestras pretratadas (OD + HHP) del calamar gigante, los cuales variaron entre 4.82 y

6.59 ×10-9 m2 / s (R2> 0,98), valores mayores a las muestra no tratadas 1.76×10-9 m2/s y 5.16×10-9

m2/s de 40°C y 60°C respectivamente. Se observó el efecto de la temperatura de secado en D eff ya

que un aumento en esta variable operativa, desde 40 ° a 60 ° C, conduce a un aumento en D eff. Los

valores de Deff mencionados son similares a los reportados por varios autores que trabajan con

pretratamientos similares al proceso de secado por convección, tales como en aloe vera pretratado

usando HHP a 350 MPa durante un período de 30 s, y secado a 70° C, D eff = 8,90 × 10-10 m2 / s

(Vega- Gálvez et al 2010.); deshidratación osmótica (60% de sacarosa) y aire de secado (50-70 ° C)

de calabazas, Deff = 1,34 a 4,16 × 10-10 m2 / s (García et al., 2006), pero mayores para los

reportados por Medina-Vivanco, Sobral, y Hubinger (2002) que trabajaron con un tratamiento

osmótico de filetes de tilapia (relación 4:1, NaCl:filete ), obteniendo un valor de Deff = 0,91 × 10 -

9 m2/s. Jain y pathare (2007) en su estudio con gambas y peces chelwa (carpa menor de la India)

con tratamiento de secado al sol lograron valores de Deff= 1.11 × 10 -11 y 8,708 × 10 -11 m2 /s

respectivamente. Vega- Gálvez et al (2010) trabajaron en secado convectivo a 50 y 60°C con

pretratamiento osmotico sobre calamar gigante, obteniendo valores de Deff = 0.78 y 1,47 × 10-9 m2/s.

Estas diferencias podrían explicarse por la diversidad de especies marinas, temperatura de secado,

orientación de los músculos, contenido de grasa y presencia o ausencia de piel (Medina-Vivanco et

al., 2002), además de las diferentes condiciones de los pretratamientos utilizados.

Se evidencia que las temperaturas más altas parecen promover la pérdida de agua más rápido a

través de la sudoración y la plastificación de las membranas celulares así como el aumento de la

velocidad de transferencia de agua en la superficie del producto debido a la menor viscosidad del

medio osmótico (Burhan Uddin et al. 2004). Por otra parte, la aplicación de alta presión modifica la

estructura de la pared celular, dejando las células más permeables, lo que conduce a cambios

significativos en la estructura de los tejidos resultando en el aumento de las tasas de transferencia de

masa durante la deshidratación (Rastogi et al., 2000).Con respecto al análisis estadístico (ANOVA),

los pretratamientos (DO,HP y PT) se mantuvieron constantes, donde se ve una clara influencia de la

temperatura de secado en el coeficiente de difusión, mostrando un efecto directamente proporcional.

Para el caso de la temperatura de 40°C, no se observaron diferencias significativas (p-value>0.05).

Por otro lado, los pretratamientos a la temperatura de 60°C mostraron diferencias estadísticamente

significativas (p-value<0.05). Asimismo, se realizó un análisis ANOVA para evaluar la influencia

de la presión (350 y 550MPa) y solución osmótica (10 y 15%) sobre los coeficientes de difusión.

Se obtuvieron diferencias significativas sólo para los tratamientos a temperatura de 60°C (p-

value<0.05). En relación a la influencia del tiempo de presurización (5 y 10 min) sobre los valores

de difusividad (Deff) no se encontraron diferencias estadísticamente significativas (p-value>0.05).

Además cabe mencionar que las muestras con tratamiento previo se deshidrataron más rápidamente

que las muestras control. También se obtuvieron valores de coeficientes de difusión más bajos,

evidenciando una influencia de estos tratamientos sobre el tiempo de secado.

Mathematical modelling

La Figura 1 muestra una curva con tendencia exponencial decreciente de las curvas de secado de los

16 experimentos pre tratados además de las curvas control (40° y 60°C). Los modelos Page,

logarítmico y Weibull fueron utilizados para modelar el proceso de secado de cubos de jibia. El

promedio del coeficiente de determinación (R2) para el modelado de las curvas control fue

R2>0.994.

La tabla 2 muestra el promedio de los parámetros empíricos calculados para los 16 experimentos

donde el modelo de page mostró valores de 0.019, 0.869 para k y n de 40°C, respectivamente y

0.014 y 0.898 para k y n de 60°C, respectivamente. En el caso del modelo logarítmico los resultados

fueron 0.928, 0.005 y c-0.002 para a, k y c de 40°C, respectivamente y 1.004, 0.007 y -0.034 para a,

k y c de 60°C, respectivamente. El modelo de weibull, mostró valores de 0.896 y 168.7 para α y β

de 40°C y 0.898, 116.2 para α y β de 60 °C, respectivamente.

Se realizó un análisis estadístico ANOVA utilizando el software Statgraphics v.5.1 a un nivel de

confianza del 95%, para todos los parámetros empíricos de cada modelo respectivo con el fin de

observar la influencia de todas las variables tecnológicas utilizadas (DT, HP, PT y OS). A partir de

este análisis realizado a los parámetros empíricos para a (logarítmica), n (page) y α (weibull) se

obtuvo p-value> 0.05, por lo tanto no hay diferencias significativas a 40°C para los diferentes

tratamientos (véase el cuadro 2). Sin embargo, se observó que para los parámetros k y c

(logarítmica), k y n (page), y α y β (Weibull), se obtuvo un valor de p <0.05, lo que indica que

existen diferencias estadísticamente significativas. Además, se encontró que la mayoría de estos

parámetros aumentaron al aumentar la temperatura, similar a lo que ocurre en el coeficiente de

difusión . Por lo tanto, se puede suponer que estos parámetros empíricos podrían ser directamente

proporcionales a la temperatura.

Statistical analysis on mathematical modelling

As to statistical evaluation on mathematical models (Logarithmic, page and Weibull), these showed

low values of SSE and χ2 (Table x), when these were applied to all runs 1-16. Also, these same

models showed low results of SSE (0.020–0.113) and χ2 (0.022–0.126) for control data (40° and

60°C). The equation that best described the drying process for all experiments, both control as runs,

was the logarithmic model (0.9945<R2<0.999; 0.0000<SSE<0.0019, and 0.0000<χ2×<0.0022).

Therefore, Figure 2 presents a comparison between experimental and modelled drying curves using

the logarithmic model. Similar results were reported by other authors when simulating dehydration

process of diverse foods under selected pretreatments conditions, such as blueberries (Vega-Gálvez

et al., 2012), plantain (Tunde-Akintunde, 2014), and pumpkin (Tunde-Akintunde and Ogunlakin,

2011). As a result the foregoing, according to statistical tests applied to three mathematical models

showed low values for SSE and χ2 implying a good fit quality on the experimental data, as far as it

is suggested its usefulness for predicting and modelling moisture transfer kinetics during the

convective drying process of this seafood product under different OD+HHP applied pretreatments.

0 200 400 600 800 1000 12000

1.2Control 40°C Control 60°CRun 1 Run 2Run 3 Run 4 Run 5 Run 6Run 7 Run 8Run 9 Run 10Run 11 Run 12Run 13 Run 14Run 15 Run 16Logarithmic

Time (min)

tio (d

Figura 1. Comparison between experimental data and logarithmic model-estimated values for all the

323324

Surface color

Rehydration indexes

Table 2. Effect of osmotic pretreatment on the 16 treatments dehydrated on color (ΔE). chromatic

coordinates L*, a*, b* jumbo squid samples

Run L* a* b* ΔE

1 69.85±0.16a -3.30±0.03b 12.66±0.01d 26-61±0.11a

2 74.02±0.09f -3.84±0.05a 10.64±0.08a 30.84±0.10e

3 70.93±0.13bc -3.28±0.06bc 12.30±0.14c 27.60±0.10b

4 71.72±0.23d -3.25±0.09bc 12.07±0.07c 28.22±0.15c

5 76.52±0.05g -2.77±0.04d 14.35±0.22f 30.35±0.12d

6 71.20±0.08cd -3.90±0.07a 12.61±0.02d 27.93±0.06bc

7 70.47±1.12b -3.17±0.11c 11.43±0.26b 27.74±0.68b

8 72.66±0.22e -3.22±0.06bc 13.23±0.25e 28.23±0.29c

9 40.80±0.34A 12.11±0.13D 23.86±0.27A 10.20±0.38A

10 47.93±0.67BC 10.80±0.13B 23.33±0.40A 17.00±0.70B

11 41.74±0.19A 12.95±0.11E 23.75±0.73A 10.86±0.26A

12 46.83±0.21B 12.91±0.02E 26.92±0.19C 16.72±0.26B

13 52.98±1.13D 7.68±0.38A 24.77±0.07B 22.88±1.17C

14 48.30±0.35C 11.40±0.17C 24.90±0.11B 17.61±0.32B

15 56.26±1.64E 7.57±0.40A 25.29±0.48B 26.09±1.75D

16 53.96±0.85D 7.70±0.14A 25.29±0.22B 23.90±0.86C

Lowercase letter (a,b,c,d,e, and f) show the effect of osmotic concentration to drying temperature 40

°C at a constant HP and PT, (run:1-8). Uppercase letter (A, B and C) show the effect of osmotic

concentration to drying temperature 60 °C at a constant , HP and PT (run: 9-16). DT: drying

Table 3Effect of osmotic pretreatment on the 16 treatments rehydrated on color (ΔE). chromatic

coordinates L*, a*, b* jumbo squid samples

Run L* a* b* ΔE

1 69.67±0.16a -3.30±0.03b 12.63±0.03d 35.67±0.12a

2 74.01±0.09f -3.84±0.05a 10.64±0.03a 40.24±0.10e

3 70.93±0.13bc -3.28±0.06bc 12.30±0.14c 37.54±0.18b

4 71.72±0.23d -3.25±0.09bc 12.07±0.07c 37.54±0.18cd

5 76.52±0.05g -2.77±0.04d 14.35±0.22f 40.59±0.10e

6 71.20±0.08cd -3.90±0.07a 12.61±0.02d 37.17±0.07bc

7 70.47±1.12b -3.17±0.11c 11.43±0.26b 36.77±0.88b

8 72.66±0.22e -3.22±0.06bc 13.23±0.25e 37.85±0.28d

9 58.24±0.38A 6.77±0.05D 24.27±0.12A 11.72±0.31A

10 57.54±0.24BC 6.31±0.15B 23.45±0.22A 11.57±0.08B

11 56.63±0.16A 7.84±0.04E 24.10±0.26A 9.92±0.10A

12 59.12±0.42B 7.59±0.20E 25.59±0.24C 11.94±0.29B

13 59.09±0.38D 5.44±0.06A 23.30±0.32B 13.30±0.23C

14 61.37±0.41C 6.68±0.11C 23.17±0.04B 14.80±0.41B

15 67.68±0.25E 4.46±0.02A 24.78±0.03B 21.02±0.22D

16 62.88±0.19D 5.82±0.08A 24.83±0.11B 16.15±0.21C

Table 4. Efecto de la deshidratación con pretratamiento osmótico sobre los parámetros de perfil de

textura (TPA) de muestras rehidratadas de jibia de los 16 experimentos.

Hardness Springiness Cohesiveness Chewiness

Control 1977.636±621.981c,B 0.695±0.117a,A 0.583±0.139a,A 909.583±435.856c,B

E1 507.241±199.954a 0.909±0.031c 0.826±0.013bc 419.108±178.277ab

E2 723.567±343.797a 0.843±0.145b 0.777±0.108b 560.624±229.798ab

E3 432.995±156.343a 0.862±0.093bc 0.825±0.018bc 329.728±179.147a

E4 1050.561±457.747ab 0.898±0.039bc 0.808±0.047bc 630.236±237.335abc

E5 420.663±170.526a 0.912±0.022bc 0.836±0.021c 397.219±168.436a

E6 445.419±250.817a 0.902±0.026c 0.830±0.027c 338.250±183.672a

E7 2860.755±1896.671d 0.861±0.072bc 0.791±0.022bc 1372.506±626.795d

E8 1566.681±591.255bc 0.908±0.019c 0.831±0.012c 739.929±405.685bc

E9 307.802±68.148A 0.959±0.016B 0.821±0.047B 277.147±101.064A

E10 402.164±178.393A 0.963±0.015B 0.823±0.043B 320.406±142.145A

E11 534.541±169.122A 0.958±0.018B 0.823±0.033B 422.708±136.682A

E12 484.817±231.687A 0.960±0.031B 0.804±0.034B 337.512±169.452A

E13 439.859±200.338A 0.962±0.012B 0.791±0.047B 387.563±187.766A

E14 267.075±130.286A 0.946±0.041B 0.837±0.030B 238.965±88.807A

E15 441.769±281.470A 0.958±0.024B 0.801±0.038B 439.329±244.452A

E16 414.216±165.507A 0.967±0.012B 0.817±0.024B 336.289±182.354A

Análisis de perfil de textura (TPA) se realizó para describir el efecto de los distintos tratamientos

sobre las características de textura del tejido del calamar gigante rehidratado. La tabla 4 muestra los

valores medios para los parámetros de textura, dureza que indica la firmeza del musculo,

cohesividad la cual se relaciona con la viscosidad, elasticidad y Masticabilidad que indica ternura

del manto. Se detectaron diferencias significativas (pN0.05) para la muestra control con respecto a

todos los experimentos, mostrando para la mayoría de estos una disminución del parámetro en

términos dureza y Masticabilidad , el menor valor de dureza se observó para el experimento E14 y

el mayor para E7, mostrando así una tendencia poco uniforme respecto a los valores obtenidos de

la serie de experimentos E1-E8, por lo tanto se puede decir que la alta presión combinado con una

temperatura de deshidratación de las muestras a 40°C no influyo sobre disminución del parámetro

dureza Hurtado y col. (2001) observó endurecimiento del músculo pulpo presurizado a 200, 300 y

400 MPa a 7 °C y 40 °C. A partir del experimento E9 al E16 los resultados arrojaron valores de

dureza y masticabilidad mas uniformes y menores, no encontrándose diferencias significativas

(pN0.05) entre estos para ninguno de los parámetro de textura evaluados

Table 2. Values of empirical parameters for each mathematical model based on all runs.

logaritmic Weibull Page

a k c α β k n

1 0.974± 0.012a 0.005±0.000b -0.002±0.002abc 0.896±0.079a 168.7±7.129bc 0.010±0.004a 0.896±0.079a

2 0.963±0.032a 0.006±0.000d 0.011±0.007d 0.846±0.081a 179.2±3.512c 0.014±0.007a 0.847±0.079a

3 0.986±0.013a 0.005±0.000b -0.001±0.004abc 0.877±0.041a 176.7±11.41c 0.010±0.002a 0.877±0.041a

4 0.975±0.014a 0.006±0.000bcd 0.001±0.004bcd 0.864±0.022a 174.6±10.04c 0.012±0.001a 0.851±0.020a

5 0.989±0.029a 0.005±0.000b -0.003±0.005ab 0.904±0.084a 185.8±10.27c 0.009±0.005a 0.904±0.084a

6 0.970±0.018a 0.006±0.000cd 0.008±0.004cd 0.847±0.037a 141.5±9.582b 0.013±0.003a 0.847±0.037a

7 0.980±0.022a 0.005±0.000bc -0.001±0.007abc 0.818±0.018a 96.27±3.569a 0.023±0.002b 0.818±0.018a

8 0.975±0.028a 0.004±0.000a -0.013±0.013a 0.824±0.021a 93.91±2.143a 0.023±0.002b 0.824±0.021a

9 1.004±0.012AB 0.007±0.000B -0.034±0.003A 0.898±0.068BC 116.2±10.34E 0.014±0.003A 0.898±0.068BC

10 1.014±0.009AB 0.006±0.000A -0.026±0.006A 0.840±0.016AB 61.21±2.405B 0.031±0.003B 0.840±0.016AB

11 1.014±0.031AB 0.007±0.000B -0.035±0.012A 0.850±0.017AB 70.99±0.916C 0.026±0.003B 0.850±0.017AB

12 0.996±0.028AB 0.009±0.000C -0.007±0.006B 0.864±0.041AB 63.35±1.965BC 0.028±0.006B 0.864±0.041AB

13 1.028±0.022B 0.007±0.000B -0.033±0.003A 1.013±0.066D 109.2±3.477E 0.009±0.003A 1.013±0.066D

14 1.019±0.007AB 0.009±0.000C -0.028±0.001A 0.961±0.022CD 94.59±0.775D 0.012±0.001A 0.961±0.022CD

15 1.008±0.031AB 0.007±0.000B -0.029±0.004A 0.828±0.044AB 57.79±3.176AB 0.035±0.009B 0.828±0.044AB

16 0.982±0.012A 0.009±0.000C -0.004±0.004B 0.791±0.050A 48.99±3.374A 0.046±0.012C 0.791±0.050A

Lowercase letter (a, b and c) show the effect of osmotic concentration to drying temperature 40 °C at a constant HP and PT, (run:1-8). Uppercase

letter (A, B and C) show the effect of osmotic concentration to drying temperature 60 °C at a constant , HP and PT (run: 9-16). DT: drying

Table 3 Values of statistical test for each mathematical model based on all runs.

Run logaritmica weibull Page

R2 SSE X2 R2 SSE X2 R2 SSE X2

1 0.9988 0.0001 0.0001 0.9694 0.0001 0.0001 0.9694 0.0001 0.0001

2 0.9941 0.0003 0.0003 0.9322 0.0014 0.0016 0.9322 0.0007 0.0008

3 0.9978 0.0008 0.0000 0.9351 0.0004 0.0005 0.9351 0.0006 0.0007

4 0.9987 0.0001 0.0001 0.9382 0.0004 0.0005 0.9344 0.0004 0.0005

5 0.9988 0.0000 0.0000 0.9428 0.0005 0.0005 0.9428 0.0005 0.0005

6 0.9983 0.0001 0.0001 0.9356 0.0005 0.0005 0.9356 0.0006 0.0007

7 0.9945 0.0000 0.0001 0.9254 0.0100 0.0117 0.9254 0.0111 0.0124

8 0.9975 0.0019 0.0022 0.9928 0.0127 0.0148 0.9928 0.0133 0.0148

9 0.9985 0.0001 0.0001 0.9463 0.0007 0.0008 0.9463 0.0007 0.0008

10 0.9992 0.0000 0.0001 0.9899 0.2092 0.2391 0.9899 0.0405 0.0459

11 0.9986 0.0000 0.0001 0.9921 0.0149 0.0169 0.9921 0.0149 0.0169

12 0.9988 0.0000 0.0000 0.9891 0.0112 0.0127 0.9891 0.0112 0.0127

13 0.9990 0.0000 0.0001 0.9714 0.0006 0.0007 0.9713 0.0009 0.0010

14 0.9984 0.0002 0.0003 0.9727 0.0004 0.0005 0.9727 0.0004 0.0004

15 0.9984 0.0001 0.0001 0.9878 0.0225 0.0239 0.9878 0.0225 0.0239

16 0.9988 0.0001 0.0001 0.9816 0.0226 0.0256 0.9816 0.0213 0.0240

Referencias

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Carlos Ramírez-Suarez, Rogerio Sotelo-Mundo, Susana María Scheuren-Acevedo, Celia Olivia

García-Sifuentes, Marcel Martínez-Porchas. 2014. Microbial shelf-life extension of chilled Coho

salmon (Oncorhynchus kisutch) and abalone (Haliotis rufescens) by high hydrostatic pressure

treatment. LWT - Food Science and Technology.

Resultados y discusiones

Estimation of mass diffusion coefficients

Los coeficientes de difusión del agua para muestras de abulón secos sin pretratamientos eran de

4,35 ± 0,33 × 10-9 m2 / s para 40 ° C (R2 = 0,99) y 5,60 ± 0,41 × 10-9 m2 / s para 60 ° C (R2 =

0,97). Los valores de Deff a 40 ° C y 60 ° C fueron inferiores a los valores de las muestras de

abulón pretratados (OD + HHP) con respecto a la gestión 1.8 y 9.16, respectivamente. Sobre la base

de los valores de Deff anteriores, durante el proceso de secado para todas las muestras pretratadas

de abulón, varió de 4,54 - 9,95 × 10-9 m2 / s (R2> 0,97), como se puede observar en la tabla 3. Se

observó el efecto de la temperatura de secado en Deff ya que un aumento en esta variable operativa,

desde 40 ° a 60 ° C, conduce a un aumento en Deff (respeto independiente para pretratamiento). Por

lo tanto, un aumento en los resultados de concentración de sal en un aumento de la gradiente de

presión osmótica, el aumento de la fuerza motriz para la eliminación de agua de rebanadas muestras

de abulón, y las tasas de transferencia de masa de ese modo más altos y coeficiente de difusión

eficaz del agua (Corzo y Bracho, 2007). Basado en lo anterior, también se puede mencionar que la

permeabilización de la membrana celular aumentó con el aumento de presión y la solución

osmótica. Sin embargo, el aumento marginal se convirtió después de la aplicación de 550 MPa y 10

min, de acuerdo con aún más el análisis estadístico (ANOVA). Resultados comparables fueron

reportados por varios autores que trabajan con pretratamientos similares a un proceso de secado por

convección, tales como aloe vera pretratado usando HHP a 350 MPa durante un período de 30 s, y

el secado a 70 ° C, Deff = 8,90 × 10-10 m2 / s (Vega- Gálvez et al 2010.); osmo-seca papaya

chilena a 40-60% v / v de sacarosa y 60 ° C, Deff = 1,28 a 1,62 × 10-9 m2 / s (Lemus-Mondaca et al

2009.); deshidratación osmótica (65% de azúcar) de los melones seguido por el aire de secado (65 °

C), Deff = 2,74 × 10-7 m2 / s (Teles et al 2006.); deshidratación osmótica (60% de sacarosa) y aire

de secado (50-70 ° C) de calabazas, Deff = 1,34 a 4,16 × 10-10 m2 / s (García et al., 2006).

Además, los valores de Deff fueron similares a algunos investigador que trabaja con otros

pretratamientos y un secado adicional, por ejemplo: Ade-Omowaye et al. (2003) para el pimiento

rojo pretratados con campo pulsado eléctrica y la deshidratación osmótica y luego secado al aire a

60 ° C, Deff = 0,87 a 1,36 × 10-5 m2 / s. Sin embargo, hasta el momento no es la investigación que

estudia el efecto de la deshidratación osmótica a alta presión sobre la cinética de secado de aire

caliente de algunos mariscos, es por eso que estas diferencias podrían explicarse por la diversidad

de productos (frutas, mariscos, etc.), el uso de diversos pretratamiento y las condiciones

(temperatura solución, concentración osmótica, escaldado), tipo de agente osmótico (sal, azúcar,

etc.), espesor de las muestras, el contenido proximal, entre otro factor (Collignan et al 2001;.

Medina-Vivanco et al., 2002; Nicoletti Telis et al 2003;. Gallart-Jornet et al 2007;.. Villacis et al

2008;. Villamonte et al, 2013). Desde un punto de vista estadístico con respecto a la Tabla 3,

también se puede observar que el aumento de la temperatura causado que el aumento de los

coeficientes de difusión, es decir, hubo un efecto directamente proporcional de la temperatura de

secado en Deff, cuando los pretratamientos se mantuvieron constantes, donde se obtuvo pvalue

<0,05, con respecto al análisis ANOVA. Del mismo modo, al mantener otras variables constante y

la observación de la influencia de la presión del sistema, el análisis ANOVA sobre los coeficientes

de difusión masiva no mostró diferencias significativas (p-valor> 0,05). También, se realizó el

mismo análisis estadístico, pero evaluar el efecto del tiempo y la presión osmótica en solución Deff,

donde se encontró pvalue <0,05, ambos tratamientos previos. De esta manera, es evidente la

importancia de estos tratamientos previos ya que favorece a disminuir el tiempo de secado, sino

también para mejorar la calidad de los productos deshidratados (Fito y Chiralt, 2003).

comportamiento cinética de secado

Análisis proximal de las muestras de abulón frescas exhibió un contenido de humedad inicial de

76,15 ± 0,73%, proteína cruda (N x 6,25) de 15,49 ± 0,17%, los lípidos totales de 0,66 ± 0,06%,

ceniza bruta de 1,07 ± 0,02%, y un contenido de sal de 0,61 ± 0,07%, base húmeda. Barrios-Peralta

et al. (2.012), Gao et al. (2.002), y Britz Hecht (1997), y Grubert et al. (2004) encontraron valores

similares para las diferentes especies de abulón como Haliotis rufescens, Haliotis discus, Haliotis

midae y Haliotis rubra, respectivamente. Los perfiles de la relación de humedad experimental frente

al tiempo de secado y la velocidad de secado relación de humedad de las muestras rebanada abulón

para todos los tratamientos de secado en comparación con (corre 1-16 y de control de muestras) se

muestran en la Figura 1a y 1b, respectivamente. Se puede observar que la proporción de humedad

disminuye continuamente en primer lugar con el aumento de temperatura de secado, a continuación,

aumentar el tiempo de la presión y por último el uso de la mayor concentración osmótica. No

obstante, la presión del sistema demostró no tener un efecto significativo sobre la cinética de

secado. Se observó que el uso de pretratamiento (DO + HHP) para mejorar la migración de

humedad de las muestras. Para las temperaturas de secado considerados, 40 ° y 60 ° C, las muestras

pretratadas tenían proporciones de humedad más bajos que las muestras de control y por lo tanto

generalmente se secan más rápido que ellos. Esto se ve confirmado por la observación de los

autores anteriores que aplica tratamientos previos como impulsos eléctricos, escaldado, sumergirse

en una solución osmótica de sal aumenta la migración de humedad desde las regiones internas del

producto (Kingsly et al 2007;.. Ade-Omowaye et al 2003 ). Por lo tanto, la aplicación de la

deshidratación osmótica bajo alta presión hidrostática podría ser utilizado como una técnica

novedosa, ya sea como un tratamiento previo o de un proceso de preservación en sí.

Esta investigación demostró que la combinación simultánea entre la deshidratación osmótica y alta

presión como un pretratamiento influenciada la cinética de transferencia de masa durante el proceso

de secado de las rebanadas de abulón. Muestras rebanadas de abulón pretratados generalmente

tenían tiempos de secado más bajas y más altas velocidades de secado que las muestras no tratadas.

El proceso de secado se llevó a cabo en su totalidad en el período de secado tasa decreciente. Los

valores de humedad difusividades eficaces de carreras (1-16) se estimaron, en donde estos valores

fueron más altos que las muestras de control. Esto hace que sea un método rentable de proceso de

secado, junto con una combinación apropiada de los pre-tratamientos utilizados.

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