Origen y preparación de la muestra

En el estudio se utilizaron plátanos de las variedades Luvhele y Mabonde (Musa) obtenidas de una granja en la provincia de Limpopo en Sudáfrica. Los frutos maduros tenían índice de color 7 en la cáscara, que está asociado con el contenido máximo de sacarosa, y cáscara completamente amarilla con pequeños puntos marrón (^{Kulkarni et al., 2011}). Los plátanos se limpiaron, lavaron, descascararon y cortaron manualmente en rodajas, de 5 mm de espesor. Las porciones cortadas se trataron con una solución de ácido cítrico al 4 % (p/v) por 10 min.

Secado experimental

El secado experimental se hizo en un horno de laboratorio con circulación forzada de aire (Prolab Instrument, modelo OTE 80, Vancouver, Canadá). El secado se realizó de acuerdo con el diseño rotativo compuesto central con dos variables independientes (temperatura del horno de secado y tiempo de secado). El Cuadro 1 incluye las variables independientes usadas para generar las ejecuciones experimentales con el software Design-Expert versión 8.0.1.0. El uso de variaciones temperatura-tiempo permite el control eficiente de los parámetros de color individuales y la dureza de las rodajas de plátano durante el secado (^{Chua et al., 2000}).

Determinación del color

El color de la superficie de rodajas secas se midió con un colorímetro (ColorFlex, Hunter Lab, EUA). El colorímetro se calibró con un blanco estándar (L^*=93.71, a^*=-0.84 y b^*=1.83) y una placa negra antes de cada medición. Los colores se expresaron como valor L (claridad/oscuridad), a (enrojecimiento/verdor) y b (amarillez/azulado). El color general de las rodajas deshidratadas de plátano se presentó con el ángulo de matiz (^{Thuwapanichayanan et al., 2011}), que se calculó con la siguiente ecuación:

Determinación de la textura (dureza)

Los atributos de textura de las rodajas deshidratadas (5 mm) se midieron con un analizador de textura TA.XT PLUS, Stable Micro Systems, equipado con una celda de carga 5-N, con un cilíndrico de aluminio de 35 mm, con punta plana. El cilindro de aluminio con punta plana se movió hacia abajo, verticalmente y comprimió la rodaja colocada en la base. La fuerza de compresión máxima en la curva fuerza-deformación de cada muestra se consideró como indicación de la dureza de la muestra (^{Kotwaliwale et al., 2007}; ^{Kumar et al., 2014}).

Análisis estadístico

Los datos recopilados se procesaron con el programa Design-Expert, versión 8.0.1.0 (Statease Inc., Minneapolis, EUA). El software se usó para determinar ANDEVA, modelado matemático, análisis de regresión y optimización. Los diagramas de superficie de respuesta se generaron para diferentes interacciones. La optimización numérica del proceso de secado tuvo como objetivo encontrar los niveles de temperatura del horno y el tiempo de secado, lo que podría maximizar el color general (matiz) y minimizar la dureza.

Color de las rodajas de plátano secadas en horno

Los valores L^*, a^*, b^* y ángulo de matiz (que representan el color general) de las rodajas deshidratadas de la variedad Luvhele y Mabonde están en el Cuadro 2 y el 3. Los valores de L^*, a^*, b^* y ángulo de matiz cambiaron con las condiciones de secado en las dos variedades de plátano, lo cual se atribuye a la degradación por calor del compuesto que confiere el color y a la oxidación durante el secado (^{Thuwanpaniyanan et al., 2011}).

El ángulo de matiz es un modelo de aberración cromática y contiene el parámetro de color completo que define la dirección de cambio en el color. Los valores de ángulo de matiz mayores significan cambio mayor del tono rojo al amarillo (^{Soysal et al., 2006}; ^{Thuwapanichayanan et al., 2011}). Las rodajas de plátano de la variedad Luvhele deshidratadas a 40 °C por 1260 min y 50 °C por 1080 min tuvieron los valores mayores de L^* y ángulo de matiz, respectivamente (Cuadro 2). Los valores mayores de L^* y de ángulo de matiz los presentaron las rodajas secas de la variedad Mabonde a 50 °C por 900 min y a 50 °C por 475.74 min (Cuadro 3). En consecuencia, las rodajas de plátano de la variedad Luvhele secadas a 64.14 °C por 1080 min y a 50 °C por 1334.56 min tuvieron los valores menores de L y ángulo de matiz, respectivamente (Cuadro 2). Las rodajas de Mabonde deshidratadas a 60 °C y 1200 min presentaron los valores menores de L y ángulo de matiz (Cuadro 3).

Esto indica que las rodajas deshidratadas en las condiciones señaladas antes eran las más oscuras, según sus valores menores de L^* y matiz. También, esto indica que la degradación del compuesto que imparte color aumentó con la temperatura de secado. ^{Thuwapanichayanan et al. (2011)} también informaron que el color general (matiz) en plátano deshidratado disminuyó con el aumento de la temperatura de secado. El ANDEVA mostró que los efectos lineales de la temperatura y el tiempo de secado, de la interacción de la temperatura y del tiempo de secado, los cuadráticos de la temperatura y del tiempo de secado, fueron significativos (p≤0.05) para el color (matiz) de la variedad Luvhele (Cuadro 4). En la variedad Mabonde el efecto lineal de la temperatura fue significativo (p≤0.05) para el color general (matiz) (Cuadro 5).

Los gráficos de superficie de respuesta a la temperatura y el tiempo de secado en las características de color de las rodajas de plátano se presentan en las Figuras 1 a 3. ^{Akinoso y Adeyanju (2012)} indicaron que el trazado de la superficie de respuesta permite visualizar la forma de la superficie de respuesta y proporciona información sobre el modelo ajustado.

Figura 1 Gráfico de superficie de respuesta para los efectos de temperatura y tiempo de secado la luminosidad (L^*) (A), el enrojecimiento (a^*) (B) y la amarillez (b^*) (C) de rodajas de plátano de la variedad Luvhele. 

Figura 2 Gráfico de superficie de respuesta para los efectos de temperatura y tiempo de secado en la luminosidad (L^*) (A), el enrojecimiento (a ^*) (B) y la amarillez (b ^*) (C) de rodajas de plátano de variedad Mabonde. 

Figura 3 Gráfico de superficie de respuesta para los efectos de temperatura y tiempo de secado en el color general (matiz) de rodajas de plátano de las variedades Luvhele (A) y Mabonde (B). 

L^* (Figura 1A) aumentó con la disminución de la temperatura de secado y a^* (Figura 1B) y b^* (Figura 1C) aumentaron con la temperatura y el tiempo de secado.

Las ecuaciones de regresión que relacionan los parámetros de color, L^*, a^*, b^* y tono, en las rodajas deshidratadas de plátano con las variables del proceso de secado (niveles reales), temperatura y tiempo, en las variedades Luvhele y Mabonde se presentan en los Cuadros 6 y 7. Los modelos predictivos tuvieron valores de regresión adecuados. Myers y Montgomery (2002) indicaron que un buen modelo predictivo debería tener valor de p significativo (p≤0.05), R² ≥ ajustado de 0.80, valor de coeficiente de varianza (CV) ≤10 % y falta de ajuste de prueba >0.1. Esto concuerda con los valores de significancia (p) del modelo, CV y falta de ajuste en nuestro estudio, excepto los valores R² ajustados de todos los modelos obtenidos para la respuesta del color en las rodajas de ambas variedades de plátano (Cuadro 6 y 7); que tuvieron valores menores a 0.80. Sin embargo, la respuesta general del color (matiz) en ambas variedades de plátano mostró valores R² (0.78) ajustados cercanos a 0.80 y los otros parámetros estadísticos de ajuste de bondad, descritos en los Cuadros 6 y 7, se consideraron aceptable para el proceso de optimización, que se describe enseguida.

Textura (dureza) de rodajas de plátano de las variedades Luvhele y Mabonde deshidratadas en horno

La dureza de las rodajas deshidratadas de plátano de la variedad Luvhele varió entre 1.15 y 14.62 N (Cuadro 2) y en la variedad Mabonde entre 1.28 y 14.29 N (Cuadro 3). La dureza máxima de las variedades Luvhele y Mabonde se obtuvo a 64.14 °C por 1080 min y a 60 °C por 1200 min. El ANDEVA del efecto de los parámetros del modelo sobre la dureza característica de las rodajas secas de ambas variedades de plátano mostró que el término lineal de temperatura, el término de interacción de la temperatura y el tiempo de secado y el segundo orden de temperatura tuvieron efecto significativo (p≤0.05) en el parámetro de textura de la variedad Luvhele (Cuadro 4). Los términos lineales de temperatura y tiempo de secado tuvieron efecto significativo (p≤0.05) en la dureza de la variedad Mabonde (Cuadro 5). Los modelos de regresión para predecir la dureza de las rodajas deshidratadas de plátano de las variedades se presentan en los Cuadros 6 y 7.

Estos modelos de regresión para la dureza de las variedades de plátano Luvhele y Mabonde se caracterizaron por los valores altos de coeficiente de determinación (R²) (Cuadros 6 y 7). Lo que asegura el ajuste mayor de los modelos para los datos experimentales. Los valores del coeficiente de determinación ajustado (adj R²=0.79-0.80), en comparación con la dureza de las rodajas deshidratadas de ambas variedades, indicaron que los resultados experimentales son consistentes con los valores predichos (^{Han et al., 2016}; ^{Yan et al., 2016}). Además, los valores p de los modelos de regresión con poco ajuste de la dureza no fueron significativos (p>0.05). Esto indica que el modelo de ajuste es adecuado para interpretar los resultados. En consecuencia, los coeficientes de variación fueron relativamente bajos, lo que indicó fiabilidad mayor de los valores experimentales.

El efecto de la temperatura y el tiempo de secado en la dureza de las rodajas deshidratadas de las variedades Luvhele y Mabonde se representó en las Figuras 4A y 4B. La dureza de la variedad Luvhele disminuyó con el tiempo de secado (Figura 4A); en contraste, la de la variedad Mabonde aumentó con la temperatura y el tiempo de secado (Figura 4B). Esto es atribuible a la eliminación acelerada de la humedad a mayor temperatura, lo que podría causar colapso de los espacios capilares en las muestras. Esta observación fue similar a la documentada por ^{Kotwaliwale et al. (2007)} y ^{Kumar et al. (2014)}.

Figura 4 Gráfico de superficie de respuesta para los efectos de temperatura y tiempo de secado de rodajas de plátano de las variedades Luvhele (A) y Mabonde (B). 

Optimización del proceso de secado en horno de rebanadas de plátano de las variedades Luvhele y Mabonde

La condición óptima de secado en horno para las rodajas de plátano de la variedad Luvhele fue de 47.56 °C por 944.87 min y 40 °C por 646.17 min para la variedad Mabonde. Los valores pronosticados de matiz y dureza fueron 74.56° y 2 N para rodajas secas de plátano de la variedad Luvhele y 69° y 1 N para la variedad Mabonde. Las condiciones óptimas que se obtuvieron fueron 0.97 y 0.83 deseables para Luvhele y Mabonde. La validación experimental del software generó las condiciones óptimas de secado para las variedades al someter las rebanadas de plátano a las condiciones optimizadas de secado obtenidas por MSR. Los valores experimentales de color y dureza de las rodajas secas fueron 74.60° y 1.88 N para la variedad Luvhele y 68.99° y 1.02 N para la variedad Mabonde. Estos valores estuvieron cercanos a los valores predichos; lo que confirma la validez de los resultados optimizados y la consistencia de los modelos de regresión generados por el análisis MSR.